Mano robótica con LEGO Spike

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  • Nivel:
    • E.S.O.
    • Primaria
  • Área del pensamiento computacional:
    • Programación
    • Robótica

Autor

Francisco José Delgado Cecilia  

Breve descripción

¿Podemos crear una herramienta que facilite la vida de otras personas? En este proyecto, los estudiantes aprenden y practican el proceso de diseño, mientras desarrollan y aplican sus ideas en la elaboración del producto final. Diseñar una prótesis de mano que nos sirva para abrir una puerta o coger una pieza de fruta.

Usaremos los kits de LEGO-Spike como herramienta educativa para lograr nuestros objetivos. 

El proyecto nos permitirá trabajar la robótica (construcción y programación de un robot) con un lenguaje computacional por bloques a través del software de LEGO-Spike.

Nivel y etapa

Aplicable para 5º y 6º curso de Educación Primaria y extensible a los primeros cursos de ESO. 

Asignaturas

  • Lengua Castellana y Literatura.
  • Educación Plástica.
  • Ciencias Naturales. 

Temporalización

3 sesiones de 55 minutos. 

Área de trabajo

Robótica educativa, STEAM. 

Punto de partida

Para llevar a cabo esta propuesta, el docente necesita: 

  • Tener conocimientos básicos de programación y de robótica. 
  • Contar con el kit de robótica LEGO-Spike para completar el producto final. 

Por otra parte, los estudiantes deben estar familiarizados con los proyectos de robótica educativa y contar con nociones básicas de programación por bloques. 

Objetivos generales

  • Aprovechar la tecnología para desempeñar un papel activo en la elección, la consecución y la demostración de competencias relacionadas con sus objetivos de aprendizaje. 
  • Evaluar críticamente una variedad de recursos usando herramientas digitales para construir conocimiento, producir artefactos creativos y desarrollar experiencias de aprendizaje significativas. 
  • Utilizar la tecnología en el proceso de diseño para identificar y resolver problemas, creando soluciones nuevas, útiles e imaginativas. 
  • Desarrollar el espíritu emprendedor y la confianza en sí mismo, la participación, el sentido crítico, la iniciativa personal y la capacidad para aprender a aprender, planificar, tomar decisiones y asumir responsabilidades. 

Objetivos específicos

  • Construir una mano robótica con piezas de LEGO que permita a los estudiantes diseñar y construir su propio robot para fomentar la creatividad y la imaginación. 
  • Desarrollar el pensamiento crítico y la resolución de problemas, enfrentándose a desafíos que deben resolver. 
  • Promover el aprendizaje STEAM: la construcción y programación de una mano robótica incorporando conceptos de ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas y su aplicación al mundo real. 
  • Fomentar el trabajo en equipo involucrando a todos los miembros, fomentando la colaboración y la comunicación. 

Desarrollo de la propuesta

La educación tiene un papel fundamental en la configuración de la sociedad en la que vivimos. Entre sus compromisos se encuentra la obligación de establecer las bases para la construcción de un entorno más diverso, accesible e inclusivo, en el que tengan cabida todas las personas, independientemente de su condición física, procedencia o entorno social, entre otras opciones. 

Hablar de educación inclusiva no es solo considerar una educación centrada en las personas con discapacidad, sino y, sobre todo, es considerar una educación que no discrimine a nadie, independientemente de su condición física, social, cultural o étnica, capacitando al individuo para que se desenvuelva de forma plena e independiente en la sociedad, más allá de posibles limitaciones y obstáculos que puedan impedir su plena participación en ella. 

Nos hemos inspirado en la historia de Hand Solo para cargar este proyecto de un valor más allá del trabajo de programación o robótica y se han abordado, inspirados por David Aguilar, temas tan actuales como el bullying y la inclusión. 

La robótica educativa, en este caso el Kit de LEGO Spike, es una solución de aprendizaje STEAM, que desarrolla el pensamiento crítico y la resolución de problemas o desafíos atractivos y relevantes. Pensado para trabajar con estudiantes de los últimos cursos de Educación Primaria y de la etapa de Secundaria, involucrándoles en proyectos sencillos que les permita realizar diseños creativos para resolver problemas complejos que tienen relevancia en el mundo real. 

