Robótica livre: soluções tecnológicas livres em ambientes infor

ROBÓTICA LIVRE: IMPLEMENTAÇÃO DE UM AMBIENTE DINÂMICO DE ROBÓTICA
PEDAGÓGICA COM SOLUÇÕES TECNOLÓGICAS LIVRES NO CET CEFET EM
ITABIRITO - MINAS GERAIS - BRASIL
Resumo. Este trabalho enfoca a implementação de um ambiente dinâmico de Robótica
Pedagógica com soluções tecnológicas livres no CET CEFET em Itabirito - Minas Gerais - Brasil, que possui um laboratório de informática totalmente com software livre desde setembro de 2004. O objetivo é o de apresentar a construção, com a participação de professores e alunos, de um ambiente dinâmico de aprendizagem através de um Projeto de Robótica, utilizando-se softwares e aplicativos livres e reaproveitando materiais e componentes eletrônicos de equipamentos obsoletos ou inutilizados. Palavras-chave: kits comerciais, robótica pedagógica, tecnologia livre
Abstract. This work involves the implementation of a dinamic environment of Pedagogic
Robotic with free technologic solutions in the Public School CET CEFET in Itabirito - Minas
Gerais - Brazil, that has a computer lab which uses only free software since september 2004. The objetive is to present a construction, with teachers and students participation, in a dinamic environment of learning through a Robotic Project, using free softwares and applications and reusing materials and eletronic components of obsolets or inutilized equipments.
KeyWords: comercial kits, pedagogical robotics, free technology
1 Introdução
Robótica é a ciência dos sistemas que interagem com o mundo real com ou sem intervenção dos humanos. Ela está em expansão e é considerada multidisciplinar, pois nela é aplicado o conhecimento de microeletrônica (peças eletrônicas do robô), engenharia mecânica (projeto de peças mecânicas do robô), física cinemática (movimento do robô), matemática (operações quantitativas), inteligência artificial (operação com proposições) e outras ciências. Essas características tornam a Robótica um interessante campo a ser explorado no âmbito da educação, uma vez que seus projetos oportunizam situações de aprendizagem pela resolução de problemas, que podem ser simples ou complexos; possibilitam o rompimento com a perspectiva fragmentada e compartimentalizada do currículo escolar, ao trazer para a discussão temas que transversalizam diferentes áreas do conhecimento; requerem a colaboração entre os sujeitos envolvidos nos projetos e possibilitam a construção e experimentação de modelos. O ambiente de aprendizagem onde professores e alunos planejam, discutem e executam montagem, automação e controle de dispositivos mecânicos que podem ser controlados pelo computador é denominado de Robótica Pedagógica ou Apesar dessas características, atualmente a robótica na educação vem sendo praticada centrada basicamente no “treinamento” dos educandos através da utilização de kits comerciais, ou seja, do uso de softwares e principalmente de hardwares proprietários, adquiridos comercialmente, para o controle e acionamento de dispositivos eletromecânicos. Praticar esse modelo implica na incorporação do elevado custo dos kits nos projetos, tornando-os inviáveis para a realidade da maioria das escolas brasileiras, sobretudo aquelas da rede pública. Além disso, o uso dos kits comerciais, normalmente, impõe, para educador e educandos, transparência nos processos envolvidos, limitando-os ao produto (software e hardware) adquirido e às soluções indicadas nos manuais. Nesse contexto é que se apresenta a proposta de construção de um ambiente dinâmico de aprendizagem, utilizando tecnologias livres, como uma solução viável de Robótica Pedagógica para as escolas municipais, estaduais e federais. 2 Construção de um Ambiente Dinâmico de Aprendizagem
