Robótica como hobby
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Manuel Armindo S. Ribeiro Lic. Engenharia Eletrotécnica, ISEP – Instituto Superior de Engenharia do Porto Técnico de Formação do CENFIM – Núcleo do Porto
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O termo robot tem como origem a palavra checa robota, que significa “trabalho forçado”.
Figura 1. R2-D2.
Perante este desígnio, toda e qualquer criança tem algures na sua vida, o sonho de criar um “robot” que lhe faça as tarefas de casa. Portanto, é normal que sinta algum fascínio por estas máquinas autónomas desde cedo e que queira criar uma, para tentar fugir ao trabalho “forçado”. O cinema ajuda a alimentar em muito esses sonhos... Quando algum jovem tem a possibilidade ou a coragem de dar o passo seguinte, começa a ter noção das dificuldades de tal tarefa. Um robot não pode ser programado como se fosse humano. Vai para o quarto e arruma... É mais complexo ao ponto de se resumir a uma coisa do género: “tens energia robot? Se sim, liga os motores e começa a caminhar, sem bater nos obstáculos que encontrares pelo caminho, até chegares ao 2.º quarto, do lado esquerdo da parede. Depois colocas as roupas na gaveta, entre outros...” Isto são as linhas de comando muito, mas mesmo muito resumidas e, ao mesmo tempo, adaptadas para um ser humano perceber. “E agora como é que consigo distinguir a roupa dos brinquedos? Que sensor usar? Uso garra ou ventosa? E para movimentar, rodas ou lagartas? Ui, isto é mais difícil do que pensava...” São os pensamentos e, em alguns casos, palavras que saem da boca desses jovens. O mundo em que vivemos é complexo, tem múltiplas variáveis com que um robot tem de lidar. Podíamos dizer que um robot não sobrevive durante muito
tempo no mundo hostil de agora... Sim porque sobrevivência também passa pelas baterias. Um humano não consegue sobreviver mais do que quatro dias sem beber e quase um mês sem comer. Um robot precisa de energia e de preferência portátil. Não vamos andar com uma extensão atrás dele. Por outro lado, também não vamos chegar ao ponto das sondas Voyager, que levam a sua fonte energética nuclear e que funcionam há mais de 36 anos sem falhar... São um caso extremo de “stamina” e de tecnologia considerada indisponível... Mas antes de encarrilar na robótica a sério, um jovem na década de 70 e 80 tinha acesso a um limitado número de opções para enveredar nesse mundo. Robótica a sério só nas fábricas e no ensino superior e mesmo assim, nessa altura, um braço robotizado não estava massificado, como está atualmente na indústria. O acesso à informação no passado era muito limitado. Os grupos de amigos estavam circunscritos à turma, um pouco pela restante escola e ligações familiares como irmãos e primos. O “planeta” estava resumido a este horizonte. Por mais que fossem visitar as bibliotecas, quer da escola, quer as municipais, a informação era inexistente. Não havia computadores da forma que conhecemos, e muito menos a Internet para pesquisar. A tábua de salvação era as revistas como a elektor® e similares. Ou na versão inglesa ou na versão em português do Brasil. Havia a troca de revistas entre colegas, mas era necessário que alguém comprasse. Juntar religiosamente as sobras da mesada estava nos planos desses petizes para poderem fazer a visita mensal à banca mais próxima. Depois eram os materiais necessários para a construção. As várias hipóteses iriam cair sempre nos sistemas de lógica discreta, associada a algumas portas lógicas. Os microcontroladores eram pouco acessíveis a jovens com 14 ou até mesmo 18 anos. Era uma tecnologia só para os experts. Os próprios componentes eletró-
