BONES PRÀCTIQUES D’INNOVACIÓ DOCENT

1. Títol

Tallers de robòtica submarina

2. Universitat / Facultat

Universitat de Girona / Escola Politècnica Superior

3. Equip de treball / Contacte

Xavier Cufí, Miki Villanueva, Andrés ElFakdi, Josep Quintana, Natàlia Hurtós, Joan Massich,

Anna Bosch, Narcís Palomeras, Àlex Ribas, Anna Renart, Jordi Freixenet, Eduard Muntaner,

Albert Figueras, Joan Esmandia i Eduard Pascual.

Contacte: Xavier Cufí

4. Resum

Aquests tallers estan inspirats en el Sea Pearch Program del Massachusetts Institute of

Technology (MIT) (http://seaperch.mit.edu/index.php) i intenten atreure i motivar estudiants

envers la tecnologia mitjançant la construcció i el control remot de vehicles submarins. Es

pretén propiciar la imaginació dels estudiants en les diferents parts del disseny, i prioritzar,

evidentment, aspectes d’enginyeria i que els vehicles resultants han de respectar l’entorn

subaquàtic.

Un remotely operated vehicle (ROV) és un vehicle submarí no tripulat, controlat a través d’una

consola de comandament unida a aquest mitjançant un cordó umbilical. Aquests vehicles

submarins controlats a distància van equipats amb motors per a la propulsió, i poden portar

sensors de diferents característiques, càmeres submarines i ginys d’intervenció, com ara

braços mecànics.

5. Desenvolupament

a. Introducció

La tecnologia, i especialment la robòtica, és quelcom que resulta molt atractiu per als joves.

Desafortunadament, quan creixen, acostumen a percebre els temes tecnològics i d’enginyeria

com quelcom difícil i desconegut, la qual cosa provoca que deixin de considerar la possibilitat

de seguir titulacions relacionades amb la tecnologia, les enginyeries i les matemàtiques. Els

Tallers de robòtica submarina han estat dissenyats per a joves i també poden estar adreçats al

públic en general. En el marc del desenvolupament de l’activitat, es consideren i es treballen

diferents tipus de conceptes, com ara les lleis de Newton, el principi d’Arquímedes, el control

de motors de corrent continu, aspectes d’enginyeria relacionats amb el disseny de l’estructura

i el xassís del vehicle i la ubicació dels motors, el maneig d’una palanca de control, l’estudi de

diferents tipus de sensors, el disseny i la construcció de diferents tipus d’actuadors amb

diferents tecnologies, la utilització de plaques microcontrolades, la programació, l’anglès, el

treball en equip, la generació de documentació, etc., sense deixar de banda altres

consideracions que són molt interessants, com ara la utilització correcta i segura d’eines

professionals, la manipulació de diferents tipus de materials, el treball en un entorn

professional real, el contacte i el treball en un centre de recerca universitari i amb els seus

investigadors, el compliment de normatives de seguretat, la utilització habitual de la llengua

anglesa, etc.

Des del curs 2014-2015, s’han començat a introduir conceptes més avançats en els tallers en el

cas que aquests s’adrecin a estudiants amb un grau de maduresa més alt. Aquestes edicions

específiques se centren en la robòtica submarina autònoma (Autonomous Underwater Vehicles

[AUV]). En aquest cas es tracta de posar en marxa un vehicle submarí programable, que emula

el comportament d’aquests vehicles submarins autònoms utilitzats en missions reals

d’exploració i en recerca. Amb aquesta finalitat, els estudiants treballen amb plataformes

electròniques de codi obert basades en la utilització de maquinari i programari de baix cost (o

gratuït) i fàcil d’utilitzar.

b. Objectius

1) Fer una aplicació pràctica dels coneixements de diferents aspectes de l’enginyeria i de la

tecnologia, que es poden adquirir en els diferents graus que s’imparteixen a l’Escola

Politècnica Superior de la Universitat de Girona.

2) Posar en pràctica procediments i maneres de treballar que són propis del

desenvolupament de projectes d’enginyeria.

3) Explicar als estudiants participants els diferents projectes de recerca i de vehicles

subaquàtics desenvolupats al Centre d’Investigació en Robòtica Submarina (CIRS) de la

Universitat de Girona i discutir-los.

4) Dur a terme la interacció i el treball dels estudiants amb investigadors sèniors de la

universitat, que és un factor molt motivador per a incrementar l’interès dels estudiants per

la ciència i la tecnologia.

c. Metodologia

Els tallers es porten a terme al Centre d’Investigació en Robòtica Submarina de la Universitat

de Girona, al Parc Científic i Tecnològic, un laboratori dissenyat expressament per al

desenvolupament de projectes de robòtica submarina que també disposa d’una piscina de

proves per als vehicles que es desenvolupen. L’activitat es pot fer en qualsevol piscina o fins i

tot en instal·lacions més modestes.