Para Marques (1995, p. 15), “o homem se pode definir como ser que aprende. Não surge ele feito ou pré-programado de vez. Sua existência não é por inteiro dada ou fixa; ele a constrói a partir de imensa gama de possibilidades em aberto”. É para dar conta dessa gama de possibilidades em aberto que buscamos diferentes referenciais que irão dar sustentação à organização de ambientes dinâmicos de aprendizagem. Um desses referenciais é a teoria construtivista de Jean Piaget, segundo a qual o indivíduo constrói e produz o conhecimento através da interação com o ambiente em que ele vive, sendo nessa interação que ocorre o desenvolvimento das aprendizagens (FREITAS, 2001). Seymour Papert (1985) utiliza as idéias de Piaget para fundamentar os processos de aprendizagem que ocorrem na relação dos sujeitos com as tecnologias. Para este autor, a construção do conhecimento se dá quando o indivíduo, através do fazer, constrói objetos de seu interesse, seja o relato de uma experiência ou o desenvolvimento de um programa para computador, liberando suas potencialidades criativas, de formulação de hipóteses e de testagem de soluções. A construção de ambientes dinâmicos de aprendizagem também se baseia na teoria sócio-interacionista de Vigotsky, que aponta a cooperação como fator destacado para a promoção da aprendizagem (LUCENA, 1997). A colaboração também ganha destaque em referenciais mais contemporâneos, oriundos dos estudos da cibercultura. Dias (2000, p.157) aponta os ambientes colaborativos como extremamente poderosos para a realização das aprendizagens e para a construção do conhecimento, uma vez que se constituem a partir de elementos e sujeitos diferentes, o que dá ao sistema, ao mesmo tempo, uma unidade e uma multiplicidade, sem a possibilidade de transformar o múltiplo em um, nem o um em múltiplo. Outro conceito oriundo dos estudos da cibercultura, e que fundamentam a organização de ambientes dinâmicos de aprendizagem, é o de simulação (COUCHOT, 1993; TENÓRIO, 1998), fortemente articulado à construção de modelos, à liberação da criatividade, formulação de hipóteses e testagem de solução, e que vem revolucionando a forma de conceber e aprender conceitos científicos, uma vez que boa parte da ciência de ponta, de fronteira, está embasada, cada vez mais, na simulação, mais do que no Ainda da cibercultura, buscamos o conceito de interatividade, o qual, segundo Silva (1998, p. 29), implica “disposição ou predisposição para mais interação, para uma hiper-interação, para bidirecionalidade - fusão emissão-recepção -, para participação e intervenção”. Não é apenas um ato, uma ação, e sim um processo, inclusive instável, uma abertura para mais e mais comunicação, mais e mais trocas, mais e mais participação.
Assim, o uso de tecnologias digitais em ambientes dinâmicos de aprendizagem pode propiciar o desenvolvimento de atividades de criação e interatividade, onde os educandos se mostrem participativos, criando, projetando, planejando, montando e tomando posse de seus projetos, de forma colaborativa. Esta situação peculiar dá aos educandos uma identificação com o projeto de aprendizagem. Neste projeto, busca-se a construção de um modelo de ambiente dinâmico de aprendizagem com uso de soluções livres, utilizando recursos tecnológicos, e também se apropriando de conceitos de produção e desenvolvimento de idéias, modelos e conhecimentos, o que vai além do mero consumo de informações e soluções produzidas em contextos externos à escola. 3 Projeto de Robótica Livre
O projeto Robótica livre: implementação de um ambiente dinâmico de robótica pedagógica com soluções tecnológicas livres no CET CEFET em Itabirito – MG é inspirado integralmente na licença GNU General Public License (Licença Pública Geral – ainda que o projeto se estruture muito além do software.
O projeto ROBÓTICA LIVRE foi implementado na escola técnica CET- CEFET em Itabirito – MG, vinculado às atividades curriculares dos alunos, desde setembro de 2004, e conta todo semestre com o envolvimento de aproximadamente 5 professores e 25 alunos, de qualquer módulo do ensino médio do curso noturno de informática industrial, os quais também trabalham com software livre. Este projeto se sustenta nos seguintes elementos: interface de hardware livre (IHL), sistemas e aplicativos em software livre (SASL) e dispositivos eletrônicos a serem
comandados (DEC).