nicos simples, ou eram “salvados” de eletrodomésticos ou eram novos comprados nas rarefeitas lojas de eletrónica. O sonho de qualquer jovem aspirante em eletrónica/robótica era poder visitar as mecas ou catedrais da eletrónica, as “RadioShack” portuguesas, a Dimofel em Lisboa ou a Aquário no Porto, de que toda a gente ouvia falar, mas nunca visitaram... Um LED vermelho novo com as patas por cortar, era como ver a relíquia de um santo qualquer! Sim porque LEDs azuis ou brancos ainda estavam por inventar. As cores disponíveis eram os difusos vermelho, amarelo e verde, e de tamanho único redondo de 5 mm. Eram ideais para fazerem os primeiros semáforos controlados por meia dúzia de transístores e outros tantos de condensadores... Os restantes sistemas como sensores teriam que ser fabricados. Um sensor ótico de reflexão no objeto industrial era capaz de estourar com a mesada. E às vezes chegavam à conclusão que eram precisos três... Era aqui que começavam as aventuras de criar sensores usando LDRs, fotodíodos ou até foto-transístores para os mais afortunados. O mesmo acontecia com os sistemas de locomoção. Muitos brinquedos sucumbiram nas mãos desses jovens. As entranhas desses brinquedos eram expostas de forma a serem-lhes retirados os motores e respetivas caixas redutoras. As caixas das pilhas, lâmpadas e até o interruptor não escapavam. “Os brinquedos a pilhas duram pouco tempo nas mãos do meu rapaz” diziam as mães ignorantes... O espírito MacGyver reinava! A gestão da mesada era religiosamente estudada de modo a evitar comprometer os componentes e as ferramentas. Sim, porque eram raros os pais que tinham um ferro de soldar na sua mala de ferramenta. Alguns improvisavam chaves de fenda aquecidas no fogão, para poderem dessoldar e soldar alguns fios desses brinquedos. Embora em Portugal o poder de compra fosse muito limitado, em alguns países os fabricantes começavam a tentar distribuir plataformas já prontas, para que os jovens apenas dispensassem tempo a desenvolver código. Um
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português. A competição propunha criar um robot para percorrer um labirinto até chegar a um farol. Assim nasceu o “Microrato”. Como já foi dito, criar um cérebro para controlar um robot não é para todos. A placa controladora DET188 desenvolvida pela própria universidade deu uma ajuda e contribuiu para uma explosão de participações, passando de um tímido conjunto de 6 equipas, para um número interessante de mais de 30 equipas em poucos anos, tal o sucesso da prova. Mas ninguém pára a evolução e mais tarde para poder qualificar equipas para o maior evento mundial do género - ROBOCUP, em Portugal foi criado o Festival Nacional de Robótica, que é uma espécie de campeonato itinerante, em que todos os anos uma universidade ou cidade do nosso país, acolhe o evento para apurar as equipas a representar Portugal na prova internacional. Abrangendo uma grande faixa etária, percorre quase todos os graus de ensino em Portugal, desde o 2.º ciclo até ao universitário. O CENFIM como Centro de Formação Profissional da Indústria Metalúrgica e Metalomecânica, tem participado com os seus jovens nestes eventos desde os seus primórdios; nomeadamente no RO BOCUP com duas internacionalizações em Atlanta – Estados Unidos da América e este ano em João Pessoa – Brasil, com brilhantes resultados e também no Roboparty, aonde em diversas edições o CENFIM foi premiado com o 1.º lugar “Construção”. Estes eventos permitem especialmente aos Jovens dos Cursos de Técnicos de Manutenção Industrial – Mecatrónica, assimilarem conhecimentos extracurriculares, tomar contactos com outras realidades em que a socialização e a competição saudável são fatores valorativos e motivadores para a sua abertura de horizontes e sobre o ponto de vista pessoal e profissional. Também muito nos congratula, porque são demonstrati-
Figura 4. Festival Nacional de Robótica.
