La evolución de los modelos educativos no ha sido
en consonancia con la evolución de las nuevas herramientas
tecnológicas, dándole a estas un uso rudimentario
en el proceso de enseñanza aprendizaje, tendencia que en
los últimos años se ha ido revertiendo
[1].
Actualmente las nuevas tecnologías juegan un
papel importante en el proceso de enseñanza aprendizaje,
siendo los países desarrollados los pioneros en la
inclusión de ellas, los cuales han transitado hacia nuevos
modelos educativos, tales como los sustentados en la
promoción de la creatividad mediante el uso de la
robótica [2-4].
En lo que a estos nuevos conceptos de enseñanza
aprendizaje se refiere, se incluye la realización de
robots para facilitar el trabajo académico, empleando
dichos robots como herramienta para enseñar y aprender
sobre la ingeniería mecatrónica y la
robótica [5].
En este orden de ideas se plantea la robótica
educativa como una actividad transdisciplinar, que representa una
alternativa didáctica, que de forma paralela a los
métodos ya establecidos, desde la perspectiva
instrumental, mediante el desarrollo de sistemas robóticos
con fines didácticos, permite el aprendizaje en el que los
estudiantes encuentren circunstancias favorables para la
construcción de conceptos y de su interpretación
personal de la realidad. Sin embargo, el planteamiento y
desarrollo de las prácticas debe estar guiado por personal
con formación en didáctica y pedagogía, que
aporte su conocimiento y experiencia en el ámbito
educativo [6, 7].
La educación en ingeniería ha cambiado
drásticamente debido a la intervención de
herramientas de simulación, tales como Matlab y Simulink,
la cual permite la solución de problemas complejos a
través de una vía fácil. El crecimiento de
la tecnología web, ha permitido la incorporación de
estas herramientas computacionales para facilitar el aprendizaje
a distancia. Un ejemplo de esto es el desarrollo de laboratorios
virtuales a distancia y laboratorios reales a
distancia.
Los laboratorios virtuales a distancia están
basados en un sistema de simulación física en un
punto remoto a través de la animación computarizada
y el uso de software especializados, dichos sistemas
físicos pueden ser representados en un grafico o de manera
analítico. Mientras en un laboratorio real a distancia el
usuario interactúa con el dispositivo real en un punto
remoto, usualmente el usuario cambia parámetros de
control, hace experimentos, ve los resultados y baja los datos
del experimento a través de una interface web [8,
9].
En Universidades como la Escuela Superior de Ingenieros
Industriales de Vigo, España, la enseñanza de la
robótica y de sus aplicaciones, se complementa con
prácticas de laboratorio y con un trabajo opcional de
robótica móvil, realizado en grupo, empleando un
kit didáctico del robot Scorbot [10].
Figura 0. Robot
scorbot.
Tal como lo señalado anteriormente, en la
Universidad de Alicante, España, se emplea el sistema
denominado ROBOLAB para las prácticas más
relacionas con la robótica, el cual está disponible
a partir de la página web de la universidad. ROBOLAB se
conecta con un robot Scorbot, a través de un servidor. A
través de este laboratorio virtual se desarrollan tres
prácticas; aprendizaje del uso de ROBOLAB, algoritmos de
visión artificial y diseño de trayectorias para
robots.
Figura 2. Ambiente
Robolab.
El laboratorio virtual permite que el alumno realice
primero sus ejercicios en el simulador, y después, tras
comprobar que los resultados de la simulación son
correctos, puede probarlos sobre el sistema real mediante una
opción de tele-operación.
Los resultados más relevantes obtenidos del
estudio realizado radican en el beneficio y el aumento en el
interés, reportado en los estudiantes, que produjo la
posibilidad de acceso a herramientas y recursos de alto coste
como es el caso de los robots, porque con ello las
prácticas resultan más atractivas y amenas.
