Maîtriser la robotique avec mBot

1. mBot, un robot éducatif à assembler

Comme sa description dans le chapitre Une offre pédagogique et ludique pour les STEAM : l’écosystème de Makeblock le laisse entendre, mBot est un robot spécialisé dans l’éducation et dont la première action est de donner quelques bases de mécanique et d’électronique lors de son assemblage.

Si on excepte le fait que le coffret de piles soit placé à un endroit peu pratique pour leur changement, l’agencement de ses composants est un trésor d’ingéniosité. Le résultat de l’assemblage est un petit robot plutôt costaud qui tiendra bien sa place comme robot autonome compagnon d’un robot plus gros lors d’une compétition de robotique.

Le fait qu’il soit doté dès le départ d’un module de suivi de ligne et d’un autre permettant l’évitement d’obstacle confirme cette vocation. Dès que ses utilisateurs auront terminé de tester les déplacements et les actions possibles à l’aide de la télécommande, le temps sera venu d’imaginer autre chose.

Par exemple, doter mBot d’un comportement autonome lui permettrait de réaliser des actions de jeu et de marquer des points en compétition. Ou bien de préfigurer ce que serait un robot capable d’apprendre petit à petit un parcours, en mémorisant les obstacles, pour pouvoir s’y adapter et les éviter. Mais à ce stade, mBot ne permet pas de stocker des données, ce qui limite sa capacité à suivre un plan de route et éventuellement à le modifier. Cette idée est à garder pour des fonctions plus évoluées, en utilisant un datalogger par exemple.

2. Doter mBot d’un comportement avec mBlock

Doter un robot d’un comportement, c’est l’art de le programmer. La méthode n’est pas différente du codage habituel : représentation graphique ou textuelle de l’algorithme, codage, test et mise au point, puis déploiement.

Ce qui change un peu, c’est la logique de programmation. En effet, dans un programme habituel, les instructions s’exécutent de façon linéaire...

Réaliser et programmer des projets robotiques, scientifiques, ludiques ou créatifs avec les kits de Makeblock

1. Du bricoleur à l’ingénieur

Claude Lévi-Strauss fait un lien intéressant entre l’ingénieur et le bricoleur dans son livre paru en 1962, La Pensée sauvage. Il les oppose en apparence, évoquant la science de l’abstrait pour le premier et celle du concret pour le second.

L’ingénieur est au-dessus du monde dans lequel il intervient, il manipule des concepts et des idées qu’il représente par des schémas ou des graphiques. Il analyse, comprend et résout les problèmes auxquels il fait face en s’interrogeant sur la nature des choses. Son souci principal est la conception de solutions avec une optimisation des moyens, et si des outils lui manquent, alors il n’hésitera pas à les inventer. Sa pensée évolue dans un monde de calculs et de formules, avec des conditions initiales et des résultats obtenus.

Le bricoleur n’est pas dans le même monde, du moins pas tout à fait. Il est immergé dans le monde dans lequel il doit construire et sa vision se limite aux objets et aux outils présents. C’est davantage par la combinaison des objets dont il dispose, et qui sont en nombre et en variété limités, qu’il va guider sa conception. La réalisation dépendra également des outils dont il dispose. Plus que dans le fait que tout fonctionne comme prévu par le calcul, son plaisir réside dans la combinaison d’objets tombés sous la main et dans leur assemblage ou leur transformation.

C’est à ce moment qu’interviennent la créativité et le plaisir de trouver une solution qui n’était pas prévue ni vue au départ.

La logique du maker rejoint celle du bricoleur, avec en plus les compétences de l’ingénieur. Pour résumer, il ne sait pas exactement ce qu’il va faire, mais aura toutes les ressources pour le faire. Les matériaux et les outils seront choisis dans une liste limitée et c’est l’art de leur combinaison qui en fera quelque chose de nouveau. Le maker est en effet pragmatique et se fie à « l’intuition de l’instant ».

2. SCRUM...

Apprendre la mécatronique avec Ultimate 2.0

1. Le génie de Meccano, la simplicité de Lego et l’agilité d’Arduino

La recette du cocktail Ultimate 2.0 de Makeblock est simple. Elle repose sur trois idées déjà connues depuis longtemps ou plus récemment, mais synthétisées dans une même offre :

