Pare che l’idea dell’uomo di dar vita ad oggetti inanimati possa risalire addirittura a qualche migliaio d’anni fa. In Cina ci sono testimonianze a partire dal terzo secolo avanti Cristo; nel libro Trattato del vuoto perfetto (uno dei tre grandi classici taoisti), ad esempio, si narra dell’ingegnere meccanico Yan Shi capace di costruire un automa dalle sembianze umane. O ancora le leggende della mitologia greca del dio Vulcano che avrebbe costruito una schiera di servitori meccanici. Nel 428 a.C., Archita di Taranto (Ἀρχύτας, Archýtas), considerato come l’inventore della Meccanica razionale (o meccanica analitica) e il fondatore della Meccanica, si dice abbia inventato diverse apparecchiature meccaniche tra cui la colomba di Archita appunto. Sembra che quest’ultima, se messa su un albero, fosse capace di volare di ramo in ramo. E che dire poi di Leonardo da Vinci? Tra i suoi molti automi possiamo ricordare il cavaliere o meglio ancora il soldato robot che, ricostruito in scala 1:1, ha dato prova di funzionare correttamente.

La passione per l’automazione prima, e la robotica poi, ha dato prova di affascinare dunque l’uomo da lungo tempo fino ad arrivare alla creazione nel 1954 da parte di George Devol di quello che da tutti viene considerato il primo robot realmente programmabile. Adottato infatti nella catena di montaggio della General Motors, è diventato a tutti gli effetti il primo robot industriale ad entrare in funzione, dando il via ad una corsa che non si è ancora arrestata.

Questo percorso, in ambito educativo, ci ha condotto negli anni ‘60 a Seymour Papert, che potendo vantare un’esperienza lavorativa con Jean Piaget, si trasferì al MIT per lavorare con un gruppo che si occupava di Intelligenza artificiale.

In quegli anni darà vita al LOGO, un linguaggio di programmazione comprensibile ed usabile anche da bambini delle scuole elementari e darà il via all’utilizzo del computer nelle scuole come supporto valido anche per i bambini più piccoli. Il LOGO è l’antesignano degli strumenti che oggi utilizziamo nella robotica educativa che prendono spunto dalla tartaruga del LOGO, sia fisica che virtuale, che può essere spostata con comandi semplici (avanti, indietro, destra e sinistra indicando anche i gradi di rotazione) e permette di tracciare una linea lungo il proprio cammino o di non farlo, consentendo quindi di realizzare disegni.

Nasce in Cascina Triulza (MIND Milano Innovation District – ex sito Expo Milano) “Stripes Digitus Lab – Centro internazionale di ricerca e innovazione sulla robotica educativa e le tecnologie digitali” – https://digituslab.it , creato da Stripes coop sociale Onlus nell’ambito del Lab Hub per l’Innovazione Sociale di Fondazione Triulza  

Tra le molte tecnologie e prodotti sempre più presenti ormai nel mercato della robotica educativa, sono a nostro avviso da prediligere ed incentivare sempre quelle che si basano sul Software Libero (Open Source Software) e sull’Open Hardware.

Tra i diversi che soddisfano questi requisiti, troviamo di particolare interesse Thymio di Mobsya creato dal Prof. Francesco Mondada Gruppo MOBOTS, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne – http://mobots.epfl.ch/ e la piattaforma Arduino con particolare riferimento ad Arduino UNO – https://www.arduino.cc/

Entrambi questi strumenti, insieme a molti altri, hanno trovato spazio all’interno dello Stripes Digitus Lab, il nuovo Centro internazionale di ricerca sulla robotica educativa e le tecnologie digitali creato da Stripes Coop. – https://pedagogia.it/ , realtà attiva da decenni nella gestione di servizi educativi e pedagogici, nonché in attività di ricerca e di sperimentazione, in collaborazione con diverse università italiane ed europee, sulla robotica educativa come strumento di apprendimento, creatività, collaborazione e inclusione. Tra le molte collaborazioni quelle già operative attraverso progetti di ricerca per il prossimo quinquennio  presso lo Stripes Digitus Lab sono realizzate in collaborazione con l’Università degli Studi di Milano Bicocca; l’Università Cattolica del Sacro Cuore di Milano – C.R.E.M.I.T.; ISTC-CNR L’Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione del Consiglio Nazionale delle Ricerche; EPFL Gruppo MOBOTS, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne.

Lo Stripes Digitus Lab si rivolge ai “nativi digitali” con particolare attenzione alla prima infanzia (0/6 anni), ai bambini in età scolare (6-10 anni) e ai preadolescenti (11-14 anni). Molte delle sue attività prevedono inoltre il coinvolgimento di studenti di scuole secondarie di secondo grado, di insegnanti, professionalità del settore educativo e genitori.