3.1 IHL - Interface de Hardware Livre
Foi disponibilizado um projeto funcional de interface de hardware livre para controle dos dispositivos a serem comandados, baseado nos princípios do copylef, entendido como “um método legal de tornar um programa em software livre e exigir que todas as versões modificadas e extendidas do programa também sejam software livre” (LICENÇAS, online), ou seja, deixar copiar.
A interface denominada IHL é responsável pela comunicação entre o software de
controle e os dispositivos eletrônicos a serem comandados. Possui características de baixo custo e facilidade de montagem, já que quase todos os componentes eletrônicos são encontrados em equipamentos obsoletos ou inutilizados de informática ou eletrônica. Componentes mais difíceis de serem encontrados nos equipamentos descartados podem ser comprados em lojas de eletrônica. Esta interface é capaz de controlar até 8 dispositivos eletrônicos de entrada e 4 dispositivos eletrônicos de saída. A partir do projeto da IHL, os educandos, em grupos, constroem suas próprias IHL.
3.2 SASL - Sistemas e Aplicativos em Software Livre
Sistema Operacional: está sendo utilizado o Sistema Operacional GNU/LINUX Libertas, software base desenvolvido pela Prodabel (Empresa de Informática e Informação do Município de Belo Horizonte) para atender às Escolas Municipais de Belo 1 “É a designação da licença para software livre idealizada por Richard Stallman no final da década de 1980, no âmbito do projeto GNU da Free Software Foundation” - <http://pt.wikipedia.org/wiki/GNU_General_Public_License>.
Software de controle da IHL: os próprios educandos escolhem qual o software
livre que será usado como linguagem de programação (Ex.: SuperLogo, Shell Script, C++, java .) para controle dos dispositivos eletrônicos ligados na IHL.
O sistema operacional Libertas foi customizado para que os alunos pudessem escolher qual a linguagem de programação mais adequada a ser utilizada para o controle
da IHL. De acordo com o perfil de cada aluno, que frequentam a disciplina Linguagem de
Programação desde o primeiro módulo, eles acabam tendo afinidade com uma determinada linguagem de programação. Os trabalhos dos grupos, considerados nesta análise, utilizaram a linguagem de programação Shell Script para controle da IHL.
3.3 DEC - Dispositivos Eletrônicos a serem Comandados
Atualmente existe uma situação de descarte de equipamentos obsoletos ou inutilizados que não justificam sua manutenção. Tais equipamentos costumam conter dispositivos eletromecânicos, como motores e sensores, além de materiais que podem
ajudar o educando na montagem de seus projetos de controle do DEC, como eixos,
roldanas, engrenagens, fiações, bornes de ligação, resistores, transistores, reguladores de tensão, etc. Estes dispositivos e materiais podem ser reaproveitados. Esta possibilidade não se limita a equipamentos de informática. Aparelhos eletrônicos em geral, máquinas fotográficas e brinquedos fora de uso, podem ser também aproveitados integralmente ou em parte no projeto de controle do DEC.
4 Aplicação do Ambiente Dinâmico de Aprendizagem através de um Projeto de
Robótica
O projeto ROBÓTICA LIVRE prevê as seguintes etapas: 1. Sensibilização – Constituir o grupo de professores e alunos em torno das propostas pedagógicas do projeto. Professores e alunos são companheiros nessas atividades, sujeitos que assumem dinamicamente o papel de autor dos projetos e dos processos.
2. Temas Geradores – Demonstração do funcionamento e das possibilidades de uso da tecnologia da robótica, como elemento integrador do projeto, em torno do qual se estruturam as atividades propostas.
