Le robot THYMIO

Présentation du rassemblement , une rencontre avec la classe partenaire RIE autour d'activités physiques et sportives, ponctuée par une activité technologique. Au cours de laquelle des classes partenaires se défieront en réinvestissant les éléments de programmation du robot THYMIO sur un parcours :

Chaque élève répond à la question suivante sur son cahier d’expérience :

« Dessine-moi un robot »

Puis leur poser des questions pour relever leurs représentations sur l’aspect technique d’un robot :

• De quoi sont-ils constitués ?

• A quoi ils servent ?

• Où les trouve-t-on ?

Exemple de dessins :

On se focalise sur les éléments dessinés et on note les hypothèses des élèves. Voici des réponses possibles :

• antenne : pour communiquer, pour être télécommandé, pour être programmé

• yeux, caméra : pour se repérer dans l'espace

• bras : pour manipuler

• jambes, roue : pour se déplacer

Présentation de l'activité projetée :

Classement de photos

Après un premier classement, demander à chaque groupe de déterminer les critères qui leur ont permis de réaliser un classement. Ces critères seront discutés lors de la correction.

Critères possibles :

Programme - Déplacement - Capteurs…

Correction :

Ce classement doit permettre de faire apparaître les termes : capteur, déplacement, actionneur, microprocesseur, intelligence artificielle, interaction avec l’environnement, programmation

Seules les photos de l'engin militaire, de l'aspirateur et de la machine industrielle sont des robots (éventuellement le drone si celui-ci n'est pas téléguidé). En effet cet trois appareils disposent de capteurs leur permettant de se repérer dans leur environnement et de décider de leur propre mouvement. Ces trois appareils répondent à la boucle sensorimotrice que l'on construit avec les élèves (elle servira d'affiche en classe et pourra être collée dans le classeur de sciences après la trace écrite) :

Réalisation d’une trace écrite collective en utilisant le vocabulaire suivant : programmer, capteurs, déplacement, environnement, puce …

 Exemple :

Projection de la vidéo suivante « Histoire de robots », prédécoupée avec des questions interactives. Cette vidéo permet d'établir une chronologie sur l'histoire de la robotique, de comprendre la différence entre une machine un robot, de prendre conscience de l'évolution de la robotique.

Histoire de robots

L'enseignant propose aux élèves de regarder une courte vidéo qui présente le robot humanoïde le plus évolué en 2023.

L’enseignant montre le fonctionnement du robot dans son mode jaune (repérage d’obstacles, changement de direction, repérage du vide). Avec sa main il provoque des changements de direction en marche avant et en marche arrière. En le plaçant sur sa boite de rangement, l’enseignant met en évidence l’évitement de la chute.

Le professeur note les hypothèses au tableau :

• Composants qui permettent de voir

• Caméra

• Capteurs

• Le robot est programmé pour cela ...

L’enseignant propose aux élèves d’identifier les différents éléments d’une partie du robot. On distribue à chaque élèves deux vues du robots.

Lors de la correction, L’enseignant projette des croquis d’élève et demande aux élèves de donner un nom aux éléments dessinés.

Exemple de croquis :

Les éléments observables sont mis en avant  en notant les hypothèses des élèves :

Indicateur lumineux batterie, ouverture stylo, haut-parleur, bouton reset, attaches LEGO, roues, capteurs de proximité, compartiment carte Micro SD, port mini USB, microphone, récepteur télécommande IR, boutons de commande, point d’appui rotation, attache remorque.

Exemple de correction collective :

Les croquis sont relevés, ils seront légendés la fois prochaine.

L'activité suivante présente une vue interne du robot à partir d'une photo. Elle permet de repérer et définir sur la carte mère les composants électroniques suivants  :

• les LED

• Le micro

• Le capteur IR de la télécommande

• Le microprocesseur

• Le haut parleur

• les capteurs de proximité

Description de la carte mère de THYMIO

L’enseignant propose aux élèves d’identifier les différentes actions programmées dans les modes couleurs : vert, rouge, bleu foncé et rose.

L'enseignant explicite la consigne en remplissant la grille avec le mode jaune (rappel : démarrage de l’appareil et navigation avec le touchpad) :

Correction collective :

•  Mode vert (amical) : capteurs avant et dessous, suit le mouvement de la main.

