Robótica Educativa de Baixo Custo - Uma Proposta de Trabalho para O Projeto de Extensão Museu da Computação da UEPG

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1 Robótica Educativa de Baixo Custo - Uma Proposta de Trabalho para O Projeto de Extensão Museu da Computação da UEPG Ricardo dos Santos Neto (UEPG) ricardostosneto@gmail.com Fernanda Lima Schroeder (UEPG) fer_limaschroeder@hotmail.com Murilo José Sales Lopes (UEPG) murilojslopes7@gmail.com Diolete Marcante Lati Cerutti (UEPG) diolete@uepg.br Tatiana Montes Celinski (UEPG) tmontesc@uepg.br Resumo: O projeto de extensão Museu da Computação da UEPG tem como objetivo promover projetos que envolvam a história da informática. Dentro deste projeto encontram-se outros projetos vinculados, como a robótica educativa a qual fornece uma alternativa diferente de aprendizagem aos alunos, possibilitando que eles aprendam diversos conceitos de forma lúdica. Tem-se também o projeto do lixo eletrônico, que recolhe e fornece um destino correto para o lixo eletrônico de pessoas físicas. A união destes dois projetos possibilitou o surgimento da robótica educativa de baixo custo, que ensina aos alunos diversos conceitos como os de mecânica e robótica, além de auxiliar na criação e no fortalecimento da consciência ambiental dos alunos. Este artigo possui como objetivo apresentar os resultados de estudos sobre robótica educativa desenvolvido com alunos do curso de Engenharia de Computação do projeto de extensão Museu da Computação da UEPG. A metodologia nele utilizada foi o estudo da bibliografia, bem como a realização de observações e entrevistas com os alunos do curso de Engenharia de Computação envolvidos no projeto. Embora ainda em fase inicial, o projeto do Museu da Computação da UEPG tem proporcionado aos alunos de Engenharia de Computação o aprendizado sobre vários conceitos da área e sobre como levar estes conceitos a comunidade em geral. Palavras-chave: Robótica, aprendizado, lixo-eletrônico, consciência-ambiental. 1. INTRODUÇÃO O Museu da Computação da UEPG abre caminhos a estudantes, professores, pesquisadores e acomunidade, com o objetivo de mostrar de forma visual e interativa a evolução dos computadores e suas tecnologias e refletir sobre os impactos que esta evolução causa no desenvolvimento da sociedade. O Museu é dividido em espaço físico e virtual. O espaço físico disponibiliza à comunidade acervo de artefatos tecnológicos antigos, oficinas e workshops. O espaço virtual é disponibilizado na Internet por meio de um site onde todos poderãoacessar conteúdos sobre tecnologias relacionadas ao computador. Para a construção do sítio, como atividade inicial do Museu, os acadêmicos tiveram que esclarecer conceitos e avaliar ferramentas. Após as primeiras decisões, os primeiros protótipos foram apresentados(melo et al., 2011).