3. Capacitação – Aprendizagem específica num nível suficiente para entendimento do funcionamento dos dispositivos e recursos (IHL, DEC e
SASL) dos seguintes conteúdos: informática; eletricidade e eletrônica; lógica
binária; linguagem de programção: Shell script e Logo; montagem de circuito
impresso; noções de dispositivos eletromecânicos: Motores e sensores; construção e reaproveitamento de materiais: Roldanas, engrenagens, eixos; 4. Experimentações de controle do DEC – Utilizando modelos de DEC
construídos e testados anteriormente pelo propositor do curso, o grupo
visualiza de forma concreta o controle dos DEC através da robótica. Nesta
etapa, os educandos aprendem a montagem dos DEC e dos circuitos
demandados (IHL, fiação, ligação da fonte de alimentação .) utilizando a
IHL e DEC disponibilizados.
5. Planejamento dos projetos de controle do DEC – Organização do grupo em
pequenos subgrupos, denominados equipes. Cada equipe apresenta e discute com o grupo seu projeto específico, do qual constam o nome, descrição, diagrama de montagem, planilha de materiais a serem utilizados e o esboço de um cronograma inicial.
6. Montagem da IHL - No primeiro momento o propositor do curso indica em
quais equipamentos obsoletos ou inutilizados podem ser encontrados os componentes para a montagem da IHL. A partir desta engrenagem
propulsora, o propositor instiga alunos e professores a pesquisarem outras
fontes alternativas de equipamentos, para extraírem os componentes
necessários para a montagem da IHL.
7. Montagem dos projetos de controle do DEC – Nesta etapa o propositor do
curso indica quais equipamentos costumam conter dispositivos eletromecânicos, como motores e sensores, além de materiais que ajudarão o
educando na montagem de seus projetos de controle do DEC, como eixos,
roldanas, engrenagens, fiações, bornes de ligação, resistores, etc. Vale lembrar que esta possibilidade não se limita a equipamentos de informática e o propositor instiga os educandos a procurarem outras fontes alternativas.
8. Avaliação – A avaliação é cíclica, ou seja, o tempo todo devem ser avaliadas as atividades, o projeto desenvolvido, os processos envolvidos e o produto 5 Resultados
No segundo semestre de 2005, os alunos organizaram-se em grupos, cada um composto por 1 professor e 5 alunos, que montaram 5 Interfaces de Hardware Livre utilizando-se da maior parte de componentes eletrônicos vindos de equipamentos obsoletos e inutilizados. Foi através destas interfaces que os grupos se apoiaram para a
montagem dos projetos de controle do DEC.
Nesse período, esses grupos desenvolveram e construíram projetos (PROJETOS, online) para apresentação na I Semana de Ciência & Tecnologia do CEFET-MG (CEFET- MG, online), todos eles utilizando o sistema operacional GNU/Linux Libertas, a interface livre (IHL) e o software livre kommander para gerar os códigos fontes (FONTES, online).  Projeto Ronux: Montagem de robô manipulador que se movimenta em plano cartesiano (XY), desenvolvendo atividades programadas. O CEFET de Belo Horizonte - MG, também está construindo um robô manipulador baseado no Projeto Ronux para o laboratório de linguagem e cognição. Códigos fontes: tabuleiro.kmdr e winograd.kmdr;  Projeto Árvore de Natal: Esse projeto foi desenvolvido com o objetivo de diversificar a iluminação de uma árvore de natal com diversos ritmos. Código  Projeto Elevador: Montagem de um protótipo de “elevador”. Este projeto foi incentivado pela dificuldade encontrada em conciliar a programação e automação industrial, utilizada nas empresas atualmente. Código fonte:  Projeto Fechadura_Eletrônica: Este projeto teve como objetivo o acionamento de portas, portões, fechaduras elétricas, através de uma senha digitada em um teclado telefônico velho. Código fonte: conversor_novo.kmdr;  Projeto IPA: Construção de um aparelho Identificador de Presença de Água (IPA) para facilitar o controle e o monitoramento de água em filtros, caixas d’água e equipamentos que possuam entrada e saída de água. Código fonte: IPA.kmdr; Além desses, existem outros projetos como: Projeto Barco, Projeto Braço Mecânico, Projeto Display e Projeto Carrinho, que não foram concluídos por estes grupos de alunos do segundo semestre de 2005, mas que estão sendo terminados por outros grupos de alunos (PROJETOS, online).
