1, 2, 3, codez ! - Activités cycle 1 - Bilan : qu'est-ce qu'un robot ?

Résumé

Qu’ils aient manipulé un lutin « débranché » ou un Thymio, les élèves arrivent à définir ensemble ce qu’est un robot : une machine capable d’interagir avec son environnement.

Notions

« Robot »

  • Un robot est une machine qui peut interagir avec son environnement.
  • Un robot possède des capteurs qui lui permettent de percevoir son environnement.
  • Un robot peut effectuer des actions : bouger, produire un son, émettre de la lumière…
  • Un robot possède un ordinateur qui décide quelles actions faire dans quelles situations.
  • Si on compare un robot à un animal, on peut dire que :
    • ses capteurs sont ses organes sensoriels
    • ses moteurs sont comme ses muscles
    • son ordinateur est comme son cerveau
    • l'assemblage de ses pièces est comme son corps

Matériel

Pour les classes qui ont fait la séquence 2

Pour l’enseignant :

Pour les élèves :

Pour les classes qui ont fait la séquence 1, la séquence 2, ou les deux

Pour les élèves :

Pour la classe :

  • Affiche(s) réalisée(s) en début de séquence

Lexique

Capteur, moteur, ordinateur, robot

Durée :

45 min, en 2 temps

Avant-propos

Cette séance bilan peut être menée soit à la fin de la séquence I, au cours de laquelle les élèves ont fait des activités débranchées, soit à la fin de la séquence 2, au cours de laquelle les élèves ont manipulé des robots (ici, le Thymio).
Cette séance est donc divisée en 3 parties :

  • une transition pour les classes qui viennent de la Séquence 1
  • une transition pour les classes qui viennent de la séquence 2
  • et enfin une section commune permettant à la classe de parvenir finalement à une définition des robots.

L’enseignant ayant parcouru les deux séquences pourra choisir une des deux transitions proposées, probablement celle liée à la séquence la plus récemment achevée. Dans tous les cas, c’est l’occasion de réafficher tous les posters réalisés au cours de ce travail.

Transition pour les classes venant de la séquence 1

Situation déclenchante

Les élèves ont réalisé des programmes permettant, quand on connaît le parcours à l’avance, de guider le lutin en lui faisant  récupérer  des récompenses. L’enseignant demande alors aux élèves de débattre du problème d’un parcours a priori inconnu : un labyrinthe. Si on veut que le lutin sorte tout seul du labyrinthe, sans qu’on lui dise pas à pas quoi faire et où aller… comment faire ?

Débat : des capteurs, des moteurs, des programmes

Réinvestissant la notion de Test, les élèves peuvent envisager des instructions conditionnelles du type « SI il y a un obstacle devant le lutin, ALORS le lutin part à droite ». C’est une bonne approche.
La question qui suit immédiatement est « comment le lutin sait-il qu’il y a un obstacle ? ». Si les élèves ont du mal, les aiguiller en évoquant les animaux : comment ferait un chien pour sortir d’un labyrinthe ? un humain ? Certains sens seront évoqués : la vue, l’odorat, le toucher… Tout ceci amène au concept de « capteur ». Des capteurs auditifs, optiques, olfactifs, tactiles… Le test vu précédemment (« le coffre est-il vert ? ») fait en réalité appel à un capteur optique. La détection d’obstacles se fera nécessairement via des capteurs.

Mise en commun

La classe résume ce qui a été vu : avec des capteurs, le lutin peut observer son environnement. Avec un programme, on peut expliquer au le lutin quoi faire en fonction des circonstances.
L’enseignant ajoute que pour se déplacer tout seul, le lutin aurait besoin des muscles de ses pattes ou de ses jambes… En mécanique, on dira qu’il a besoin de « moteurs ».

Note pédagogique :
Avec des enfants plus âgés, le besoin de moteurs peut aussi être amené par un débat.

La dernière question sera alors : comment appeler ces objets qui possèdent des capteurs, des moteurs, et des programmes ?

Transition pour les classes venant de la séquence 2

Situation déclenchante

L’enseignant présente un Thymio éteint à la classe. Il leur demande aujourd’hui d’imaginer ce qu’il peut y avoir à l’intérieur.. Les enfants devraient pouvoir répéter les termes « robot », « capteurs », « moteurs », « roues » déjà étudiés, mais s’ils manquent d’idées, l’enseignant peut les guider en leur posant des questions comme :

  • « Qu’est-ce qui fait tourner les roues de Thymio ? »
  • « Comment Thymio a-t-il de l’énergie pour avancer ou allumer ses lumières ? »
  • « Doit-on lui faire un plein d’essence ou lui donner à manger ? »
  • « Comment décide-t-il dans quelle direction aller quand il détecte un obstacle ? »


Observation : qu’y a-t-il dans un Thymio ? (classe entière)

L’enseignant propose alors de démonter (un peu) un Thymio  pour observer ce qu’il y a dedans. En enlevant quelques vis, il peut leur montrer l’électronique du robot. Le robot démonté étant particulièrement fragile, il est préférable que ce soit l’adulte seul qui le manipule.

L’enseignant désigne et nomme divers constituants :

  • Les capteurs et les lampes rouges qui s’allument automatiquement quand le capteur détecte quelque chose.
  • Les fils électriques qui relient les capteurs à des petits carrés noirs (microprocesseurs) qui servent d’ordinateur pour Thymio : ce sont eux qui lui permettent de décider ce qu’il doit faire quand les capteurs détectent quelque chose.
  • Les lampes « d’ambiance » qui donnent au Thymio sa couleur en fonction des modes.
  • Les deux moteurs, reliés aux roues et obéissant aux ordres des microprocesseurs.
  • La batterie (la pile) qui donne de l’énergie au Thymio et qu’on peut recharger.