2 Com a necessidade de buscar um acervo para construir uma linha do tempo da computação, o Museu da Computação se depara com doações que vão além de suas necessidades como museu, se tornando responsável pelo material sobressalente. Visando atender essa nova necessidade, foi criado o projeto Lixo Eletrônico, tornando como um dos objetivos o estudo sobre o lixo eletrônico, bem como caracterizá-lo, classificá-lo, conhecer os danos para o ser humano e o meio ambiente e também sobre a lei vigente. Além do estudo teórico, é necessário realizar um levantamento, por meio de questionários, da situação do lixo eletrônico no âmbito do município de Ponta Grossa e por meio de visitas averiguar ações já existentes para o destino do lixo eletrônico. A partir dos dados levantados, analisa-se a situação atual da cidade e propõe-se ações para a coleta e destino para essa forma especial de lixo no município de Ponta Grossa(REZENDE et al. 2011). Através do lixo eletrônico adquirido, foi proposto aos alunos envolvidos no projeto do Museu da Computação da UEPG, outro projeto, porém relacionado a robótica educativa, o qual é atualmente levado a alunos de escolas públicas através de oficinas. Do ponto de vista industrial, segundo d Abreu (1999), a robótica é definida como o conjunto de conceitos básicos de mecânica, cinemática, automação, hidráulica, informática e inteligência artificial, envolvidos no funcionamento de um robô. E do ponto de vista educacional, a robótica educativa pode ser definida como a utilização destes conceitos da robótica industrial em um ambiente de aprendizagem. Com os objetivos de promover o estudo de conceitos multidisciplinares, como física, matemática, geografia, informática, entre outros, estimular a criatividade, raciocínio lógico e trabalho em equipe e também, ter noções básicas de programação. Assim, ao envolver a robótica educativa e o lixo eletrônico, o projeto de extensão Museu da Computação da UEPG busca promover a conscientização sobre o reuso de lixo eletrônico e também o aprendizado sobre sistemas automatizados para alunos de ensino fundamental das escolas públicas através de oficinas. Dentro deste contexto o objetivo deste artigo é apresentar os resultados de estudos sobre robótica educativa desenvolvido com alunos do curso de Engenharia de Computação do projeto de extensão Museu da Computação da UEPG. 2. REFERENCIAL TEÓRICO Analisando o ensino tradicional verifica-se que a preocupação maior está na apresentação de conceitos contidos em um currículo. Esse enfoque curricular provoca um distanciamento entre o que é ensinado e a realidade dos fenômenos físicos, biológicos e sociais em que o aprendiz está inserido. Isto pode ser observado pelo significativo número de pessoas que sentem dificuldades em aprender conceitos de matemática, ciências ou biologia. Também é elevado o número de pessoas que, embora nunca tenham demonstrado problemas no aprendizado de tais conceitos se mostram incapazes de aplicá-los de forma prática (VALENTE, 1993, apud CHELLA, 2002). Atividades de planejar, projetar e criar estão presentes em quase todos os campos da atividade humana. O arquiteto projeta quando está preparando a planta de uma edificação, o escritor cria quando está escrevendo sua obra, o gerente planeja, elabora projeções quando está reestruturando uma organização. Portanto, é de se esperar que atividades que envolvam projetar, criar, planejar façam parte do ambiente escolar.

3 O emprego de robôs em ambientes educacionais pode ser uma ferramenta adequada para o desenvolvimento de atividades que envolvam criar, projetar e planejar favorecendo assim o processo de ensino-aprendizagem. 2.1 Robô Um dos segmentos tecnológicos que mais crescem em nossa sociedade é a robótica. Ela representa a sinergia de diversas áreas do conhecimento, como por exemplo, a eletrônica, a mecânica, os sistemas de controle e a informática. No entanto, apesar destes avanços, poucas instituições educacionais têm se apropriado deste recurso. Adicionalmente, parte do que é produzido em termos de referencial teórico metodológico raramente chega ao conhecimento de professores e alunos. O emprego de computadores e kits de robótica em ambientes educacionais pode ser encarado como um caminho natural, uma ferramenta adequada para o desenvolvimento de atividades que envolvam criar, projetar e planejar favorecendo assim o processo de ensino-aprendizagem (CHELLA, 2002). O homem encontra-se em constante evolução, procurando sempre novas ferramentas. Silva (2009) afirma: Ao longo do tempo, o homem tem procurado desenvolver ferramentas que possibilitem a sua adaptação ao meio em que vive. Essas ferramentas visam não só ampliar as ações humanas, como também substituir a presença humana para realização de tarefas pesadas ou em ambientes inóspitos. As ferramentas criadas pelo homem possuem valores culturais e históricos, denominados artefatos culturais. A junção entre a robótica e educação tem todos os requisitos para dar certo. Primeiro, o robô possui uma série de conceitos científicos cujos princípios básicos são abordados pela escola. Segundo, pelo fato de que os robôs mexem com o imaginário e atrai mais a atenção de uma criança, criando novas formas de interação, e exigindo uma nova maneira de lidar com símbolos. 2.2 Robótica Educativa A construção de robôs móveis utilizando componentes de baixo custo reaproveitáveis, como lixo eletrônico, pode contribuir para o estudo e aplicação de ferramentas pedagógicas acessíveis à realidade das escolas brasileiras, podendo também essas ferramentas serem utilizadas em situações de ensino-aprendizagem com o auxilio da Robótica Educativa (Gonçalves, 2007). A robótica educativa envolve um processo de motivação, colaboração, construção e reconstrução. Para isso é necessário à utilização de conceitos de diversas disciplinas para a construção de modelos, tais como física, matemática e mecânica, levando os alunos a uma rica vivência interdisciplinar. A robótica educativa caracteriza-se em um ambiente de trabalho, em que os alunos terão a oportunidade de montar e programar seu próprio sistema robótico. Através da robótica, o aprendiz será o construtor de seus conhecimentos, por meio de observações e da própria prática e ao mesmo tempo se divertindo com o artefato que ele próprio construiu, incentivando os alunos a pesquisarem cada vez mais sobre os conceitos que seus protótipos robóticos englobam, fazendo assim com que se aprofundem nos temas trabalhados, fornecendo uma forma lúdica de aprendizagem. Por meio da robótica educativa os alunos aprendem os conceitos de diversas matérias como mecânica, física, programação, além de estimular a criatividade e o raciocínio lógico para solucionar problemas enfrentados nas execuções dos projetos dos protótipos idealizados.