vos da qualidade técnica dos Jovens - futuros profissionais das empresas do Setor Metalúrgico, Metalomecânico e Eletromecânico. Robots que jogam futebol, que dançam, que descobrem vítimas em catástrofes ou até robots que sabem estacionar e respeitam semáforos são as provas sugeridas para os alunos e formandos superarem com as suas criações. A adesão a estes eventos foi tal que, em 2008, nasce o Robotop em Santo Tirso, com o intuito de criar uma edição regional para poder filtrar o acesso à edição nacional. A edição nacional já estava a limitar o acesso de uma equipa por escola! Na Guarda é criado o campeonato “Robot Bombeiro”, onde robots apagam fogos urbanos. Pequenos robots exploram uma habitação à escala, aonde há uma vela a simular um fogo, em que o robot deverá ser capaz de a detetar e a apagar. Em 2007 surge em Guimarães, pelas mãos da Universidade do Minho, a Roboparty, que é uma espécie de "retiro", onde em 3 dias é proposto ao público em geral, construir um robot com parcos conhecimentos em robótica. Aqui substitui-se o objetivo competitivo, em prol do objetivo didático do evento. Mais de 100 equipas constroem os seus robots com a ajuda de alunos universitários do curso de eletrónica e computadores, que depois são enfeitados pelos participantes com os mais variados temas e materiais. Ainda existe a “FIRST LEGO League (FLL)”, onde os blocos de construção LEGO® são reis, embora não seja regular, distingue-se das outras competições pelo facto de que os robots podem ser construídos na hora e serem alterados rapidamente de acordo com as necessidades. Mais recentemente foi criado o iDroneCup, uma competição de robótica autónoma que realizou a sua primeira edição este ano (2014), organizada pela Escola Superior de Tecnologia do IPCA (Barcelos) e que usam a plataforma “Parrot Ar. Drone 2.0” equipados já com processadores ARM Cortex A8 capazes de processar imagens e voarem automaticamente. Nas escolas começaram a aparecer os clubes de robótica, de forma a dar apoio aos alunos interessados e para poderem ajudar nas várias “disciplinas” inerentes ao desenvolvimento dos robots. Na informática, mecânica e eletrónica, em modo autodidata, a evolução é muito lenta. Por
isso, em 2005, a Associação Nacional de Professores de Eletrotecnia e Eletrónica – ANPEE criou o DEAR ROBOT – Dinâmica Experimental na Aprendizagem pela Robótica, que não é nada mais que um robot que faz pequenas tarefas, mas sempre em vista a prova do seguimento de pista, típica nestes tipo de eventos. Como plataforma/microcontrolador usa o PICAXE, torna mais acessíveis os microcontroladores às camadas mais jovens. Como a linguagem é em Basic, em pouco tempo um jovem aprende a programar e colocar um robot a mexer. A parte mais complexa destes robots sempre foi o seu cérebro. Criar de raiz um “cérebro artificial" para fazer responder a estímulos, não é fácil. Os microcontroladores clássicos tinham uma arquitetura que assustava qualquer jovem autodidata, pela quantidade de componentes externos (RAM, EEPROM, interface I/O, e outros). Os AVR e PIC, em que já eram processador, memória e periféricos de entrada/saída tudo num só chip, fizeram com que as placas PCB ficassem muito mais fáceis de fazer, por serem menos complexas. Mas continuavam a precisar de programação intrincada e pouco acessível às massas estudantis. O BASIC Stamp veio dar um salto no método de programar, com o seu Basic interpreter. Para ajudar, aparecem os PICAXE e ARDUINO, que tendo como linguagens BASIC e C respetivamente, que eram mais acessíveis do que a programação em assembly nos PIC e AVR. É que a linguagem do tipo máquina, aterrorizava. Por essa razão os PICAXE e ARDUINO atualmente dominam as camadas do 3.º ciclo e secundário. Além disso, as comunidades a nível mundial são enormes. A partilha na Internet é muito grande. Os BeagleBone, RaspberryPi e sucedâneos já começam também a reclamar a sua cota parte neste mercado. Claro que o sonho de qualquer jovem estudantil é poder participar nos eventos propostos pela DARPA, que consistem em criar robots exploradores usando GPS, para percorrer o deserto do nevada... mas isso já é outro campeonato. Os robots estão aí, as ferramentas também. Os preços dos materiais ajudam, agora a imaginação é o limite... “Olha o robot! É pró menino e prá menina!”, já dizia a Lena d’ Água há mais de 30 anos...