LEGO Educación ofrece a los docentes un amplio abanico de lecciones para llevar al aula. La APP de LEGOSpike Prime está basada en Scratch, un lenguaje de programación por bloques sencillo e intuitivo. 

Prototipo de brazo robótico. Extraído de la APP LEGO Spike Prime. 

Esta propuesta didáctica se centra en el diseño, construcción y programación de una mano robótica que nos permita coger diferentes objetos cotidianos utilizando como herramienta principal el Kit de Lego Spike Prime. Pretendemos que la robótica educativa sea una herramienta que nos permita abordar otros contenidos curriculares, por lo que hemos enfocado la propuesta como un proyecto de aprendizaje al servicio de las personas. 

En esta actividad pretendemos fomentar la creatividad. Primeramente, introducimos la idea de inventar un artefacto que pueda dar respuesta a determinadas demandas o necesidades y mejorar la vida de las personas. Ya que se está hablando de una mano robótica, les guiaremos en un primer momento para que diseñen una mano propia y, a continuación, proponerles que diseñen otro invento para cubrir otras necesidades. 

Sesiones

SESIÓN 1. FASE DE EXPLORACIÓN

Lego Educación. Fuente Unidades Didácticas. 

En esta fase los estudiantes conectan con el problema y plantean diferentes soluciones. 

En pocos años, los robots y los programas automatizados serán imprescindibles para la sociedad, por lo que es fundamental formar a los estudiantes en el mundo de la robótica y la programación. Pero tenemos que entender que un robot no sólo es esa máquina con forma humana que se mueve, habla y gesticula. Un robot es una máquina automática programable que es capaz de interpretar información del entorno y dar una respuesta. 

Para contextualizar e introducir el proyecto como forma de motivación, proyectamos y compartimos varias noticias con los estudiantes, entre ellas, la de junio de 2019, donde unos investigadores desarrollan la primera mano robótica exitosa de la historia controlado por la mente sin implantes cerebrales (Link). 

Se plantean diferentes preguntas y se hace una puesta en común. 

  1. ¿Qué movimientos puedes hacer con la mano? 
  2. ¿Cuál es la función de los músculos de tus manos? 
  3. ¿Qué cosas no podrías hacer sin las manos? 
  4. ¿Cómo puedes crear una mano artificial? 

Realizamos simulaciones de qué ocurriría si nos faltase una mano, o las dos. 

Como respuesta, se adjunta alguna noticia que ofrece una vertiente práctica, aplicable y realista (Link) 

Diseñamos nuestro primer boceto de mano robótica. Cada estudiante, de manera individual, diseña cómo sería su prótesis de mano, atendiendo a todas las consideraciones que hemos tenido anteriormente. 

La creatividad nos permite dar soluciones a los problemas, es una de las cosas que nos diferencian de las máquinas. Las manifestaciones artísticas son fundamentales para el desarrollo de la personalidad de los estudiantes, ya que, por medio de estas, manifiestan su visión personal, idealizada o crítica, empleando como métodos comunicativos los recursos sonoros, plásticos y lingüísticos. 

SESIONES 2 Y 3. FASE DE CREACIÓN

Lego Educación. Fuente Unidades Didácticas.

Dentro de esta fase, podemos diferenciar varios momentos: construir, programar y modificar. 

Para iniciar la segunda sesión, proyectamos un cortometraje animado titulado “The Present”, dirigido por Jacob Frey, la historia de un niño adicto a los videojuegos, que recibe un regalo que le cambiará la vida por completo.  

Frame vídeo “The Present”. Fuente https://youtu.be/j0dsbYI18v0 

Además de servirnos para conectar con el trabajo realizado la sesión anterior, nos permite percibir, interpretar y comprender el mundo que nos rodea, poniéndonos en la piel de las personas con discapacidad y descubrir la manera de buscar soluciones creativas que permitan la inclusión, evitando que nadie se sienta despreciado, perseguido u olvidado. 

