Contextualização

A Robótica é um campo fascinante que combina ciência, tecnologia, engenharia e matemática para criar máquinas capazes de realizar tarefas de forma autônoma. Ela engloba diversas áreas, dentre elas: o design, a construção, a operação, a aplicação de robôs e o uso de dispositivos de computação para o controle, a retroalimentação sensorial e o processamento de informações. Desde sua concepção, a Robótica tem jogado um papel fundamental na automação de indústrias, exploração espacial, cuidados de saúde, segurança e até entretenimento.

Nos últimos anos, a Robótica tem experimentado um crescimento prolífico, principalmente por sua ampla gama de aplicações. Além disso, a introdução de conceitos de Inteligência Artificial (AI) nas funções e operações dos robôs impulsionaram uma revolução tecnológica que tem transformado o mundo em uma velocidade sem precedentes. No âmbito industrial por exemplo, o uso de robôs reduzirá significativamente o erro humano, aumentará a eficiência e melhorará a qualidade dos produtos.

Cada vez mais acessíveis, robôs já são parte da nossa vida cotidiana e estão se tornando cada vez mais presentes, desde pequenos robôs de brinquedo, robôs domésticos aspiradores, cortadores de grama, até drones, veículos autônomos, entre outros. Estima-se que nos próximos anos, a robótica tomará ainda mais espaço, de modo que é essencial que estejamos preparados para viver em uma sociedade cada vez mais automatizada.

A melhor maneira de preparar nossos jovens para o futuro é educando-os sobre esses avanços tecnológicos, logo, aprender sobre robótica não é apenas empolgante, mas extremamente relevante para sua formação. Ao trabalhar com robótica, os jovens não apenas adquirem conhecimento teórico, mas também desenvolvem habilidades práticas importantes, como trabalho em equipe, solução de problemas e aplicação prática de conceitos matemáticos e científicos.

Introdução

Em nossa Introdução à Robótica, vamos explorar os conceitos básicos da robótica. Nós começaremos com uma introdução aos fundamentos matemáticos e científicos subjacentes à robótica, como cinemática, dinâmica e controle. Os alunos aprenderão a entender como os robôs se movem e como programá-los para realizar tarefas específicas.

Além disso, abordaremos a construção de robôs, desde a engenharia mecânica básica, passando pela eletrônica dos circuitos, até a integração de hardware e software. Essa abordagem 'de dentro para fora' permitirá aos alunos uma maior apreciação do que é necessário para fazer um robô funcionar.

Em seguida, mergulharemos no mundo da programação de robôs. O software é o cérebro por trás do robô, controlando suas ações e permitindo que ele interaja com seu ambiente. Aqui, os alunos terão a oportunidade de obter uma introdução prática à programação, um aspecto integral da robótica e uma habilidade indispensável no mundo da tecnologia moderna.

Embora começaremos com os fundamentos básicos, a Introdução à Robótica dará aos alunos uma base sólida sobre a qual eles poderão construir e explorar áreas mais complexas da robótica.

Para aprofundar o conhecimento, recomendamos a leitura do livro “Robotics, Vision and Control: Fundamental Algorithms in MATLAB” de Peter Corke e o visionamento dos vídeos do canal "Learn Engineering" no YouTube.

Atividade Prática

Construção do "Robo-Dançarino": uma Introdução à Robótica

O Robo-Dançarino será um simples robô feito utilizando materiais básicos e microcontroladores. Ele será programado para realizar uma série de movimentos semelhantes a uma dança, demonstrando os princípios de controle e programação em um contexto divertido e interessante.

Objetivos do projeto

O objetivo é fornecer aos alunos uma introdução prática aos princípios básicos da robótica, incluindo a construção de hardware, programação e controle de um robô. Este projeto também incentiva a colaboração e o trabalho em equipe, pois será realizado em grupos de 3 a 5 alunos. Além disso, o projeto visa promover o pensamento criativo através do design e programação da "dança" do robô.

Materiais necessários

• Microcontrolador (ex: Arduino Uno)
• Servo motores (pelo menos 4)
• Pilhas AA
• Suporte/braços do robô (podem ser feitos a partir de material reciclável, como caixas de papelão)
• Fios jumpers macho-fêmea
• Kit Básico de Ferramentas (Alicate, Estilete, Cola quente, etc.)
• Cabos USB

Descrição do Projeto

Os grupos criarão um simpático "Robo-Dançarino" cuja "dança" será demonstrada na apresentação final do projeto. A "dança" exigirá a programação dos servo motores para se moverem em sequência, representando os fundamentos do controle em robótica. Além da parte técnica, os grupos deverão trabalhar as habilidades de trabalho em equipe durante todo o projeto, pois estarão dividindo tarefas e colaborando para alcançar a meta comum.

Passo a passo da realização do projeto

1. Design do Robô: O primeiro passo é projetar o robô. Decida onde os servo motores serão colocados, como serão montados os braços (usando material reciclável), entre outros detalhes.

2. Construção do Robô: Baseado no design, comece a montar seu robô. Use cola quente para prender os servo motores no corpo do robô. Assegure-se que os servo motores estejam seguramente afixados.

3. Conexão do Microcontrolador: Conecte os servo motores ao microcontrolador usando os fios jumpers.

4. Programação do Microcontrolador: Usando uma linguagem de programação como o Arduino IDE ou C++, programe o microcontrolador para mover os motores em uma sequência, criando a "dança". Podem-se programar movimentos variados como giros, acenos entre outros.

5. Testes: Realize testes de movimento e faça ajustes conforme necessário. Certifique-se de que o robô é capaz de realizar os movimentos corretamente e de forma segura.

6. Demonstração final: Uma vez que o robô esteja funcionando conforme desejado, ele está pronto para a apresentação final!

Ao longo do projeto, os alunos deverão elaborar um relatório documentando todo o processo de construção do "Robo-Dançarino", desde o planejamento inicial até a demonstração do robô dançando. O relatório deverá conter os seguintes tópicos:

1. Introdução - Contextualizar o tema, falar da relevância da robótica e dos aprendizados que foram possíveis através do projeto.

2. Desenvolvimento - Explicar a teoria por trás do projeto, como funciona um servo motor e um microcontrolador, quais foram as decisões tomadas durante a construção, o papel de cada integrante no grupo, etc.

3. Resultados e discussão - Explicar o que deu certo e o que não deu, por que não deu certo, quais foram as soluções encontradas, o que se aprendeu com isso (isto é, mesmo erros são aprendizados).

4. Conclusão - Discussão final sobre os desafios, os pontos de superação e os aprendizados da experiência.

5. Referências - Apontar as fontees utilizadas para a construção do trabalho, como livros, sites, vídeos etc.

O projeto deve ser realizado em uma semana. Cada integrante deverá dedicar entre duas a quatro horas para a conclusão das atividades. Lembre-se: a avaliação será coletiva, então é importante que todos colaborem com o grupo!