4 Segundo Martins et. al. (2011) as oficinas a serem realizadas devem ser compostas de uma parte teórica e uma prática. Assim, na parte teórica da oficina serão apresentados alguns conceitos e será explicado sobre o lixo eletrônico. Na parte prática esses alunos construirão o artefato com o auxilio dos ministrantes da oficina. A robótica educativa de baixo custo possui como princípio o ensino de robótica e seus conceitos através de uma forma barata, em que não envolva muitos gastos financeiros, apenas a criatividade e interesse dos alunos. Uma alternativa para os projetos de robótica educativa de baixo custo é o projeto do lixo eletrônico, implantado pelo projeto de extensão Museu da Computação. Este projeto visa incentivar o reuso de materiais eletrônicos na criação de novos materiais, e esses resíduos eletrônicos coletados vem sendo usados pelo projeto de robótica educativa que faz parte do referido projeto. 2.3 Lixo Eletrônico No Brasil, lixo eletrônico é todomaterial que provem de resíduos eletroeletrônicos, como os resíduos sólidos, componentes tóxicos e metais pesados. Segundo Ferreira e Rodrigues (2010) a Organização das Nações Unidas (ONU) e o Greenpeace afirmam que o Brasil é o país emergente que mais produz lixo eletrônico em quantidade. Sendo também o país que possui maior número de descarte de geladeiras, celulares, TVs e impressoras. O computador, que é um exemplo clássico de eletrônico que as pessoasdescartam, após não o considerarem mais útil, tornando-se mais um lixo eletrônico, possui em sua composição inúmeros produtos que são considerados tóxicos ao ser humano, como: sílica, plástico, ferro, alumínio, cobre e chumbo. O quadro 1 mostra estes metais e seus principais efeitos à saúde das pessoas. Quadro 1 Danos causados por metais pesados Fonte: Ferreira e Rodrigues (2010) Segundo Celinski et. al. (2011), os resíduos eletrônicos quando descartados inadequadamente oferecem graves riscos à saúde da população e ao meio ambiente, uma vez que os mesmos, em sua maioria, possuem resíduos tóxicos, como metais pesados, que, se manuseados erroneamente, podem intoxicar o ser humano, ocasionando uma série de doenças graves. Conforme Ferreira e Rodrigues (2010),a União Européia (EU) possui a diretiva RoHS que restringe o uso seis substâncias tóxicas na produção dos equipamentos eletroeletrônicos, na qual responsabiliza os produtores na redução da quantidade utilizada destes metais. Esta mesma legislação foi implantada pela China em Já a Eletronic EquipamentColletion dos Estados Unido impõe as responsabilidades de reciclagem e reaproveitamento aos

5 fabricantes. A legislação deixa explícito que os fabricantes devem enviar um plano de tratamento às prefeituras, tornando-se proibido descartar lixo eletrônico junto ao lixo comum. No Brasil o decreto de Lei Federal nº , de 2 de agosto de 2010 (BRASIL, 2010), trata da política nacional de resíduos sólidos (incluídos nesta categoria os equipamentos eletrônicos), em seu art. 33, estabelece que é de responsabilidade dos fabricantes, importadores, distribuidores e comerciantes a estruturação e implementação de sistemas de logística reversa. Contudo, não existe um conjunto de leis que trate exclusivamente do lixo eletrônico. Empresas mais conscientes vêm implantando políticas próprias, como o reuso de matéria prima a exemplo do plástico, além de diminuírem o uso de metais pesados na fabricação de seus equipamentos. Os equipamentos eletrônicos que são descartados e se tornam lixo para algumas pessoas, podem ser devidamente reaproveitados. O Projeto do lixo eletrônico tem como princípio o reuso dos materiais, uma vez que após realizadas as coletas do lixo eletrônico nos mutirões, as peças recolhidas são analisadas e então catalogadas. Os equipamentos mais antigos são armazenados no acervo do Museu da Computação da UEPG.Já os equipamentos que não servem para o museu são utilizados no projeto de robótica educativa realizado com os alunos do curso de Engenharia de Computação da UEPG, os quais desmontam esses componentes e analisam o que é útil para seus protótipos robóticos. Os materiais que os membros do projeto não acharem útil, serão doados a associação de catadores de Ponta Grossa. Para que eles então reciclem de maneira correta, e para que essa reciclagem correta ocorra, os catadores passam por oficinas de aprendizagem de como lidar com o lixo eletrônico. 3. METODOLOGIA O trabalho desenvolvido com os alunos do curso de Engenharia de Computação envolve reuniões onde os alunos pesquisam possíveis protótipos robóticos que eles possam reproduzir. Após escolhidos os protótipos eles começam a analisar como colocar em pratica este projeto utilizando materiais retirados do lixo eletrônico, por meio da criatividade de cada participante. Após a decisão de quais materiais serão utilizados, os alunos passam a coletá-los nos equipamentos, desmontando-os para a retirada das peças necessárias. Com todo material necessário em mãos, passa-se à fase de execução do protótipo. Nessa fase, os alunos, muitas vezes descobrem que os materiais escolhidos não são os melhores e mais adequados, pois ou são grandes demais, ou pesados demais, ou deixam o projeto leve demais, entre outros problemas que são enfrentados. Neste sentido, os alunos são incentivados a colocar novamente em prática a criatividade para readequar seu protótipo robótico. Exemplos de materiais que são retirados do lixo eletrônico e utilizados no projeto de robótica educativa são:motores de drivers de CD;Fios;CD's;Carcaça de mouse;pilha;chave liga e desliga;suporte para pilha;entre outros, ilustrados na Figura 1.

6 Figura 1 Exemplo de materiais 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO Como resultado do projeto tem-se, até o momento, a criação de dois protótipos robóticos que são eles: a. Um CD com um motor de driver de CD e um contra peso, o qual se locomove devido ao motor (Figura 2); Figura 2 Protótipo usando CD b. Uma carcaça de um mouse, com um motor embaixo que faz com que este mouse de pequenos saltos imitando uma barata, motivo do qual o protótipo foi intitulado Baratinha, exemplificado na Figura 3;

7 Figura 3 Protótipo utilizando mouse e um motor c. Um terceiro protótipo que esta em desenvolvimento, o qual utiliza a capa do mouse e dois motores de drivers de CD e sensores de acionamento de inversão de polos, no qual os motores serão invertidos quando os sensores forem acionados, fazendo assim com que o protótipo não fique preso nas paredes. As oficinas de robótica com os alunos do curso do curso de Engenharia de Computação vêm sendo produtivas, devido ao fato de que engloba diversas áreas de conhecimento e aprendizagem, possibilitando ao aluno uma ampliação dos seus conhecimentos e dos conhecimentos obtidos em sala. Além de possibilitar uma maior interação entre os alunos dos diversos anos do curso, fazendo com que eles interajam de maneira diferente, possibilitando assim uma troca de aprendizagens e conhecimentos. Outro resultado observado no projeto é a percepção dos alunos do curso de Engenharia de Computação. Uma entrevista informal foi realizada, onde os alunos informaram que obtiveram ganhos na aprendizagem e que os benefícios trazidos através da robótica educativa fazem com que eles apliquem os conhecimentos e aprendam a estabelecer planos de trabalho, promovam atividades que gerem a cooperação em trabalhos em grupo, desenvolvam o senso de responsabilidade e despertem a curiosidade perante novas ideias, enfrentem situações que exijam tomadas de decisões, planejem atividades, desenvolvam e avaliem o resultado final, tenham responsabilidade com materiais de uso comum, pratiquem reciclagem de materiais e aprendam a trabalhar com diferentes ferramentas (multímetros, soldas, entre outros). 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS Com o projeto apresentado neste artigo é possível perceber o cumprimento do papel da universidade, que é possibilitar e ofertar diversas formas de conhecimento ao aluno. Observou-setambém que o projeto vem cumprindo não apenas o seu papel educacional, mas também o papel de conscientizar sobre o descarte correto do lixo eletrônico. A parte prática do projeto vem rendendo bons frutos, uma vez que já se obteve a criação e finalização de dois protótipos robóticos, e agora já esta em andamento um terceiro protótipo o

8 qual tem se mostrado mais complexo e envolve um conhecimento maior da área para a criação da lógica do protótipo. Este projeto vem possibilitando uma ampla aprendizagem aos alunos que nele participam, uma vez que os benefícios trazidos fazem com que eles apliquem na prática os conhecimentos obtidos em sala. Além dos integrantes do projeto, a comunidade também vem se beneficiando com o projeto, uma vez que são realizadas oficinas de robótica nas escolas da comunidade, ensinando aos alunos sobre como transformar o lixo eletrônico em protótipos robóticos sustentáveis. Referências BRASIL. Lei nº , de 2 de agosto de Disponível em: < Acesso em: 19de jun CELINSKI, T.M.; CELINSKI, V.G.; REZENDE, H.G. & FERREIRA, J.S.Perspectivas para Reuso e Reciclagem do Lixo Eletrônico. II Congresso Brasileiro de Gestão Ambiental Anais eletrônicos... Londrina: UNOPAR, Disponível em: < Acesso em: 10 jul CHELLA, M.T.Ambiente de Robótica Educacional com Logo. Disponível em: < Acesso em: 09 de julho de D ABREU, J.V.V.Desenvolvimento de Ambientes de Aprendizagem Baseados no uso de Dispositivos Robóticos. Disponível em: < Acesso em: 09 jul FERREIRA, R.D.G.&RODRIGUES, C.M.O.O Lixo eletrônico no Brasil.SBC Horizontes A Revista Eletrônica sobre Carreira em Computação da SBC. v. 3, n. 2, Disponível em: < Acesso em: 11 de jun. de GONÇALVES, P.C.Protótipo de um robô móvel de baixo custo para uso educacional. Disponível em: < Acesso em: 09 jul MARTINS FILHO, E.A.; KOGUT, H.G.; VAZ, J.L.K.P.; DA SILVA, L.H.F. &CERUTTI, D.M.L.O ensino de conceitos básicos de robótica para os alunos do ensino fundamental.in: Conversando sobre Extensão, 11., 2013, Ponta Grossa. Anais CONEX, Disponível em: < Acesso em: 20 jul MELO, G. A.; CELINSKI, T. M.; CERUTTI, D. M. L.; IELO, F. G. P. F. & PERIN, E.Museu da computação da OIT: visão geral do projeto.in: Conversando sobre Extensão, 9., 2011, Ponta Grossa. Anais eletrônicos CONEX, Disponível em: < Acesso em: 10 jul REZENDE, H. G.; CELINSKI, T. M.; CELINSKI, V. G. & FERREIRA, J. S. Museu da computação: o resíduo eletrônico e a responsabilidade social e ambiental. In: Conversando sobre Extensão, 9., 2011, Ponta Grossa. Anais eletrônicos CONEX, Disponível em: < Acesso em: 10 jul SILVA, A.F.da.RoboEduc: Uma Metodologia de Aprendizado com Robótica Educacional.2009, 115 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, Disponível em:< Acesso em: 09 jul