Los estudiantes construirán una mano robótica en la que programarán cómo coger, levantar o dejar objetos. Usarán esa mano robótica para mover pequeños objetos. Su primera tarea será coger una botella y ponerla en la mesa. La segunda tarea será coger un ladrillo de lego. También pueden escoger construir sus propios objetos y utilizarlos para esas mismas tareas. 

Lego Educación. Fuente Unidades Didácticas. 

1º.- Formamos los grupos. 

Para construir y programar nuestra mano robótica vamos a necesitar los Kit de robótica, en nuestro caso usaremos LEGO Spike Prime. Según la metodología LEGO, lo ideal es contar con un kit por pareja, aunque también se pueden hacer grupos de 3 o 4 estudiantes si no hubiese kits suficientes. Para ello distribuiremos una serie de roles entre los miembros del equipo, intentando que todos se sientan partícipes del proyecto y que entiendan el producto final como algo creado por todos. 

Los estudiantes son capaces de organizar el trabajo entre los diferentes miembros del equipo, aunque como docentes tenemos que asegurarnos que todos tengan un papel relevante a lo largo del proyecto. Los roles que suelen aparecer son:  

  • Jefe/a de equipo, encargados de que el equipo funcione como debe. 
  • Ingeniero/a, encargado de llevar un control de las piezas y el Kit. 
  • Constructor/a, encargado del montaje de las piezas. 
  • Programador/a, encargado de realizar la programación. 

Estos roles serán rotativos a lo largo del proyecto intentando que todos los miembros pasen por todos los roles y de esta manera desarrollen las habilidades requeridas. 

2º.- Reparto de Kit y ordenadores. 

Una vez organizados los equipos se entrega un kit por grupo y se les asigna un portátil o tablet con el programa de LEGO. Es importante respetar este orden, ya que la sola presencia de los Kit genera una gran motivación y activación de los estudiantes.

A continuación, y antes de empezar a construir, presentamos el proyecto con este vídeo “Hand Solo, el joven que fabrica sus propias prótesis con piezas de Lego” (Link). 

Posteriormente, mostramos a los estudiantes el proyecto que viene como modelo en la LEGO Education y seleccionamos el proyecto llamado “Diseñar para alguien”. Además, se les entrega el material para los estudiantes Plan de lección y, con todo organizado, nos lanzamos a construir.  

3º.- Construimos nuestra mano.

Lego Educación. Fuente Unidades Didácticas. 

El docente pasa a un segundo plano como guía. Es fundamental que esté pendiente de la organización de los diferentes grupos, primero para que todos participen y, en segundo lugar, para asistir en aquellas situaciones en las que se produzcan problemas con el ensamblaje de las piezas o con la conexión de los Hub. 

4º.- Programamos.

Lego Educación. Fuente Unidades Didácticas. 

Una vez construida la mano, hay que darle vida y para ello tenemos que crear una secuencia de programación. Podemos basarnos en el modelo básico y después ir incorporando nuevos códigos o bloques para perfeccionar el producto final. Accedemos al software SPIKE e iniciaremos un nuevo proyecto. Para programar sólo necesitamos arrastrar los bloques desde el panel de bloques hasta el área de programación y encajarlos unos con otros. 

5º.- Mejoramos 

Una vez comprobado que la mano funciona usando las pinzas, buscamos incorporar mejoras que lo hagan más funcional. Es el momento de ofrecer la posibilidad de adaptar el diseño a nuestras necesidades. 

Una de las mejoras es conseguir que una persona sin movilidad en los dedos pueda agarrar los objetos, para lo que incorporaremos el sensor de color o el de ultrasonido con los bloques de programación que se aprecian en la siguiente imagen. 

Bloques de color o ultrasonido. Fuente extraída APP Lego Spike.

Este material didáctico se ha desarrollado en base a metodologías innovadoras, fomentando la iniciativa personal y autonomía de los estudiantes, desde un punto de vista competencial y multidisciplinar. 

