Blijft hij drijven? Uniek project met TI-Innovator™ Rover als robotboot
Leraar Alexandre Gomes denkt graag out of the box en houdt ervan om aan apparaten te sleutelen en te zien of ze meer kunnen dan waarvoor ze ontworpen zijn. Zou je bijvoorbeeld de TI-Innovator™ Rover kunnen inzetten als een varend meetstation, vroeg hij zich af. Vijf leerlingen van de Portugese school Oliveira Júnior stapten aan boord van dit project en pasten de robotauto zo aan dat die kon bewegen op het water. Met deze robotboot wonnen ze de derde prijs in de nationale Junior Atlantic wedstrijd die dit jaar draaide om het verbeteren van de duurzaamheid van oceanen.
Als leraar ben je waarschijnlijk bekend met mogelijkheden van de TI-Innovator™ Rover. Zo kunnen leerlingen programma's schrijven om het robotvoertuig een spoor te laten volgen of de afstandssensor gebruiken om tussen auto's te parkeren. Maar het verplaatsen van de Rover van het droge naar het water is van een heel andere categorie! Toch is dat wat leraar Alexandre Gomes en zijn leerlingen deden. Zij ontwikkelden een miniatuur robotboot op zonne-energie die de kwaliteit van het oceaanwater monitort door middel van sensoren die de temperatuur en de pH-waarde meten.
Constructie en schoepenwielen
Als eerste moest het team ervoor zorgen dat de Rover over water kon bewegen. Om dat voor elkaar te krijgen moesten leerlingen hun technische en ontwerpvaardigheden aanspreken. De leerlingen gebruikten TI-Nspire™ CX software om de voorwaarden te definiëren, zoals het bepalen van het zwaartepunt, en voerden een dimensionale analyse uit.
Om de boot te maken en drijvend te houden gebruikten de leerlingen isolatieschuim. Daarin maakten ze een waterdichte inkeping in de vorm van de Rover zodat de bedrading droog zou blijven. “De leerlingen deden eerst een paar tests en toen ze zeker wisten dat het veilig genoeg was, plaatsen ze de Rover in het omhulsel. Dat was een spannend moment. Iedereen wist dat als de Rover het water zou raken, het niet zo goed zou zijn,” vertelt Gomes. Toen de boot bleek te blijven drijven, was het tijd voor de volgende stap; het toevoegen van schoepenwielen om de Rover te laten varen. Om dat gedaan te krijgen moesten ze het apparaat uit elkaar halen. "Een goede les in techniek," aldus Gomes.
Verschillende deelprojecten
Om het behapbaar te maken was het project opgedeeld in verschillende deelprojecten. Allereerst richtten de leerlingen, die zichzelf het OJ-(clean)POWER-team noemden, zich op het opsporen van vervuiling. "De RGB LED-sensor van de Rover moest knipperen als een vreemde kleur werd gezien die zou kunnen wijzen op vervuiling. Zo maakten ze een controle-instrument om de kwaliteit van het water te onderzoeken. Daarnaast gebruikten ze de afstandssensor om obstakels te ontwijken. Om dit allemaal voor elkaar te krijgen programmeerden de leerlingen in Python met hun TI-Nspire™ CX II-T handhelds en software. Verder gebruikten ze Vernier-sensoren om de pH en de temperatuur te meten en te bekijken hoe de waarden in de loop van de tijd veranderden.”
Probleemoplossend vermogen gebruiken
"Bij het gebruik van de Rover op het water, liepen de leerlingen tegen verschillende problemen aan," zegt Gomes. Obstakeldetectie bleek bijvoorbeeld een uitdaging. "Als de ranger sensor iets waarneemt beneden een bepaald punt, dan geeft hij een signaal aan de Rover om direct te stoppen. Dit gebeurt ook als de Rover op het water drijft, alleen blijft de boot nog een tijdje in beweging. Een uitdaging dus voor het team! Om dit op te lossen bedachten de leerlingen een instructie in hun softwareprogramma die zorgt dat de beweging stopt en dat de schoepenwielen achteruit gaan draaien. Dit laat zien hoe dergelijke projecten leerlingen helpt om hun probleemoplossend vermogen te ontwikkelen!"
Gegevens verzamelen
Nadat het gelukt was om de Rover goed te laten drijven, gingen de leerlingen aan de slag met het verzamelen van gegevens. "Het team ontwikkelde een sensoralarm," legt Gomes uit. "Daarbij bepaalden ze eerst wat de normale toestand van de omgeving was en definieerden ze de grenzen voor de sensoren. Ze programmeerden een routine om de gegevens automatisch in een spreadsheet te plaatsen. Zo werden alle gegevens, zoals temperatuur en zuurgraad, gemeten en genoteerd, met daarbij informatie over wanneer, waar en hoe de gebeurtenis zich voordeed."
Grootste uitdaging
Wat was eigenlijk de grootste uitdaging voor de groep? De leerlingen die dit project deden hadden bijvoorbeeld voor de start geen ervaring met programmeren in Python. Gomes: "Het leren programmeren ging hen heel makkelijk af. Ze begrepen vrij snel hoe het werkte. Wat helpt is dat je bij het programmeren in Python met de TI-Nspire™ CX-technologie niet alle code hoeft te kennen en leerlingen het menu kunnen gebruiken.”
Ook het gebruik van sensoren bleek niet de grootste uitdaging. De leerlingen hadden bij scheikunde al gewerkt met het meten en verzamelen van gegevens via sensoren. "Eigenlijk denk ik dat het concreet bouwen van de boot het meest uitdagend was!” lacht Gomes. “Voor dit project moesten ze de Rover openmaken om aanpassingen te doen. Daarbij bleek dat sommige leerlingen niet wisten hoe ze een hamer of een schroevendraaier moesten gebruiken. Het is grappig dat ze met digitale tools alles voor elkaar krijgen, maar dat ze niet eerder gewoon gereedschap hebben gebruikt. Toch ben ik uiteindelijk erg onder de indruk van de constructie. Het is gelukt en de leerlingen mogen trots zijn op het resultaat!”
Nieuwe mogelijkheden
Hoewel dit project is afgerond, ziet Gomes mogelijkheden om met het STEM-project verder te gaan. "De volgende stappen binnen dit project zijn om een mechanische transportband toe te voegen om plastic en ander afval te verzamelen. Ook het algoritme voor het detecteren van vervuiling op het water kan nog beter. De RGB-sensor van de Rover bevindt zich net boven het wateroppervlak. Om betere resultaten te krijgen zou je een geïsoleerde kabel kunnen toevoegen en deze onder water plaatsen.”
Leuk om te onderzoeken
Gomes is trots op wat het OJ-(clean)POWER-team heeft bereikt en kijkt uit naar nieuwe projecten. "Het mooie van dit soort projecten is dat leerlingen hun probleemoplossende vaardigheden verbeteren. Naast programmeren leren ze praktisch en creatief te zijn, wat ook erg leerzaam is. Verder hebben we tijdens dit project gemerkt hoe stevig en veelzijdig de TI-Innovator™-materialen zijn. Mijn leerlingen waren bang dat ze de Rover kapot zouden maken. Maar ik stelde ze gerust en zei dat ik de verantwoordelijkheid op me nam, zodat zij zonder stress konden ervaren hoe leuk het is om nieuwe dingen te ontdekken. En ik weet zeker dat als ze de volgende keer een schroef tegenkomen, ze die eruit kunnen halen!”
-
Bekijk deze video (voertaal Portugees) over het succes van het OJ-(clean)POWER team bij de Junior Atlantic-wedstrijd.