Amatorskie roboty mobilne – projekt dla gimnazjalistów.
mgr inż. Wojciech Kolarz
Dobry projekt edukacyjny, poza typowymi dla tej metody cechami, powinien charakteryzować się tym, że trafi w sedno zainteresowań uczniów. Tylko wtedy mamy gwarancję, że jego realizacja przyniesie naprawdę spodziewane rezultaty, będzie przyjemna zarówno dla uczniów uczestniczących w projekcie, jak i dla nauczyciela będącego opiekunem projektu.
A gdyby tak zrobić krok dalej, gdyby projekt realizowany w szkole poza jego walorami edukacyjnymi realizował również marzenia uczniów, a osiąganie poszczególnych celów wiązałoby się z ogromną satysfakcją i poczuciem własnej wartości?
Ilu chłopców po oglądnięciu Gwiezdnych wojen marzy o posiadaniu własnego robota, ilu z nich snuje plany, zazwyczaj niewykonalne, skonstruowania robota?
I tak marzenia uczniów drugiej klasy gimnazjum stały się podstawą do określenia tematu projektu edukacyjnego. Oczywiście skonstruowanie robota typu C-3PO lub R2-D2 przez typowego, nawet zdolnego gimnazjalistę jest raczej niemożliwe, lecz poznanie zasad działania i skonstruowanie robota poruszającego się na kołach i reagującego na najbardziej podstawowe bodźce jest już warte rozważenia. Zgłębiając temat, wybór pada na roboty line follower – czyli roboty podążające za linią (zazwyczaj - poruszające się po białej płaszczyźnie, na której namalowano czarną linię).
Jest to rodzaj robota, którego zasadzę działania, grupa zdeterminowanych marzeniem gimnazjalistów, jest w stanie opanować bardzo szybko. Odpowiednio pokierowani przez opiekuna gimnazjaliści są w stanie samodzielnie wykonać wybrane elementy takiego robota, jak również złożyć w pełni działający egzemplarz.
„Mózgiem” robota line follower jest mikrokontroler AVR (np. prosty, popularny Attiny 2313). Moduł czujników najlepiej wykonać na bazie transoptorów odbiciowych (czyli diody LED i fototranzystora) i wzmacniaczy operacyjnych. Silniki robota sterowane są za pomocą tzw. mostka H. Pozostaje jeszcze ułożenie odpowiedniego programu i zaprogramowanie mikrokontrolera (darmowe oprogramowanie AVR Studio 4, wersja demo Bascom-AVR). Wydawało by się, że takie elementy jak programowany mikrokontroler, transoptor, wzmacniacz operacyjny mogą stanowić duży problem dla gimnazjalistów (jak by nie było – słabo znających podstawy elektroniki), lecz ponieważ cała elektronika robota to tylko przetwarzanie sygnałów zerojedynkowych (czyli wysokich lub niskich poziomów napięcia), wykonanie i uruchomienie elektronicznych modułów robota okazuje się jednym z prostszych zadań (choć nie pozbawionym drobnych problemów). Wiedza jaka jest wystarczająca w tej części konstrukcji robota to znajomość prawa Ohma i praw Kirchhoffa, umiejętność pomiaru napięć stałych, znajomość podstaw elektroniki na poziomie przedmiotu Technika realizowanego w gimnazjum. Takie elementy jak mikrokontroler i wzmacniacz operacyjny mogą zostać potraktowane jak czarne skrzynki posiadające wejścia i wyjścia, realizujące określane funkcje. Również z częścią mechaniczną, choć jak się okazuje trudniejszą w wykonaniu niż cześć elektroniczna, gimnazjaliści radzą sobie dzielnie (część mechaniczną można wykonać bazując na elementach modelarskich lub klockach LEGO). Oprogramowanie mikrokontrolera wymaga poznania podstaw języka programowania Bascom (Basic dla mikrokontrolerów) i sposobu programowania, ta część realizacji projektu okazuje się najprostsza.
Opisany projekt wymaga dużego zaangażowania uczniów, jak i nauczyciela będącego opiekunem projektu. Można jednak, zrealizować wiele prostszych projektów, związanych z amatorskimi robotami mobilnymi – np. projekty wymagające tylko zapoznania się z konstrukcją, historią, kategoriami amatorskich robotów mobilnych; jak i projekty, których efektem będzie wykonanie poszczególnych modułów – np. skonstruowanie tylko czujnika odbiciowego itp.
Poza wiedzą i umiejętnościami (fizyka – elektryczność, technika – podstawy elektrotechniki i elektroniki, informatyka – podstawy algorytmiki i programowania) związanymi z techniczną stroną realizacji projektu uczniowie nabywają umiejętności organizacji pracy (zarówno w grupie, jak i podziału zadań do indywidualnego wykonania). Uczą się sumienności i odpowiedzialności za powierzone im zadania. Problemy jakie występują podczas realizacji takiego projektu uczą wytrwałości w dążeniu do celu, bo satysfakcja po zakończeniu projektu wynagradza cały trud.