Es desenvolupen en 3 grans blocs, cadascun en un dia diferent.

Es treballa en equips de 4 estudiants (el nombre màxim de participants en el taller és de 24

estudiants). En cada edició es desenvolupen 5 o 6 prototipus de robot submarí.

La durada aproximada de l’activitat és de 3 sessions d’unes 7 hores cadascuna (20 hores de

treball amb contacte permanent amb el professorat).

Tot i l’estructuració de l’activitat que es comenta en aquest apartat, aquesta és completament

flexible i es pot programar emprant altres formats. Es pot incloure la possibilitat de dur-la a

terme parcialment al centre de secundària (amb el suport de les persones encarregades de

l’activitat) i acabar-la de refinar al Centre d’Investigació en Robòtica Submarina.

d. Avaluació i resultats

L’exploració dels entorns subaquàtics i de l’oceà sempre és un desafiament molt important per

a la humanitat, que resulta molt atractiu als joves i els suposa un estímul de la seva vocació

envers les disciplines tecnològiques i científiques.

Els estudiants joves són, de natural, molt curiosos respecte al món que els envolta. El

construccionisme és una teoria d’aprenentatge que defensa que l’aprenentatge és un procés

actiu de construcció de coneixement. Aquesta construcció del coneixement es produeix d’una

manera molt més efectiva quan es construeixen objectes i artefactes que són tangibles i

compartibles.

En particular, es considera que aquestes activitats pràctiques de caire construccionista són

molt rellevants a l’hora d’exposar els estudiants als camps de la ciència, la tecnologia,

l’enginyeria i les matemàtiques (STEM és l’acrònim en anglès per Science, Thecnology,

Engineering and Mathematics). Si s’hi afegeix l’art, aquestes activitats encara són més

poderoses (STEAM).

Segons la nostra opinió, el nombre d’experiències que s’han portat a terme fins ara és molt

important, amb la participació, principalment, de centres de secundària de les comarques de

Girona, tot i que s’espera que es puguin ampliar a altres centres de comarques properes. En

tots els casos la valoració que els estudiants participants i els professors fan de l’experiència

participants fan de l’experiència és molt positiva. No hi ha evidències clares en aquest sentit, ja

que aquestes opinions s’han recollit sovint en acabar l’activitat i poques vegades ens han

arribat per escrit. Tot i això, el grau de satisfacció és molt alt, i es considera que l’activitat és

adient per als propòsits exposats.

Aquest darrer aspecte de la valoració personal de l’activitat presentada és tal vegada el més

important de tots, atès que es considera sincerament que les relacions, el coneixement i els

projectes conjunts entre els centres de secundària –i també de primària– i els centres

universitaris es quelcom que cal potenciar, perquè són extraordinàriament beneficiosos per als

estudiants i per als docents de tots aquests àmbits.

Fins al moment d’elaborar aquest informe, s’han fet 42 edicions dels Tallers de robòtica

submarina, i n’hi ha, com a mínim, 5 edicions més programades per a l’any 2018. S’ha treballat

directament amb uns 690 estudiants i s’han construït, fins ara, 165 robots submarins.

e. Impacte / Sostenibilitat

Creiem que les publicacions referents a diferents aspectes dels tallers, els projectes FECYT del

Ministeri d’Economia, Indústria i Competitivitat, el premi ITWorldEdu, la distinció Jaume Vicens

Vives, la participació en fires (internacionals) i exhibicions de diferents tipus, i el fet d’haver

tingut la possibilitat d’«exportar» l’activitat a les Illes Canàries i a l’Índia (projecte

Inventors4Change) avalen molt bé la qualitat de l’activitat que presentem, la qual, a més, es

pot considerar gairebé única, ja que no tenim referents d’altres activitats de construcció de

robots submarins de baix cost com aquesta, sobretot a Europa, i això és quelcom que fa molt

especial i característica aquesta activitat.

Considerem també que els Tallers de robòtica submarina són una manera molt adequada

d’explicar la recerca en robòtica submarina. Actualment la majoria dels projectes de recerca

han d’anar acompanyats d’activitats de divulgació adequades.

Considerem també que l’activitat és fàcilment realitzable i adaptable a diferents entorns i

situacions. Tampoc no creiem que sigui imprescindible haver de considerar tota l’activitat com

un conjunt.

A més, l’activitat, tal com s’ha definit, proposa uns materials determinats per a dur-la a terme.

Es tracta d’una proposta. Tothom ha de sentir la llibertat d’assajar altres propostes diferents

que poden resultar tan adequades, com les que s’han presentat, o fins i tot més.

f. Línies futures / Noves oportunitats

Es considera que l’activitat té molt recorregut, segons la interpretació que se’n faci. Sempre hi

ha la possibilitat d’incorporar-hi nous elements, nous aspectes, nous blocs i nous conceptes

que hi puguin estar relacionats d’una manera directa o indirecta. Per exemple, es pot

investigar en la incorporació de blocs de sensors al vehicle que puguin estar relacionats amb

paràmetres d’interès que es vulguin investigar.