Note pédagogique :
Il est probable que les enfants ne comprennent pas l’importance des microprocesseurs et/ou du programme s’ils n’ont pas fait la séquence 1. Ils ont bien vu l’utilité des roues pour se déplacer et des capteurs pour détecter les obstacles, mais il leur manque l’étape de l’interprétation et de la décision. Pour les aider, encouragez un élève à jouer au robot, c’est-à-dire à obéir sans poser de questions. Dites-lui de marcher tout droit. L’enfant va avancer vers le mur du fond, inquiet de ne pas recevoir de contrordre. Plutôt que de heurter le mur, il s’arrêtera de lui-même. Ce sera l’occasion de lui demander pourquoi il a désobéi. Ses yeux ont vu le mur. Et son cerveau a donné l’ordre à ses jambes de s’arrêter pour ne pas se faire mal. L’ordinateur, c’est le cerveau du robot.

Bilan : Qu’est-ce qu’un robot ?

Etude documentaire

Dans un second temps (voire dans une seconde session), l’enseignant distribue la Fiche 10 et la Fiche 11 et demande aux élèves de trier ces objets, sans préciser le nombre de catégories à faire. Il est fort probable que les enfants classent instinctivement les robots humanoïdes d’un côté, et les non-humanoïdes de l’autre, mais ils peuvent le faire par forme ou par couleur.
Une fois ce premier tri réalisé, l’enseignant ajoute à la collection les dessins de robots de la première séance. La classe conclut que tous ces objets font partie d’une même catégorie globale, les « robots ». Malgré leurs formes très différentes, ils possèdent  tous des capteurs, des moteurs, et des ordinateurs. Bien qu’ils ne se ressemblent pas du tout entre eux (et qu’ils ne ressemblent pas forcément à des humains), ils fonctionnent tous de manière très similaire. Notre définition de « robot » sera : une machine qui comporte des capteurs, des moteurs et un ordinateur, qui peut percevoir son environnement et agir sur lui.

Note pédagogique :
Il est possible de faire réaliser aux enfants les préjugés que les robots humanoïdes nous renvoient. Quand on voit un robot humanoïde, on a l’impression qu’il sera « intelligent » car sa forme ressemble à celle d’un humain. En réalité, il n’est souvent pas beaucoup plus perfectionné que les robots aspirateurs.

Notes scientifiques :
Quelle est la différence entre un automate et un robot ? La question peut se poser quand nous, adultes, regardons une machine-outil. Jadis, elle était programmée pour reproduire un mouvement, pourtant ce n’était pas un robot, mais un automate. L’automate est programmé pour répéter toujours le même geste (« plie le bras à 45° », « avance la perceuse », « perce sur une profondeur de 5cm », « déplie le bras pendant 45 secondes »), mais il est dépourvu de capteurs : si le coude est bloqué, l’automate tentera quand même de faire les autres opérations ; si la perceuse n’a plus de mèche, il percera dans le vide ; etc… Le bras mécanique actuel est un robot : un capteur de pression lui confirme qu’il est en contact avec la tôle à percer, une jauge lui indique s’il a encore assez d’huile dans ses articulations, des servomoteurs confirment l’angle de rotation de son coude, etc… Et un programme lui dit comment s’adapter ou quand s’arrêter si un paramètre change. Beaucoup d’objets technologiques actuels sont des robots : si votre grille-pain sait éjecter la tartine avant que le pain ne brûle, c’est qu’il a des capteurs et un programme !

Voici les spécificités des robots choisis pour illustrer la Fiche 10 et la Fiche 11:

  • Les bras mécaniques disposent de capteurs pour vérifier la justesse de leur geste et leurs niveaux de consommables.
  • Baxter est doté d’une reconnaissance de formes pour savoir quels objets récupérer sur un tapis roulant.
  • BigDog adapte sa démarche au terrain pour continuer d’avancer malgré les obstacles.
  • En groupes, les Eporo imitent les bancs de poissons pour rouler de concert, sans embouteillage ni accident.
  • Les robots aident les scientifiques à explorer les mécanismes du déplacement  : le Harvard Ambulatory MicroRobot pour la marche à plusieurs pattes (existe en version mille-pattes), le Honda P2 pour la marche bipède, Robobee pour le vol, le poisson G9 pour la nage…
  • Han explore la reconnaissance et la reproduction des émotions par les mouvements subtils du visage.
  • Roomba est un aspirateur qui visite de lui-même la pièce et repart se recharger quand ses batteries s’épuisent : son fonctionnement rappelle fortement le mode jaune de Thymio.
  • Sojourner fait partie d’une longue série de robots explorateurs du système solaire (le premier fut Lunokhod 1, envoyé sur la Lune en 1970).

Mise en commun

Pour renforcer cette notion, l’enseignant peut comparer les robots aux animaux :

  • ses capteurs sont comme ses organes sensoriels
  • ses moteurs sont comme ses muscles
  • son ordinateur est comme son cerveau
  • l'assemblage de ses pièces est comme son corps

Conclusion et traces écrites

La classe synthétise collectivement ce qui a été appris au cours de cette séance :

  • Un robot possède un ordinateur, des capteurs et des actionneurs, tous connectés entre eux.

Prolongement

  • Faire à nouveau dessiner des robots par les élèves. Certains reprendront des androïdes humanoïdes, d’autres des robots de science-fiction, mais combien dessineront des robots cubiques ?
  • Proposer un atelier « philo » autour de la question : les machines sont-elles intelligentes ?

 

 


  Activités cycle 1  

 

Partenaires du projet

Pasc@line Educaland Editions Le Pommier