A robótica surgiu e se desenvolveu aplicada a indústria e somente recentemente foi apropriada pela educação. Os conjuntos de materiais para construção de robôs permitem que se criem verdadeiras réplicas dos robôs industriais, que se movimentam e tenham braços para pegar coisas ou empurrar. Possuem sensores dos mais diversos tipos: desde um sensor de luminosidade até um sensor de gás, campo magnético ou infravermelho. Em muitos casos os componentes utilizados no conjunto de materiais educacionais são os mesmos utilizados na indústria ou uma versão menor.
Desta forma, na estrutura de um robô, os elementos que o constituem e suas funções vieram da robótica industrial. Para o desenvolvimento de atividades educacionais cujo objetivo é a construção de protótipos que envolvam temas do currículo para a investigação de fenômenos e conceitos, é importante que tanto o aluno quanto o professor tenham conhecimento da definição de um robô, dos elementos necessários para a construção de um protótipo, assim como da função de cada elemento. Assim, levantar-se-ão neste trabalho, os conteúdos específicos da robótica necessários para o desenvolvimento de projetos educacionais. Partindo do conceito de robô, Niku o classifica como um manipulador, controlado por um computador para executar um programa, de forma que:
[...] os robôs são projetados e destinados a ser controlados por um computador ou dispositivo similar. Os movimentos do robô são controlados por meio de um controlador, sob a supervisão de um computador que está executando um tipo de programa. Portanto se o programa é alterado, as ações do robô também mudam. (NIKU, 2013, p. 22).
Essa definição é relevante no sentido de diferenciar um robô manipulador de um manipulador simples, como, por exemplo, um guindaste ou uma máquina capaz de mover objetos de um lugar para outro. Levando em consideração a estrutura e a funcionalidade, tanto um robô quanto uma máquina, como um guindaste, possuem atuadores. Entretanto, a diferença básica entre robôs e máquinas reside no fato de o robô ser controlado por um computador e executar as tarefas determinadas por um programa, enquanto que a máquina é controlada por um ser humano. De modo mais simplificado, enquanto que um robô executa as tarefas que foram programadas sozinho e as repete até que se altere o programa, uma máquina necessita que o ser humano a conduza. Outra diferença é o fato de um robô decidir entre duas ou mais ações de acordo com as condições inseridas na programação que está executando.
Assim, pode-se entender que a robótica é a área de concentração de conhecimentos e conceitos sobre a aplicação de robôs em atividades humanas. Trata-se de uma área interdisciplinar que, de acordo com Niku (2013), beneficia-se dos conhecimentos das engenharias, da Física, de Ciências da Computação, das Ciências Cognitivas, da Biologia e de muitas outras disciplinas. Um robô é um sistema constituído por elementos que integrados irão formá-lo:
Manipulador: é o corpo do robô, a ele serão conectados todos os outros elementos que constituem um robô.
Atuadores: podem ser considerados como os “músculos” dos manipuladores, realizam os movimentos de acordo com os sinais enviados pelo controlador. São os servomotores, os motores de corrente contínua, motores de passo etc. Os atuadores estão sempre sob o controle do controlador.
Sensores: são responsáveis por captar informações e fazer a comunicação do ambiente interno do robô com o ambiente externo.
Controlador: é o elemento que recebe as informações do computador, controla os movimentos dos atuadores e coordena os movimentos com as informações recebidas dos sensores.
Processador: geralmente é um computador, que calcula os movimentos, determina as velocidades e coordena o controlador. Em alguns sistemas o computador e o processador estão integrados, em outros são elementos distintos.
Software: em um robô podem ser utilizados até três softwares. O primeiro é o sistema operacional do processador. O segundo é o software robótico, que fará a comunicação com o controlador. E, o terceiro, é aquele que pode ser utilizado para determinar as tarefas que um robô deverá executar (NIKU, 2013).