Además que el uso de la herramienta Robolab garantiza el
buen uso del sistema real, aumentando así su vida
útil [11].
Mientras que en la asignatura, Control y
Programación de Robots, impartida en la escuela de
Ingeniería Industrial, de la Universidad de Sevilla, la
metodología de enseñanza-aprendizaje se corresponde
con sesiones académicas prácticas aunado el trabajo
de laboratorio tutorado y debidamente programado con las
herramientas Matlab y Robotics Toolbox, consideradas como
estándares básicos para la simulación de
sistemas robóticos [12].
Figura 3. Vista de Robotics Toolbox de
Matlab.
En ese orden de ideas, en La Universidad de La Serena,
Chile, para el laboratorio de las asignaturas de control
automático y de electrónica de la carrera de
ingeniería mecánica; se diseño un robot
móvil de bajo costo, denominado ULS-01, con la finalidad
de aplicar algoritmos de navegación existentes y
desarrollar algoritmos que permitan, a través de la
inserción de nuevas tecnologías, mejorar el proceso
de enseñanza aprendizaje de ambas asignatura
[13].
Figura 4. Fotografía del robot
Móvil ULS-01.
En Colombia, el desarrollo de proyectos de
investigación relacionados con la incorporación del
diseño e implementación de plataformas
robóticas móviles, se ha incrementado en esta
última década, mediante el desarrollo de robots
experimentales, entre los que puede citarse el E-SMART
[1].
Figura 5. Plataforma del proyecto
SMART.
E-SMART es una plataforma robótica móvil,
desarrollada por la Universidad Nacional de Colombia, sede
Medellín, concebida para la enseñanza de la
robótica, esta dotada de un conjunto de elementos, tanto
de hardware como de software, que permite la enseñanza de
manera remota, a través de un laboratorio
remoto.
La Universidad Católica Andrés Bello, en
Venezuela, a través de su programa IERE, Inter-Escolar de
Robótica Educativa, promueve la adquisición y
desarrollo de habilidades para la resolución de problemas
concretos lo hace mediante la activación de los procesos
cognitivos y sociales que propicien un aprendizaje significativo
y fomenten el desarrollo del pensamiento que les permitan a los
estudiantes dar respuestas al entorno cambiante del mundo actual
[14].
Las industrias, tales como Lego y Fischertechnik, han
propuesto kits para la construcción de robots, con el
deseo de estimular el aprendizaje de conceptos y métodos
relativos a áreas tales como la mecánica,
informática y electricidad.
El kit básico de LEGO MINDSTORMS NXT, está
compuesto por un controlador, un conjunto de cuatro sensores, el
comportamiento del robot se programa en el Mindstorms NXT
Software y se carga luego en el robot. El kit Mindstorms LEGO es
usado ampliamente como herramienta para el desarrollo de la
creatividad en los colegios y en algunos casos en los primeros
años de pregrado [15, 16].
Figura 6.Bloque NXT, sensores y
actuadores.
En tres instituciones educativas del departamento de
Boyacá, Colombia se empleo la plataforma robótica
educativa denominada AMIBOT, la cual consiste en un robot
móvil de configuración diferencial, construido con
el set de piezas del kit de robótica Lego Mindtorms™
NXT, como apoyo a los procesos de enseñanza y aprendizaje
en los niveles de educación preescolar y educación
básica primaria.
Figura 7.Robot AMIBOT.
Las actividades se centraron en el reconocimiento de
colores, números y figuras geométricas, en las tres
actividades y en los tres niveles de escolares, la novedad y
diversión fueron aspectos predominantes en la actividad.
Una vez conocido el robot, y entendidas las preguntas, las
respuestas fueron acertadas en cada grupo de trabajo con masiva
participación.
Figura 8. Actividad con los
escolares.
Durante las actividades realizadas, los docentes
manifiestan desconocimiento en el manejo de herramientas
didácticas que usen tecnologías recientes, por lo
que se hace relevante la capacitación de los mismos, ya
que muestran interés e iniciativa en el complemento de sus
clases con herramientas que hagan uso de la tecnología
[6].