• Mode rouge (peureux) : utilisation de tous les capteurs de proximité, fuit l’obstacle. Il utilise aussi l’accéléromètre pour se repérer dans l’espace.

• Mode bleu foncé (attentif) : Utilise le micro pour bouger ou accélérer. 1 clap => il tourne ou avance tout droit. 2 claps => marche / arrêt. 3 claps => il fait un cercle.

• Mode rose (obéissant) : Mouvements du robot guidés par les boutons tactiles.

Pour conclure cette partie, l’enseignant propose aux élèves de réaliser collectivement l'exercice suivant :

Vidéo projecteur

Au tableau, on projette les croquis et on demande aux élèves de venir replacer les mots au bon endroit (seuls quelques éléments seront légender sur le croquis)

Description de la carte mère de THYMIO

On précise aux élèves les conditions de réalisation des légendes sur leur croquis :

• Les traits sont tracés à la règle et au crayon à papier, il ne doivent pas se croiser

• Les noms sont bien orthographiés et écrits horizontalement au crayon à papier

Exemple de croquis légendé :

Les croquis seront conservés dans le cahier de sciences.

L'enseignant propose le jeu robot, il distribue une fiche parcours à chaque élève et propose à un élève de réaliser sur le sol le parcours :

• Le départ est représenté par un plot jaune (placé devant la case de départ)

• L'arrivée par un plot rouge (placé derrière la case d'arrivée)

• Le lac et les arbres par des plots d'une autre couleur.

Ce codage sera respecté pour les autres défis.

L'enseignant propose ensuite d'écrire les commandements qui vont permettre à THYMIO de rallier la case d'arrivée, en précisant que nous somme en l'intérieur du robot (programmation ...). Lors de la correction, on insiste sur la précision du langage utilisé.

Dans un deuxième temps on demande aux élèves de changer de langage et d'utiliser des symboles. Lors de la correction on insistera sur la simplicité que doit avoir un langage informatique pour être exécuter le plus rapidement possible par un ordinateur et de ce fait on introduira le bloc de commande répéter qui évite d'écrire plusieurs fois le même terme :

On peut terminer cette phase par la définition suivante d'un algorithme :

« C’est une suite d’instructions permettant de résoudre un problème. »

Chaque binôme va utiliser un tutoriel pour connecter un robot à un ordinateur. Cette routine sera mise ne place à chaque début de séance de programmation.

Préciser la fragilité du matériel et donc des précautions à prendre.

Défi 0 :

Ce premier défi permet à l'élève de se familiariser avec le logiciel de programmation scratch et de calculer le pas qui va permettre à THYMIO d'avancer d'une case. Ce pas ne sera pas plus modifié tout au long des défis, il correspond à la flèche avancer d'une case.

L'enseignant donne la consigne suivante :

« Dans un premier temps vous devez mettre en place le parcours en matérialisant le départ et l’arrivée par des plots de couleur. Lorsque le parcours est validé vous pouvez programmer le robot pour qu’il puisse le réaliser. Au dos de la fiche vous avez les indices vous permettant de réaliser le défi. »

Pour ce premier défi, l'enseignant veillera à définir les blocs de début et de fin d'un programme.

Correction parcours 0.jpg

Défi 1 : La ligne droite

Mission : THYMIO doit rejoindre l’arrivée. Au dos de la feuille tu trouveras les blocs à utiliser.

L'enseignant veillera à ce que les élèves ne modifie pas le pas d'avancement calculer au défi 0 et utilise bien le bloc répéter.

Correction parcours 1.jpg

Défi 2 : Aller - retour

Mission : THYMIO doit effectuer un aller-retour en passant par la zone bleue.

Dans ce défi, la difficulté résulte dans le fait qu'il n'y a pas de bloc reculer (les élèves ne peuvent pas faire tourner le robot dans ce défi). Pour faire reculer THYMIO, il faut mettre le signe moins devant le pas d'avancement (par analogie on peut simuler un déplacement sur une frise numérique avec ajout d'une case pour avancer et retrait d'une case pour reculer).

Correction parcours 2.jpg