I ricercatori del Tecnologico di Monterrey in Messico recentemente hanno creato un braccio robotico a basso costo che potrebbe migliorare l’educazione alla robotica online, consentendo agli insegnanti di dimostrare a distanza i concetti teorici spiegati durante le loro lezioni. Il braccio robotico, presentato in un documento pubblicato su Hardware X, è completamente open source e può essere facilmente assemblato da tutti gli insegnanti e gli educatori in tutto il mondo.
Victor H. Benitez uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto:
«Questo progetto è iniziato durante l’epidemia di coronavirus Covid-19 nel marzo 2020, dopo aver appreso della cinematica diretta e inversa e delle sue applicazioni, due studenti, Rodrigo Symonds e David Elguezabal, sono venuti da me con l’idea di creare un braccio robotico a due collegamenti con funzionalità IoT come progetto per il loro corso di robotica».
Victor H. Benitez e i due studenti si sono proposti di creare un robot economico che potrebbe essere assemblato al di fuori degli ambienti di laboratorio (cioè, senza la necessità di strumenti e attrezzature avanzate), ma che potrebbe essere utilizzato per mostrare concetti di robotica complessi in un ambiente fisico. L’esempio di questi concetti è la cinematica, un processo matematico alla base dei movimenti dei robot che può essere difficile da comprendere per gli studenti quando è spiegato loro solo teoricamente (cioè senza alcuna dimostrazione fisica).
Victor H. Benitez ha spiegato:
«Il nostro braccio robotico utilizza un processo matematico chiamato cinematica. La cinematica diretta consiste nell’usare matrici con i valori di angolo del giunto desiderati per determinare la posizione dell’effettore finale. Abbiamo utilizzato la Convenzione di Denavit-Hartenberg per implementare questo comportamento nel robot. La cinematica indiretta d’altra parte sono principalmente equazioni trigonometriche che creano relazioni tra lunghezze e angoli per calcolare come le articolazioni del braccio devono muoversi affinché l’effettore finale raggiunga un dato punto o traiettoria nello spazio».
La traiettoria che un braccio robotico deve seguire per spostare un “end effector” (cioè un oggetto di interesse) in un luogo specifico è determinata da coordinate specifiche o funzioni parametriche. L’effettore finale in questo contesto potrebbe essere qualsiasi oggetto che il braccio sta cercando di spostare, come un pennarello, un laser o anche una pinza robotica.
Il braccio robotico di Victor H. Benitez a differenza di altri bracci robotici esistenti, ha bassi costi di produzione, può anche essere collegato a fonti WiFi e può essere controllato da remoto tramite un’app online. Ciò lo rende ideale per l’apprendimento remoto, poiché consente agli insegnanti e agli studenti che comunicano su Internet di sperimentare con lo stesso braccio. Inoltre, il programma su cui si basa consente agli utenti di accedere facilmente a ogni comando e parametro dietro i movimenti del braccio, il che può supportare ulteriormente l’apprendimento e migliorare la comprensione di ogni studente dei processi alla base del comportamento di un robot.
Il braccio robotico ha quattro componenti chiave: una struttura del braccio elettromeccanico, un sistema di controllo, un modulo di comunicazione wi-fi e un’interfaccia uomo-macchina. È completamente open source e modificabile, ciò significa che gli educatori di tutto il mondo possono accedere al suo design e adattarlo in base alle loro esigenze specifiche. Utilizzando questo braccio, gli insegnanti possono dimostrare molti concetti di robotica e anche altri argomenti relativi alla matematica, alla stampa 3D, all’informatica e alla programmazione.
Victor H. Benitez ha detto:
«Il nostro robot è stato progettato principalmente per scopi educativi. Gli educatori possono facilmente utilizzare e modificare il braccio robotico per insegnare agli studenti le applicazioni dei molti argomenti menzionati nelle loro lezioni, anche quando devono affrontare le difficoltà dell’istruzione online».
Il recente lavoro di Victor H. Benitez e dei suoi studenti mostra che è possibile costruire un robot utile e efficiente utilizzando componenti elettronici e attuatori a prezzi accessibili. I ricercatori quando hanno valutato il loro braccio robotico, hanno scoperto che si tratta di uno strumento molto efficace per dimostrare concetti teorici, sia in ambienti di laboratorio sia a distanza. Gli educatori di tutto il mondo potrebbero presto iniziare a usarlo per insegnare agli studenti online in modi più coinvolgenti, fornendo dimostrazioni tangibili di argomenti teorici trattati durante le lezioni.
Victor H. Benitez in conclusione ha detto:
«Attualmente, un team di studenti sta sviluppando una seconda versione di questo robot con il nostro aiuto e le nostre raccomandazioni. Implementeranno aggiornamenti al robot e miglioreranno le prestazioni e l’affidabilità del design originale senza sacrificarne i vantaggi (prezzo basso, integrazione IoT, scopo educativo). Puntiamo a un equilibrio tra prezzo e utilità per consentire a questo progetto di essere applicato in molti differenti modi».
