Progettare un curriculum coinvolgente nella robotica

25 aprile 2023 | Di Ken Kingery

Tre nuovi corsi insegnano agli studenti i fondamenti della programmazione robotica, sfidano gli studenti a costruire un robot che cammina e spingono gli studenti a riflettere sull'etica di queste tecnologie emergenti

Il campus di Duke è diventato la casa di una manciata di personaggi interessanti questo semestre. Da un minuscolo T-rex in bilico sul bordo di una scala a un cavallo senza testa sdraiato sulla schiena che fa i capricci come una tartaruga bloccata sul suo guscio, questi intrusi sembrano giocattoli usciti direttamente da un film Pixar.

Questo è ciò che accade quando si dà libero sfogo all'immaginazione di studenti talentuosi su un progetto a tempo indeterminato i cui unici parametri sono creare un robot ambulante con una personalità e almeno due, ma non più di otto, gambe.

"Non ci sono esami in classe: gli studenti imparano costruendo e creando qualcosa da soli", ha affermato Boyuan Chen, assistente professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali alla Duke e istruttore di Robot Studio. “Alla fine della lezione, hanno un robot funzionante con gambe e un portfolio professionale che mostra come hanno superato cicli multipli di successo e fallimento. Le persone non credono che tu sia un esperto di robotica se non mostri loro un robot che hai creato personalmente."

Il corso è una delle tre offerte nuove per Duke Engineering negli ultimi due anni. Insieme a Introduzione alla robotica ed Etica nella robotica, i tre costituiscono il nucleo del nuovo certificato di robotica della scuola, disponibile sia per gli studenti universitari che per quelli laureati.

"Stiamo lavorando per portare sangue nuovo e portare il nostro programma di robotica al passo con il meglio che le altre scuole hanno da offrire", ha affermato Chen. “Gli studenti sono molto motivati ​​e creativi. Molti dei loro progetti mi sorprendono completamente.

Dopo essere entrato a far parte del corpo docente della Duke University nel luglio 2022, Chen ha immediatamente fondato Robot Studio, un corso che aveva notevolmente arricchito la sua esperienza come studente di dottorato alla Columbia University.

Ogni semestre aiuta circa 20 studenti universitari di diversi dipartimenti della Duke Engineering a imparare cosa serve per progettare e costruire un piccolo robot in grado di camminare sulle proprie due (o quattro) zampe. Ci sono sorprendentemente pochi prerequisiti per il corso e Chen afferma che per alcuni studenti è la prima volta che utilizzano una stampante 3D.

Ma va bene così, perché il fallimento è parte integrante dell'imparare a diventare un ingegnere. Lungo il percorso, gli studenti documentano in video ogni fase del loro viaggio, in particolare le loro frustrazioni. E il viaggio ne ha molti, poiché gli studenti creano schizzi concettuali iniziali, sviluppano modelli 3D preliminari e dettagliati utilizzando software CAD, mettono insieme una singola gamba funzionante, assemblano un intero robot su piccola scala e poi insegnano al suo analogo digitale a camminare prima di girare. si scatena sul percorso a ostacoli che è il campus di Duke.

I loro strumenti includono stampanti 3D per i corpi, piccoli servomotori per muovere gli arti, un microcontrollore Raspberry Pi e altro ancora.

"Permette davvero agli studenti di guidare se stessi in questa parte del processo di apprendimento. Il mio ruolo è semplicemente quello di guidarli attraverso il viaggio."

Boyuan Chen

"Ogni lezione è principalmente una lezione, ma durante gli ultimi 30 minuti, gli studenti condividono progetti come in uno studio di arte o di architettura", ha detto Chen. “Altri studenti possono commentare i progetti e fornire feedback. Permette davvero agli studenti di guidare se stessi in questa parte del processo di apprendimento. Il mio ruolo è semplicemente quello di guidarli attraverso il viaggio”.

Alla fine del semestre, gli studenti si riuniscono davanti alla Cappella del Duca per organizzare la sfilata finale dei loro piccoli amici. Ma non è un concorso e non è una prova. È una riflessione e una celebrazione di quanta strada hanno fatto in pochi mesi e un'opportunità per vedere le reazioni delle persone ai loro robot.

"Il corso mi ha offerto un'esperienza unica da cui ho imparato molto", ha affermato Ryan Ringel, uno studente del secondo anno il cui robot è una combinazione di un millepiedi e un robot da battaglia immaginario del film Big Hero 6. "Il corso mi ha aiutato a migliorare nella progettazione CAD, nella stampa 3D e nella programmazione Python, tutte competenze preziose per uno studente di ingegneria. Ho consigliato il corso a molti dei miei amici, poiché è un'esperienza di apprendimento divertente e molto pratica dalla quale penso che molte persone possano trarre beneficio.