Concevoir l'avenir avec la robotique

À l'époque de vos études universitaires, si votre instructeur vous disait :« Apprenons la théorie du contrôle de la modulation de largeur d'impulsion ; allez à la page 1 453 de votre manuel », vous pourriez le faire, et vous apprendrez probablement la théorie. Mais que se passe-t-il si votre instructeur vous dit :« Apprenons la théorie de la modulation de largeur d'impulsion en déplaçant un robot d'un bout à l'autre de ce labyrinthe aussi vite que possible ? » Quelle option choisiriez-vous ?

Je choisirais des robots et des labyrinthes n'importe quel jour. Et c'est juste ce que j'ai fait. Il y a deux ans, j'ai aidé Texas Instruments à développer une série de kits de robotique pour la classe universitaire appelée TI Robotics System Learning Kit (TI-RSLK), visant à enseigner les systèmes et applications embarqués, un cours de premier cycle commun à la plupart des programmes d'études en génie électrique et informatique.

L'objectif du kit d'apprentissage TI-RSLK est de fournir une expérience pratique tout en développant la maîtrise de l'intégration des composants matériels et logiciels qui composent tout système électronique.

Pendant le processus de développement du kit, je me suis demandé s'il serait possible de mieux expliquer les systèmes complexes et les concepts d'ingénierie d'une manière qui pourrait rendre les étudiants enthousiastes à l'idée d'apprendre et d'explorer - peut-être même les aider à relier les théories apprises dans le classe aux expériences pratiques. Pourrais-je le faire de manière amusante et interactive ?

Le dernier kit est livré avec le kit de développement du microcontrôleur LaunchPad™ SimpleLink™ MSP432P401R, des capteurs infrarouges et de choc, une carte de châssis TI-RSLK, un programme complet gratuit divisé en 20 modules (y compris des codes de démarrage, des activités pratiques et des laboratoires) et plus.

Avec le TI-RSLK, les étudiants apprennent les concepts d'ingénierie de base en construisant puis en testant un robot capable de résoudre des tâches ou des défis complexes - de l'exploration d'un labyrinthe (Figure 1) à la course autonome, à la recherche d'un objet, à la navigation à travers un obstacle ou suivant une ligne. En outre, les étudiants peuvent explorer des concepts plus avancés tels que la compréhension des protocoles de communication Wi-Fi® tout en relevant des défis qui incluent la communication de robot à robot, ou le contrôle du robot via Wi-Fi et même Bluetooth®.

Figure 1 :Un étudiant en ingénierie teste le TI-RSLK dans un labyrinthe (Source :Texas Instruments)

L'équipe de l'Université TI a eu l'opportunité de travailler main dans la main avec Jon Valvano, professeur de longue date en systèmes embarqués à l'Université du Texas, pour développer le kit et le programme. Après avoir appris à le connaître, j'ai appris qu'il a certainement beaucoup de passion à vouloir améliorer les compétences d'apprentissage des élèves, et passe de nombreuses heures en dehors de la salle de classe pour aider les élèves à résoudre des problèmes. De plus, il enseigne à sa classe en utilisant des outils logiciels et matériels standard de l'industrie, offrant un parcours d'apprentissage pertinent pour l'intégration de systèmes. Le type de collaboration entre Jon Valvano et ses étudiants permet une éducation efficace et, espérons-le, de meilleurs ingénieurs pour le monde.

L'intégration efficace du système et la « réflexion système » sont importantes pour résoudre les problèmes de l'industrie de l'ingénierie. Les choix que font les ingénieurs lors de la sélection et de la conception du matériel et des logiciels affecteront en fin de compte l'efficacité de leurs solutions. Les employés de haute technologie d'aujourd'hui ont besoin d'une compétence fondamentale, quelle que soit leur fonction :la capacité de voir un problème dans son intégralité, de le décomposer et de le résoudre. Pour les ingénieurs et le processus d'ingénierie, ce qui était autrefois des éléments autonomes du cycle de conception - technologies, fonctions et concepteurs - sont désormais interdisciplinaires, impliquant des équipes de développement qui sont censées fournir des produits très sophistiqués. Et pour ce faire, les ingénieurs doivent être des penseurs systémiques capables de comprendre des concepts d'ingénierie complexes dans plusieurs disciplines et produits pour résoudre des problèmes de conception à multiples facettes.

L'approche pédagogique utilisée dans le TI-RSLK permet aux étudiants d'apprendre le « pourquoi » de l'ingénierie, au lieu de simplement apprendre le « comment ». Cette approche aide les étudiants à comprendre ce qui se passe lorsque le robot ne fonctionne pas, par exemple, y compris comment passer par le processus de débogage pour éliminer toutes les raisons possibles. Ce que l'équipe de l'Université TI voit se produire dans les salles de classe d'aujourd'hui, ce sont les étudiants qui retardent leur apprentissage ou qui sont frustrés parce que leur code se casse ou que leur solution ne fonctionne pas - et ils ne savent pas comment y remédier. Alors ils abandonnent et passent à des choses qu'ils comprennent… ou pire, s'ils sont au début de leur carrière d'ingénieur, ils abandonnent complètement l'ingénierie.

J'ai vu de mes propres yeux comment les robots gardent les étudiants engagés mais stimulent également leur créativité. L'été dernier, TI a laissé ses stagiaires tester la TI-RSLK à travers un mini-concours. Les élèves pourraient trouver des solutions pour que leurs robots relèvent un défi de labyrinthe plus rapidement ou avec plus de précision, ou ils pourraient entrer dans une catégorie « créative » pour soumettre des robots avec des applications amusantes. Mon préféré était le projet qui utilisait le TI-RSLK pour créer un jeu de poubelle mobile. Le robot marquait des points pendant que vous tiriez dans la boîte, tout en errant pour un défi supplémentaire. J'aime savoir que les étudiants ont appris des concepts d'ingénierie fondamentaux tout en s'amusant à créer leur propre application unique.

La pensée systémique et l'apprentissage pratique sont essentiels à la formation des futurs ingénieurs. Lorsque vous combinez cette réflexion avec une expérience d'apprentissage qui implique une éducation pertinente, développée en collaboration avec des experts de l'industrie et des universitaires, c'est un gagnant-gagnant pour tout le monde. Ce qui est encore plus excitant, c'est qu'une fois que les étudiants ont compris comment utiliser leurs connaissances pratiques ainsi que leur créativité et leur imagination pour trouver des solutions aux problèmes d'ingénierie d'aujourd'hui, les possibilités de ce qu'ils peuvent faire sont infinies.