Fischertechnik ofrece una plataforma con la que es
posible construir modelos robustos y realistas de robots. Su
programación se realiza con el software ROBO Pro-Software
que es proporcionado por el fabricante al comprar el producto.
Esta plataforma, al igual que, el kit Mindstorms de LEGO, se
emplea a nivel educativo [17].
Figura 9. Robot Mobile Set
93292.
Incluso el Instituto Tecnológico de Massachusetts
desarrollo el Handy Board, el cual es un sistema usado como
herramienta educativa para la construcción de minirobots.
Se compone de un procesador, una memoria RAM, 4 salidas para el
control de motores DC, una pantalla LCD y un bus de
conexión para diferentes clases de sensores, con nueve
entradas digitales y siete analógicas [1].
Figura 10. Fotografía de Handy
board.
Un caso importante de resaltar es el caso del Taller de
prueba para programación de robots dirigido a niños
panameños de 9 años a 15 años, desarrollado
en Panamá. En él se emplea la enseñanza de
la robótica a niños con Software y Hardware de bajo
costo con el único fin de motivar y cultivar la curiosidad
de los niños con la electrónica y la
ciencia.
El taller empleando un software, de una
forma sencilla y emocionante, desarrollado con la
intención de acercar, de una manera trasparente al
usuario, enseña los fundamentos de la programación
aplicado a un contexto físico como puede ser un robot o
cualquier sistema de automatización.
Figura 11. Actividades de
programación.
Esta experiencia a permitido que los jóvenes y
niños aprenden a programar e interactuar con la placa
(cerebro) robótico. Encender luces a través de la
programación de la placa. Conectar sensores de proximidad
y seguimiento de línea. Conectar un motor y programar el
movimiento del robot. Lo cual capacita a los niños sobre
la construcción y programación del Robot
[18].
Si bien, ha comenzado la transición de los
países desarrollados hacia nuevos modelos educativos
basados en el fortalecimiento de la creatividad mediante el uso
de la robótica, en Venezuela, la compra o
adquisición de una de estas plataformas robóticas
generalmente trae asociados altos costos, por trámites de
importación, adquisición de repuestos, licencias de
software propietario, soporte técnico, etc.
Situación que en muchos casos se considera como incentivo
al impulso del desarrollo de robots con tecnología
accesible [3].
La principal vertiente en los proyectos de
robótica educativa a nivel universitario se centra en el
desarrollo de proyectos de investigación que permitan,
desde un punto de vista mas general, la implementación de
prácticas, que permitan incentivar y motivar al estudiante
en el aprendizaje de conocimientos asociados a los sistemas de
control y robótica en general [19].
A niveles más avanzados se consideran como
aspectos principales, la prueba y validación de
arquitecturas de control de robots, examinar algoritmos de
control de navegación autónoma, semiautónoma
y con diferentes configuraciones de sensores, actuadores y
demás dispositivos electrónicos [20].
Conclusiones
La robótica educativa, es una disciplina la cual
no tiene como propósito convertir al estudiante en un
experto en robótica, sino favorecer el desarrollo de
competencias tales como la creatividad, la iniciativa y el
interés por la investigación.
Aunado a este creciente desarrollo de plataformas tanto
en el ámbito comercial como institucional, se emplean para
el desarrollo de prácticas, a través de las cuales
se tribute con la enseñanza de tópicos relacionados
con sistemas de control incluso la puesta a prueba de proyectos
en etapa de investigación. Ambos tópicos formaran
parte de los criterios que permitirán la selección
de una plataforma en particular.
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Autor:
Ing. Milady E. Rueda P.
Profesora del Departamento de
Electricidad
Universidad Politécnica Territorial
del Estado Aragua "Federico Brito Figueroa"