Este modelo de ambiente de ensino-aprendizagem recebeu do Instituto Telemar de Educação o Prêmio Telemar de Inclusão Digital (PRÊMIO, online) no valor de R$7.500,00 - Dezembro de 2004.
6 Conclusão
Desde o início do projeto está sendo proposta uma solução cooperada, colaborativa e solidária, características próprias da comunidade de Software Livre. Foi observado que os educandos aprendem com o desafio de dominar os recursos da Robótica e construir seu próprio projeto, articulando diversos conteúdos, como matemática, química, física, biologia, entre outras, trabalhando ativamente com seu objeto de interesse, agregando conteúdos escolares com práticas reais/concretas. Esta prática é coerente com os princípios construtivistas de Piaget sobre o desenvolvimento cognitivo, com a teoria sócio-interacionista de Vigotsky e com os conceitos próprios da cibercultura. A participação ativa do educando na construção e controle de seus objetos de desejo faz com que o mesmo se sinta parte do processo e do meio em que vive, ampliando seus conhecimentos através das relações horizontais que se estabelecem no grupo. Além disso, eles praticam uma postura mais ecológica, percebendo que elementos/componentes tidos como lixo podem ser fonte de recursos nos processos de desenvolvimento de novos produtos. É importante ressaltar que os conceitos do GPL são praticados, ou seja, todos os envolvidos compartilham trabalho, informação e conhecimento, contribuindo para o capital intelectual de todo o grupo, além de desmistificarem a falácia de que soluções de baixo custo são soluções de baixa qualidade ou inviáveis. O “Produto” passa a ter importância a partir do “Processo” como um todo, instigando a criação de opiniões e o desenvolvimento do pensamento reflexivo, crítico e criativo. 7 Referências:
Semana de Ciência & Tecnologia. Disponível em:
COUCHOT, Edmond. Da representação à simulação: evolução das técnicas e das artes da
figuração. In: PARENTE, André; (org.). Imagem-máquina: a era das tecnologias do
virtual. Rio de Janeiro: Ed. 34, 1993. p. 37-48.
DIAS, Paulo. Hipertexto, hipermédia e media do conhecimento: representação distribuída
e aprendizagens flexíveis e colaborativas na Web. Revista Portuguesa de Educação,
Braga, v. 13, n. 1, 2000. p. 141-167.
Robótica Livre Códigos Fontes. Disponível em:
FREITAS, Wilmar F. Utilização de Tecnologia de Groupware no Desenvolvimento de
Recursos Humanos: Uma análise comparativa entre dinâmicas disjuntas no
ambiente de trabalho da Prefeitura de Belo Horizonte. Dissertação de Mestrado,
Escola de Governo da Fundação João Pinheiro, 2001.
Licenses
LUCENA, Marisa. Um modelo de Escola Aberta na Internet: Kidlink no Brasil. Rio
de Janeiro. Ed. Brasport. 1997.
MARQUES, Mario Osorio. A aprendizagem na mediação social do aprendido e da
docência. Ijuí: Ed. Unijuí, 1995.
PAPERT, Seymour. LOGO: Computadores e Educação. São Paulo: Editora Brasiliense,
1985.
Prêmio Telemar de Inclusão Digital. Disponível em:
Robótica
Projetos.
SILVA, Marco. Que é interatividade. Boletim técnico do Senac, Rio de Janeiro, v. 24, n.
2, maio/ago. 1998. p. 27-35.
TENÓRIO, Robinson Moreira. Cérebros e computadores: a complementaridade
analógico-digital na informática e na educação. São Paulo: Escrituras, 1998. 214 p.
(Série Ensaios Transversais).

Source: http://libertas.pbh.gov.br/~danilo.cesar/robotica_livre/artigos/artigo_epenn_2007_pt_final.pdf