SESIÓN 4. FASE DE COMPARTIR

Los estudiantes presentan y explican sus modelos y las conclusiones a las que han llegado. Probamos las dos pinzas que hemos diseñado y los diseños propios de cada grupo, apuntando los pros y contras de cada modelo en base a las siguientes cuestiones:

  • ¿Se pueden agarrar los mismos objetos con ambas pinzas? 
  • ¿Qué diferencias observáis en el agarre de las dos pinzas? 
  • ¿Haríais algún cambio en alguna para obtener mejores resultados? 

Para finalizar, ponemos en común lo que hemos experimentado. Es el momento de recoger y organizar todo. Es importante que los estudiantes se responsabilicen de que los kits queden perfectamente recogidos y ordenados. Hay que tomar un tiempo para mirar por el suelo por si hubiese alguna pieza. 

Una vez que la clase esté ordenada, pediremos a los estudiantes que escriban una pequeña reflexión en sus diarios y que completen una autoevaluación. 

Recopilación audiovisual de algunos momentos de la propuesta: 

Recursos materiales

Es fundamental tener preparadas las lecturas o vídeos que se van a utilizar, así como los enlaces al proyecto, los documentos necesarios para presentar el proyecto y las preguntas o indicaciones interesantes que queremos que los estudiantes respondan. 

En lo relativo a los Set de LEGO: 

  • Tener organizados los kits de SPIKE™ Prime. 
  • Tener instalada y actualizada la aplicación SPIKE™ en dispositivos que se utilizarán, o en su defecto usar la aplicación desde la web. 
  • Tener etiquetados todos los kits para las conexiones Bluetooth. 
  • Tener los controladores SPIKE™ Prime cargados. 
  • Conecte SPIKE™ Prime a iPad, Tablet u ordenador.   
  • Tener los Hubs actualizados e identificados correctamente para que coincida con el nombre asignado al conjunto.  

Asegurarse de que los dispositivos estén completamente cargados, que el Bluetooth esté habilitado (si es necesario) y que los estudiantes puedan acceder a la aplicación. 

Beneficios de su aplicación

Podemos afirmar que la incorporación de la robótica educativa en las aulas es un acierto, siempre que sea una herramienta para desarrollar las competencias de los estudiantes. Además, esta propuesta didáctica en específico contribuye con el Objetivo de Desarrollo Sostenible (ODS) 10 “Reducir las desigualdades” y garantizar que nadie se quede atrás ayudando a personas con discapacidad. 

Con este recurso podemos conseguir: 

  • Estudiantes participativos y motivados.  
  • Integrar las tecnologías en el aprendizaje de una forma práctica e intuitiva. 
  • Aplicar conocimientos en lugar de adquirirlos. 
  • Construir habilidades del siglo XXI. 
  • Ayudar a otras personas con discapacidad. 

Evaluación de la propuesta

En el aprendizaje basado en problemas no se trata de acertar o fallar. Se trata de aprender de manera activa, así como de desarrollar y probar conceptos. 

Dependiendo de las capacidades en las que uno se centre, se puede preguntar a cada grupo o a cada estudiante por una o las siguientes preguntas: 

  • Un esbozo de su estrategia (Descomposición) 
  • Un vídeo de su robot (Evaluación) 
  • Un vídeo de ellos explicando sus soluciones (Abstracción) 
  • Una captura de pantalla de su cadena de programación (Pensamiento Algorítmico) 
  • Una explicación de su programa (Pensamiento Algorítmico) 
  • Fotografías y explicaciones de algunas de las pruebas que hicieron durante el proyecto (Evaluación) 
  • Organiza una sesión en la que cada equipo pueda presentar una demostración de su solución (o soluciones). 

Además, y para favorecer una evaluación más cuantitativa, se adjunta la siguiente propuesta de rúbrica de evaluación.

Propuestas de mejora

Como propuesta de mejora, lo ideal sería realizar el proyecto con un fin social. Además, sería interesante contactar con David Aguilar, creador de la prótesis con piezas de LEGO, y poder concertar una visita al centro o un contacto online. También se puede invitar a un especialista en prótesis de una facultad, hospital o universidad para que dé una charla a la clase. 

Finalmente, usar partes cortadas con láser o creadas con una impresora 3D, si dispone de estas herramientas para crear otros inventos. 

Material de apoyo y/o ampliación