Todos os elementos e as características de um robô dependem de seu projeto, dependem dos tipos de tarefas que o robô terá de executar. Assim, ele pode ou não ter articulações, ter um manipulador móvel ou não e o seu espaço de trabalho dependerá do tipo das articulações. Para que um robô realize tarefas é necessário programá-lo, pois é o programa dirá ao controlador o que deverá ser executado. Existem muitas linguagens de programação que possuem diferentes níveis de sofisticação, que vão desde o nível da máquina até de inteligência humana. Algumas linguagens são baseadas em linguagens comuns como, por
exemplo, as linguagens Basic, C, Cobol e Fortran e outras são autônomas, ou seja, não são baseadas em nenhuma linguagem comum conhecida e, às vezes, são desenvolvidas pelo fabricante do robô, são específicas. Os robôs são utilizados para executar tarefas que oferecem riscos à vida humana, que necessitam de precisão ou para diminuir os custos da produção. Dentre todas as aplicações nas quais os robôs atuam, seguem algumas de maior destaque:
Carregamento de máquinas: o robô abastece máquinas com peças ou retira peças de prontas. Nessa situação, o robô pode não atuar na fabricação da peça, ele agiliza o processo de produção.
Operações de retirada e deposições: o robô transporta peças de um lugar para outro, como colocar e retirar peças em um forno, ou encaixar cartuchos e montagens simples. Soldagem: nesse processo o robô une peças por solda, essa aplicação é muito comum
nas indústrias automobilísticas.
Pintura: aplicação comum dos robôs principalmente nas indústrias automobilísticas. Inspeção: o robô faz parte de um sistema de inspeção que pode incluir sistema de
visão, raios-X, detector de ultrassom, de forma a detectar fissuras, trincas ou outros defeitos.
Amostragem: aplicação muito utilizada na indústria agrícola, nessa situação o robô pega, posiciona e inspeciona, mas apenas por amostragem.
Tarefas de Montagem: essa aplicação envolve muitas tarefas, os robôs devem localizar identificar e diferenciar as variações entre as peças. Para realização das tarefas ainda pode ser necessário realizar tarefas como empurrar, girar, dobrar, pressionar, conectar partes entre outras.
Fabricação: os robôs podem executar muitas tarefas no processo de fabricação como perfurar, colar, cortar, retirar rebarba, e inserção de peças, como componentes eletrônicos.
Aplicações Médicas: tem se tornado muito comum o desenvolvimento de robôs para atuarem na área médica como em cirurgia, no corte da cabeça, perfuração de ossos e instalação de implantes. A atuação dos robôs nesses procedimentos é indicada pela precisão com que podem fazer um furo, além do que a orientação e a forma do corte ou furo, pode ser determinada por meio de uma tomografia computadorizada e transferida para o controlador de robô.
Ajuda a pessoas com deficiência: muitas pesquisas têm sido desenvolvidas, uma vez que se percebeu o potencial dos robôs para auxiliarem pessoas com deficiência. Alguns protótipos já foram desenvolvidos para comunicar-se com pessoas com deficiência, pegar ou aproximar objetos.
Ambientes Perigosos: são atividades especialmente desenvolvidas para os robôs, por trazerem riscos à vida humana, como manuseio de material radioativo, altas temperaturas ou baixas temperaturas, desarmamento de bombas etc.
Locais Subaquáticos, Espaciais e Inacessíveis: nas pesquisas de exploração espacial ou submarina os robôs têm sido imprescindíveis, já que nestes ambientes não é possível a presença de um humano.
Assim, faz-se necessário a transposição ou contextualização dos conteúdos e conceitos da robótica geral à robótica educacional de forma a serem aplicados e adequados aos objetivos educacionais. A robótica, por ser de natureza interdisciplinar e transversal, perpassa por todas as áreas do conhecimento, desta forma, na concepção de um projeto, a escola ou o professor podem determinar os temas a serem contemplados de forma que os alunos tragam os problemas que conhecem e que estejam relacionados a estes temas do currículo. A seguir, serão apresentados os conceitos de tecnologias nos documentos oficiais da política educacional brasileira, como a LDBEN, DCN e PCN.