Un altre exemple és la incorporació de plaques electròniques programables, que ha permès

incidir en temàtiques relacionades amb la informàtica i amb la programació d’aplicacions, la

programació de trajectòries, l’anàlisi de sistemes físics reals, etc.

g. Conclusió

L’activitat està lligada completament a les noves maneres d’aprendre, com ara l’aprenentatge

basat en projectes transversals, amb la creativitat, amb el treball en equip, i hi incideix en

diferents competències i completament d’acord amb la filosofia Maker i Do it Yourself

(aprenentatge, entreteniment i estalvi) que tant s’està potenciant en altres països i

relacionada de vegades amb certs moviments contraculturals molt interessants.

El resultat final de l’activitat és un artefacte que han fabricat els estudiants amb les seves

pròpies mans, fet que reforça extraordinàriament el vincle que tenen amb l’activitat, a més de

ser quelcom molt atractiu. El robot submarí navega per sota de l’aigua amb una gràcia i una

suavitat impressionants, la qual cosa és molt sorprenent, en el millor sentit, per a qui hi ha

estat treballant.

El que sí que s’intenta sempre és utilitzar materials de baix cost i eines que siguin fàcils

d’obtenir. L’activitat és fàcilment realitzable per part dels professors de tecnologies i de

ciències dels centres de secundària. Es considera que, després de molt poques hores de

formació (dues o tres) i d’una mica de pràctica i atreviment, el professorat pot portar a terme

l’activitat amb total independència. A més, sempre hi ha la possibilitat de recórrer a

l’experiència dels investigadors del nostre grup de recerca per a qualsevol dubte que es pugui

tenir en qualsevol aspecte de l’activitat.

Per acabar, voldríem valorar com a excel·lent la relació, la sinergia i la confiança mútua

existent entre el centres de secundària on s’ha portat a terme l’experiència i els membres del

grup de recerca, com a fruit de tot aquest temps de col·laboració amb el projecte dels Tallers

de robòtica submarina.

6. Referències bibliogràfiques

D. A. (2014). Taller de Robótica Submarina (Manual de Construcción de un ROV). Plataforma

Oceánica de Canarias (PLOCAN). ISBN: 84-695-8338-7.

D. A. Taller de Robòtica Submarina (Manual de Construcció d’un ROV). (2015). Plataforma

Oceánica de Canarias (PLOCAN). ISBN 978-84-606-6892-3. [Traducció i adaptació de la

publicació del llibre del PLOCAN al català].

D. A. Manual de Implementación de Arduino y Scratch para el Control de ROVs. (2016).

Plataforma Oceánica de Canarias (PLOCAN). ISBN: 978-84-608-6554-4.

D. A. «Team-based building of a remotely operated underwater robot, an innovative method of

teaching engineering». Journal of Intelligent Robotic Systems (special issue on Teaching

Robotics), gener 2015.

Conferències

«Attracting talent to increase interest for engineering among secondary school students».

Diversos autors. IEEE Engineering Education Conference. «Learning Environments and

Ecosystems in Engineering Education» (IEEE-EDUCON'2011). Amman, abril 2011. [Ponència en

congrés internacional.]

«Building and Driving R2B2. Team-based Building of a ROV for Secondary School Students».

Investigador principal. Jornades de la Robòtica a les Escoles. Escola d’Enginyers Industrials de

Catalunya. Barcelona, abril 2012. [Ponència invitada.]

«Scratching Underwater». Diversos autors. Poster Session and Demonstration. Scratch

Conference. MIT MediaLab. Massachussets Institute of Technology. Cambridge, agost 2016.

[Sessió de pòster i demostració in situ.]

«Tallers de Robòtica Submarina per a Estudiants de Secundària». Diversos autors. 1a Jornada

de Ciència, Tecnologia i Educació. ICE Josep Pallach de la Universitat de Girona. Girona, juny

2011. [Presentació d’una experiència educativa.]

«Team-Based Workshop to Engage Young Students in Engineering and Science: Building and

Driving a ROV (R2B2). Two special editions in India». Diversos autors. Conferència Invitada.

Congrés OCEANS’2015. Gènova, maig 2015. [Ponència en congrés internacional.]

«Team-Based Building of a Remotely Operated Underwater Robot as a Method to Increase

Interest for Engineering among Secondary School Students». Diversos autors. 4th International

Conference on Education and New Learning Technologies. Barcelona, juliol 2012. ISBN: 978-84-

695-3491-5 / ISSN: 2340-1117. EDULEARN12 Proceedings. [Pòster en congrés internacional.]

7. Imatges de l’experiència

A continuació mostrem un seguit d’imatges representatives de l’activitat: