Uso de Robótica para Programas Educativos na TVDI

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1 Uso de Robótica para Programas Educativos na TVDI Herlon Silva Santos¹, Aquiles Medeiros Filgueira Burlamaqui¹, Akynara Aglaé Rodrigues Santos da Silva 3, Renata Pitta Barros², Samuel Azevedo² ¹Escola de Ciências e Tecnologia(ECT) Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) Natal RN - Brasil ²Departamento de Computação e Automação (DCA CCET) Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) Natal RN Brasil 3 Departamento de Educação Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) Natal RN Brasil herlon.ssantos@bct.ect.ufrn.br;{aquilesburlamaqui,akynara,repitta, samuel.azevedo}@gmail.com Abstract. This project has the goal of showing the possibilities of robotics handling through education programs of the Interactive High definition TV. The proposed solution carries learning supportive tools for the users, using for such task, a project how to build environment, assembling, robots programming and controlling. We present two scenarios of usage, one for users who own educational robotics set and another for those who does not. Resumo. O presente trabalho tem a finalidade de mostrar as possibilidades de utilização da robótica em programas educativos da Televisão Digital Interativa. A solução proposta contém ferramentas de apoio a aprendizagem dos usuários, utilizando para tanto um ambiente de autoria em projeto, montagem, controle e programação de robôs. Apresentamos dois cenários de uso, um para usuários que possuem kits de robótica educacional, e outro para os que não possuem. Palavras-chaves: robô, programação, interatividade, TV digital, programas educativos. 1. Introdução Já podemos vislumbrar a televisão brasileira como um canal de interatividade. A TV Digital Interativa poderá proporcionar tal feito. Segundo Silva (2010). É por meio desta vantagem proporcionada pela TV Digital, que se poderá residir os benefícios para a educação (SILVA e at, 2010, p ). A construção de conteúdo interativo oportunizará a comunicação via tecnologia. Assistiremos um processo de ampliação de significados, ocasionando novos conhecimentos e informações de maneira imediata. Com o Sistema Brasileiro de TV Digital Interativa, SBTVD [2] os usuários terão a oportunidade de apreciar novas disposições tecnológicas, as quais podem estar relacionadas com o poder de criação, de cooperação e colaboração, uma vez que se compartilham conhecimentos diversos, interagindo assim com os demais usuários, favorecendo também uma auto-aprendizagem. (SILVA, 2010, p.?)

2 No cenário da Televisão Digital podemos encontrar interatividade, por exemplo, na utilização de enquetes, que são respondidas pressionando algum botão do controle remoto, realizadas ao vivo. Pensando na interação oferecida pela TVDI e analisando as necessidades educacionais do Brasil, a solução aqui projetada permite o controle e a programação de robôs, inserindo no contexto de programas educativos de TV as competências que a robótica educativa possibilita. Porém, por não existir uma forma padronizada que viabilize a entrada de dados textual para programação de maneira direta (como em um teclado), e por não existir por padrão um dispositivo de entrada para a TV similar a um mouse, nem toda capacidade de interação encontrada em uma aplicação para PC pode ser diretamente transferida para as aplicações de TVDI. Por isso, é preciso adaptar as aplicações e interfaces de robótica educacional quando desejamos trazer estas aplicações para a TV. As aplicações de robótica educacional podem envolver controle e programação, e normalmente requerem o uso de entrada textual. Aqui é preciso fazer a primeira das adaptações, pois nos controles remotos de TV encontramos apenas números, setas e botões com comandos específicos. Pensando nisso, foram desenvolvidos dois modos de entrada de dados como teclado virtual: o modo direcional e o modo numérico. Algumas aplicações de robótica educacional usam programação gráfica no lugar de textual, e nesses casos, normalmente usam a tecnologia Drag and Drop (arrastar e soltar), que também é inviável somente com o uso dos dispositivos que acompanham normalmente um conversor de TVDI. Apresentamos neste trabalho também um ambiente de programação textual e outro de programação gráfica. Esses ambientes foram desenvolvidos utilizando a plataforma Ginga-NCL [3] (com as linguagens NCL[4] e Lua [5]), padrão do SBTVD. O problema principal abordado neste trabalho é a popularização do ensino a distância de robótica, usando como meio a televisão digital interativa. Por meio de um sistema de autoria em projeto, montagem e programação de robôs; disponibilizamos os recursos que possibilitam que programas educativos de televisão usem recursos de robótica para enriquecê-los. 2. Trabalhos relacionados Pretendemos usar uma solução que envolva programas educativos com aplicações interativas de robótica pedagógica, então é preciso conhecer um pouco das características de trabalhos dessas duas áreas. Como exemplo de trabalhos que envolvem robótica pedagógica, podemos destacar a PNCA [6] desenvolvido para ser utilizado por estudantes e professores de robótica. Ele

3 é fácil de ser usado, sendo constituídos de peças metálicas, sensores, motores e um módulo de controle programável. Destacamos o projeto LEGO ZOOM [7] que se define como uma proposta pedagógica integral. Os alunos têm que analisar o problema em questão, projetar a solução e construí lá. A proposta LEGO ZOOM incluí o material didático - revistas de Educação Tecnológica da LEGO ZOOM, a formação do professor, o acompanhamento pedagógico contínuo e as maletas de tecnologia da Divisão Educacional da LEGO que serão utilizadas na escola. As maletas não são comercializadas em lojas, para evitar utilização incorreta dessa proposta. Entre aplicativos educativos para TVDI temos a TV Mímica [8]. Que surgiu na tentativa de juntar a popularidade da televisão às possibilidades advindas com o surgimento do modelo digital da televisão interativa, integrando a isto uma função educacional. Trata-se de um programa voltado para TV digital interativa, o qual tem como objetivos: a realização de experimentos de inserção digital envolvendo a TV Digital Interativa em escolas, a priori públicas, reforçar conhecimentos gramaticais, fazer associações (imagem/palavra/frase) e trabalhar o raciocínio lógico. Dessa forma, auxilia no processo de alfabetização, promove interação sujeito x TV, explora as potencialidades da tecnologia como forma de auxiliar no trabalho realizado pelas professoras da instituição e por fim minimiza a questão da exclusão digital. Ele proporciona o aprendizado através de sons, imagens, palavras e gestos, no qual se encaixam como um jogo de símbolos. Um projeto desenvolvido no Brasil é o TV Escola Digital Interativa (TVEDI), Silva (2004). Esse foi lançado em fevereiro de 2004 pelo Ministério da Educação e pela Secretaria de Educação à Distância como uma evolução do TV Escola tradicional. Tendo por finalidade a transmissão de áudio, de vídeo e de dados para as escolas da rede pública, as quais poderão armazenar as informações que recebem e enviar opiniões, perguntas e sugestões. 3. A solução O sistema de robótica educacional para TVDI foi desenvolvidos na plataforma Ginga- NCL, utilizando a linguagem de script Lua e a linguagem declarativa NCL (NCLUA). O NCLUA permite um melhor desempenho em aplicações mais complexas do que as que utilizam apenas o NCL.

4 Figura 1. Ambiente de Autoria. O Ambiente de Autoria é uma ferramenta que pode ser chamada por uma aplicação interativa após a instalação de um módulo de software que desenvolvemos para adicionar ao middleware Ginga-NCL. Este ambiente permite desenvolver a solução para um problema em três fases: projeto, montagem, e controle e programação; que serão discutidas mais adiante. Teclado Virtual Para facilitar a entrada de dados nas ferramentas de Autoria, desenvolvemos uma ferramenta para a TVDI chamada Teclado Virtual, que prevê duas formas de entrada de dados textuais com o usuário através do controle remoto. Na primeira forma, chamada Modo Direcional, o usuário navega numa tela, parecido com um teclado, utilizando as setas direcionais e seleciona uma tecla virtual pressionando a tecla OK do controle remoto. Na segunda, o Modo Numérico, os números do controle remoto estão mapeados de forma similar as teclas de um telefone celular; quando os usuários pressionam uma tecla mais de uma vez em um intervalo menor do que 1s os caracteres mudam. Posteriormente os caracteres são desenhados na tela por um modo canvas:drawtext do NCLUA. Podemos acompanhar o funcionamento do teclado virtual analisando seu diagrama de casos de uso (Figura 2). Primeiro, um usuário escolhe que modo de teclado virtual irá utilizar: modo 1(direcional) ou modo 2 (numérico). Então um dos modos do teclado virtual será usado como entrada padrão de dados textuais para a aplicação que o usuário está acessando. As setas pontilhadas do diagrama indicam que uma funcionalidade depende de outra funcionalidade que está sendo apontada. Figura 2 Caso de uso do teclado virtual. Projeto de Robôs Ao receber uma tarefa, ou um problema, o usuário pode chamar a ferramenta de projeto de robôs para auxiliar no planejamento do robô que realizará a solução. Esta ferramenta contém uma paleta de peças e uma área de desenho. Selecionando com as teclas direcionais do controle remoto, e clicando em OK, podemos escolher uma peça que é

5 adicionada ao desenho em uma área que também deve ser selecionada da mesma forma. Assim, é possível esboçar a aparência que um robô deverá possuir. Tutor de Montagem Após inicialização do módulo aluno, o usuário selecionará o modelo do robô, podendo optar por: corredor, varredor, carregador e boliche. Assim que o modelo for definido ocorre a escolha da base, podendo ser base de: corredor, base, roda-bola e Robô Sumo. Posteriormente os usuários definem os atuadores, sensores e sentido que são os movimentos possíveis (frente, trás, direita, esquerda, parar). Controle e Programação Em nossa solução, é possível tanto controlar quanto programar robôs para simulação e para execução dos programas em robôs reais. O controle remoto funciona com uma janela exibindo as ações que podem ser enviadas para o robô, e cada ação deve ser selecionada com os botões direcionais do controle remoto do conversor e é ativada com o clique do botão OK. A programação pode ser realizada com símbolos gráficos, ou com um editor de textos exibido no televisor (Figura 3). No modo textual pode ser usado um dos teclados virtuais como forma de entrada de dados, e funciona de forma similar a um editor de textos simples. Porém, as palavras reservadas de nossa linguagem de programação aparecem com cor vermelha. O modo de programação gráfica exibe uma interface de programação gráfica para TV Digital. Esse aplicativo possibilita a programação em alto nível para dispositivos como robôs do Kit NXT Lego. Um dos desafios foi estabelecer quais dados são necessários para compor um perfil XML de modo a determinar que símbolos podem ser utilizados para programar cada dispositivo que for adicionado ao conversor de TVDI. A interface lê esse perfil e monta uma paleta de programação com todas as opções disponíveis para o programador. O programa gerado será adicionado aos dados de uma aplicação de TVDI. Figura 3 Ambientes de Programação Textual e Gráfica na TVDI.

6 Uma vez que o usuário termina seu programa, ele pode salvar, compilar e enviá-lo para algum robô; ou simular sua execução em um cenário virtual. 4. Cenários de Uso Esta solução pode ser usada para compor, por exemplo, um programa educativo de TV que conterá, junto com um vídeo educativo ou ilustrativo, um botão de interatividade que ao ser clicado vai abrir uma aplicação interativa que irá controlar um robô. Este robô poderá estar na casa do usuário, caso este tenha acesso a este recurso, ou poderá simplesmente aparecer em um mundo virtual em sua TV. Vamos ilustrar a situação com dois roteiros fictícios de programa de TVDI. O programa Robô Edu vai Reciclar. O programa do robô Edu possui uma animação educativa mostrando um robô com personificação humana passeando em um parque cheio de lixo espalhado no chão, e com latas de lixo transbordando. No vídeo ele mostra aos seus amiguinhos como coletar o lixo de forma separada e enviar para a reciclagem. Enquanto assiste ao vídeo, o usuário poderá clicar no botão de interatividade e suspender o mesmo. Então surge um novo vídeo do Robô Edu lhe convidando a preparar uma atividade de coleta seletiva e pede para o usuário pegue as peças de seu kit robótico. O usuário que possui um kit de robótica poderá conectar o seu kit a sua TV, e acompanhar um tutorial, programado em nossa solução, que sugere algumas soluções para montar um robô que poderá coletar lixo no chão de sua sala. Então, após montar o robô, ele recebe um vídeo explicando como ele poderá programar o seu robô para alcançar o objetivo. Em seguida, abre-se uma janela com o ambiente de programação de robôs e o usuário terá o seu tempo para programar seu robô da melhor forma. Ao término dessa tarefa, surge um novo vídeo do Robô Edu pedindo para ele preparar algumas pás e caixinhas representando variados tipos de lixo, pintadas de cores diferentes e espalhá-las no chão. Então o usuário clica em seu controle remoto, no botão de cor verde que na aplicação em questão significa que ele está pronto para testar o programa de seu dispositivo robótico. Se o usuário tiver programado corretamente, o robô sai pela sala colhendo as caixinhas de cores iguais e as guardando em uma pá. Senão, o Robô Edu aparece lhe dando novamente as explicações da tarefa. O usuário poderá, ainda, enviar o seu programa para a produção do Robô Edu, que poderá lhe responder com a correção do problema.

7 Aplicações educativas e interativas podem simular em um ambiente virtual o uso de um robô para que os usuários sem acesso a kits de robótica possam aprender sua programação. Este é nosso segundo cenário de uso. O programa Cuidado com o trânsito!. Neste programa, aparece uma animação do robô Edu aprendo noções de trânsito. Ele aprende sobre as cores do semáforo dos carros e do semáforo dos pedestres. Enquanto assiste a esse vídeo, o usuário mais uma vez poderá clicar no botão de interatividade e suspender o mesmo. Então surge uma janela em sua televisão, mostrando a planta de uma pequena cidade virtual, e o robô Edu surge na tela pedindo ao usuário que lhe auxilie a chegar ao outro lado da cidade. Ao clicar no botão OK, é aberta uma janela com o ambiente de programação gráfica. Neste momento, o vídeo do robô Edu surge num canto da tela dando informações sobre como programar para que ele pare nos momentos certos do semáforo. Ao término da programação, o usuário usa as teclas direcionais de seu controle, e seleciona o botão Simular. Clicando em OK no controle, abre-se novamente a imagem da planta da cidade e do robô Edu em seu ponto de partida. O robô seguirá então o programa que foi feito, e se o programa tiver sido feito corretamente o usuário terá completado a tarefa, vencido o desafio; senão, ele poderá voltar e reprogramar seu robô quantas vezes quiser. O usuário poderá, ainda, enviar o seu programa para a produção do Robô Edu, que poderá lhe responder com a correção do problema. 5. Considerações finais O software está sendo utilizado em aplicações interativas do projeto XPTA.Lab do MinC, os modos de capturas foram desenvolvidos para resolver o problema da escassez de captura de dados em ambiente da TVDI. E, como resultado temos um recurso adicional que poderá ser aproveitado em diversas aplicações para TV digital, e possibilitará a programação de robôs na telinha. A televisão é um dos eletrodomésticos mais utilizados pelos brasileiros. A aplicação desenvolvida está vinculada a TV digital interativa, isso proporcionará o acesso a grande parte da população. Então, o trabalho garante uma forma de inclusão digital para sociedade. Como trabalhos futuros, adicionaremos novos modos de entrada de dados textuais. Um desses modos seria a utilização do teclado touch screen dos celulares, realizando uma

8 conexão bluetooth, os dados pressionados no celular seriam transmitidos ao middelware. 6. Agradecimentos Gostaríamos de agradecer ao Ministério da Cultura que financiou este trabalho a partir do Programa Laboratórios de Experimentação e Pesquisa em Tecnologias Audiovisuais XPTA.LAB, através da Sociedade Amigos da Cinemateca, para compor o Laboratório de Excelência em Desenvolvimento de Aplicativos para Produção Edição e Difusão de Conteúdos Audiovisuais pela Internet e TV Digital. E ao laboratório Natalnet e a TV Universitária da UFRN por demais recursos e espaço utilizados. 7. Referências [1] SILVA, Akynara; GALLO, PATRÍCIA.Org. por Maria das Graças Pinto Coelho.. TV digital interativa: uma proposta de ampliação no processo de significação do programa TV globinho, In: Pedagogia Crítica da mídia: A teia da mídia-educação nas redes sociais contemporâneas. Rio Grande do Norte, EDUFRN, [2] FÓRUM do sistema brasileiro de TV digital terrestre. Disponível em: [ Acessado em: 01/07/2010. [3] BARBOSA, Simone Diniz Junqueira; SOARES, Luiz Fernando Gomes. Tutorial JAI TV Digital Interativa no Brasil se faz com Ginga (NCL 3.0). Disponível em: [ Acessado em: 01/07/2010. [4] TELEMÍDIA PUC Rio. Documentação de NCLua. Disponível em: [ Acessado em: 01/07/2010. [5] MANUAL de Referencia Lua 5.1. Disponível em: [ Acessado em: 01/07/2010. [6] PNCA Robótica e Eletrônica, Manual do Usuário Módulo 2,(2010) Janeiro. [ Acessado em: 10/07/2010. [7]BACAROGLO, Mauricio. ROBÓTICA EDUCADIONAL: Uma metodologia educacional. Londrina: UEL, f. Monografia (especialização) - Universidade Estadual de Londrina. Centro de Ciências Exatas. Londrina, [8] SILVA, Gustavo Henrique Souto da. TV Digital: Um novo ambiente de aprendizado - TV Mímica. Natal: FATERN, f. Trabalho de Conclusão de Curso Curso de Redes e Computadores, Faculdade de Excelência do Rio Grande do Norte, [9] SILVA, F. P. R.; MOURA, T. J. M.; SANTOS, A. de S.; RIBEIRO, M. de B.; FILHO, G. L. de S. & BRENNAND, E. G. de G. (2004). TV Escola Interativa: Uma proposta educativa para TV Digital. [ Disponível em 05 de outubro de 2008.