Le génie de Meccano est de mettre à disposition des pièces de métal « que les vrais mécanos utilisent » pour construire des machines et des véhicules aussi fonctionnels que des vrais, avec des engrenages, des poulies et des courroies. Tout le potentiel de la mécanique traditionnelle est rassemblé dans une boîte qu’enfants et parents passeront des heures à utiliser. Le kit Ultimate 2.0 de Makeblock reprend cette philosophie et ce principe, et c’est la même excitation et le même élan qui poussent à déballer les tiroirs et les sachets contenant les pièces des mécanismes.
La simplicité de Lego est le deuxième allié de Makeblock. Lego produit des pièces nombreuses et variées, mais toujours dans un registre limité et avec des combinaisons de tailles qui limitent le nombre de pièces différentes nécessaires à un montage. Les multiples de dimension assurent en effet que le raccord avec une pièce de grande taille pourra se faire avec une combinaison de pièces de plus petite taille. C’est un peu comme le nombre de picots des pièces de Lego qui déterminent la longueur des pièces et leurs possibilités d’assemblage. Rester simple en standardisant le plus possible les composants mécaniques et électroniques tout en réservant une spécialisation pour quelques cas particuliers est une bonne recette et un gage de réussite autant que de plaisir dans les projets.
Enfin, l’agilité de l’Arduino, qu’il soit de type Uno ou Mega, est une véritable force. Confier la logique de commande au microcontrôleur le plus familier et le plus versatile de la planète est une bonne option de standardisation, un gage de fiabilité et de robustesse et aussi une ouverture fondamentale à tous les programmes et bibliothèques partagés au fil du temps....

Applications : construire une station de mesure de l’environnement autonome ou connectée avec Makeblock

1. L’intérêt du projet au regard des STEAM

Très populaires, les stations météo fleurissent un peu partout et commencent tout juste à voir leurs fonctionnalités se compléter par des mesures de la qualité de leur environnement.

Ce type de projet combine plusieurs centres d’intérêt pédagogiques et permet de mettre en œuvre toutes les dimensions des STEAM :

Science et Mathématiques	+++	Mettre en évidence les phénomènes physiques et chimiques par la mesure et l’exploitation des données
Technique et Engineering	+++	Construire une instrumentation qui ne pourra certes pas rivaliser avec celle d’un laboratoire, mais qui mettra en œuvre des techniques et des méthodes combinant l’électronique et l’informatique.
Arts	+	Valoriser les données avec des représentations graphiques illustrant les phénomènes observés à l’aide de panneaux interactifs décorés, par exemple

C’est le projet par excellence, connu de tous et à la portée du plus grand nombre. Il est intéressant autant pour les phénomènes physiques qu’il permet d’observer et surtout de caractériser que par la démarche de construction de l’instrumentation.

2. Un modèle générique (et assez complet) de station de mesure

Les stations de mesure existent depuis longtemps dans les catalogues des magasins spécialisés dans l’exploration de la nature ou plus récemment dans la domotique. Elles offrent de nombreuses fonctionnalités et leur prix varie également en fonction du nombre de capteurs exploités, et bien souvent de leur qualité et de leur précision.

La définition, la conception puis la réalisation d’une station sont un projet pédagogique particulièrement intéressant et riche. En effet, ce projet illustre l’activité et les outils de l’expérimentation assistée par ordinateur (ExAO) et ouvre la réflexion et des études intéressantes et même passionnantes sur les thèmes suivants :

Le climat et les modèles...

Focus sur la mesure de la qualité de l’air

La qualité de l’air est une préoccupation constante, qu’il s’agisse de l’air contenu dans notre atmosphère ou de l’air intérieur, ventilé ou confiné. Que vaut l’air que l’on respire ? Une question récurrente et de plus en plus présente dans les esprits du fait des risques que posent les polluants, les poussières, le CO₂ ou la radioactivité.

Bien sûr, plusieurs réseaux de stations de mesure de la qualité de l’air sont en place et fournissent en temps réel et toute l’année des mesures précises et localisées qui peuvent ensuite être exploitées et diffusées. Mais il est également utile et important de créer des stations de mesure plus nombreuses, ce qui est possible grâce à un coût moins élevé, et connectées pour remonter en temps réel leurs données. La contrepartie d’un plus grand nombre de stations est leur manque de robustesse, de fiabilité et de précision. Mais la résolution obtenue par un maillage de quelques kilomètres ou centaines de mètres sur un lieu précis est sans égale et les données peuvent être retenues comme significatives si leur protocole de collecte répond aux critères scientifiques et si leur performance peut être appréciée et contrôlée par un calibrage, par exemple.

1. La composition de l’air et la réglementation

De quoi est composé l’air que l’on respire ? Principalement d’azote, dans une proportion de 78 %. Il dilue l’oxygène qui compose 21 % de l’air ambiant et équilibre son effet, ce qui est vital pour tous les êtres vivants. Le reste est composé de gaz divers, comme le gaz carbonique pour 1 %.

Les paramètres de température, de pression et d’humidité de l’air ont une influence sur la qualité de l’air, tout comme les rayons ultraviolets émis par le soleil et qui favorisent, par exemple, l’apparition d’ozone lorsqu’ils sont combinés avec une température élevée et la présence significative...

Des applications pour de futurs ingénieurs, techniciens et scientifiques