Thymio è basato sull’“educare”, visualizzare i meccanismi, permettere l’accesso, creare il “senso critico”. È progettato con un look “neutro”, che permette di adattarsi ai bisogni, di far esprimere la creatività e la voglia di realizzare le proprie idee. Il professore di robotica Francesco Mondada del Politecnico Federale di Losanna (EPFL) luogo nel quale è stato sviluppato inizialmente il progetto Thymio, lo descrive con queste parole: “Direi che è un robot “controcorrente”. Infatti, in un periodo dove non passa una settimana senza l’annuncio di un nuovo robot “educativo”, il robot Thymio resta una specie di eccezione, cha va controcorrente rispetto a vari aspetti. Al contrario di moltissimi robot che si basano sul “convincere” o l’intrattenere, Thymio è basato sull’“educare”, visualizzare i meccanismi, permettere l’accesso, creare il “senso critico”. Al contrario dei robot che normalmente sfoggiano look incredibili, high-tech o fantascientifici, Thymio è progettato con un look “neutro”, che permette di adattarsi ai bisogni, di far esprimere la creatività e la voglia di realizzare le proprie idee. Al contrario dei robot giocattolo che devono attrarre l’attenzione di un sesso (blu o rosa?) e di un’età, Thymio resta impassibilmente neutro, per permettere un utilizzo da parte di ragazzi e ragazze di diversa età. Al contrario dei robot pensati e progettati per passare di moda e sparire per alimentare il consumismo, Thymio si rinnova nel software, sulla base di un hardware avanzato, stabile, robusto, che può essere riparato grazie a una documentazione completa e un’elettronica smontabile.”. Per quanto riguarda Arduino, è un mondo intero e dunque, non solo uno strumento per costruire robot educativi, ma una vera e propria piattaforma di sviluppo di idee, progetti e prodotti di qualunque tipo; ma andiamo con ordine. Arduino è un progetto italiano che nasce nel 2005  ed arriva nel giro di pochissimo tempo a fama mondiale soddisfacendo le esigenze di artisti, designer, hobbisti e chiunque sia interessato a creare oggetti o ambienti interattivi come ad esempio i maker.

Arduino viene utilizzato ad esempio per tutto ciò che viene identificato con l’acronimo STEM (Scienza, Tecnologia, Ingegneria e Matematica) per “pensare con le mani” o più propriamente fare tinkering e cioè quella cosa che nasce dalla volontà di armeggiare, adoperarsi, darsi da fare con le cose per capirne il funzionamento, creare nuovi oggetti, studiarne le logiche attraverso un’attività dinamica, concreta, stimolante e divertente.

L’idea è che imparare concetti della fisica, della matematica e più in generale della tecnologia, non debba necessariamente essere noioso e difficile, ma possa invece essere appunto un’avventura entusiasmante. Il movimento dei tinkerer, ormai diventato corposo a livello mondiale (ad esempio in Italia il Museo della Scienza e della Tecnologia di Milano  oltre che presso lo Stripes Digitus Lab), conta ormai laboratori creativi disseminati un po’ ovunque che spesso con spirito “open source” condividono le loro realizzazioni con una comunità crescente a livello internazionale.

Si trovano enormi quantità dunque di siti su internet nei quali vengono presentati i vari progetti, ad esempio, uno molto interessante è questo “tinkering” dove si possono reperire oltre che indicazioni su come costruire robot, anche come e dove cercare materiale di recupero che possa essere utile per realizzare qualcosa di nuovo secondo la logica del D.I.Y. (Do It Yourself).

Arduino, per le proprie caratteristiche, diventa fin dagli esordi nel 2005, lo strumento principe di questa rivoluzione del tinkering, permettendo grazie alla sua semplicità d’uso di interagire con il mondo circostante avvicinando l’informatica agli oggetti presenti nel mondo reale che è oggi sfociato nelle tecnologie IoT (Internet of Things).

Diventa così possibile accendere luci, leggere dei valori da termometri, collegare sensori di qualunque tipo e poter operare con l’elettronica anche per chi è totalmente a digiuno di competenze tecniche specifiche. Basandosi su un hardware open source e su software open source si riescono a creare le premesse per un uso estensivo di queste tecnologie rendendole non più solo appannaggio dei tecnici ma condividendole con le persone ed in particolare con i bambini ed i ragazzi che ritrovano in questo modo il contatto con il “com’è fatto” tanto importante per apprendere attraverso l’imitazione.

Uno degli aspetti che ha sempre entusiasmato infatti le persone curiose, era in passato la possibilità di aprire, anche rompere gli oggetti per capirne il funzionamento. È sempre stato possibile utilizzare questo approccio fino a quando la miniaturizzazione dell’elettronica ci ha portato in una situazione nella quale era impossibile comprendere il significato di ciò che c’è dentro. Per un bambino che abbia invece la fortuna di fare tinkering, risulterà estremamente chiaro quali sono gli elementi in campo ad esempio in un computer, un cellulare o un tablet perché avrà imparato a riconoscere i diversi componenti in gioco e, se anche miniaturizzati non li potrà vedere, avrà una chiara idea di come comunicano tra loro, di “cosa si dicono” e di come lo fanno avendo pertanto un indubbio vantaggio nella comprensione del mondo che li circonda.

Esempi di robot basati su Arduino

Attraverso Arduino forse l’attività più divertente inerente la robotica è proprio quella di autocostruirsi un robot seguendo uno qualunque delle centinaia di risorse presenti su internet, un interessante punto di partenza può essere questo “makeuseof” .

Se si volesse analizzare qualche soluzione già pronta e disponibile sul mercato si potrebbe pensare ad esempio a Cubetto, il cui segno distintivo risiede nel fatto che è stato pensato in particolare per i bambini tra i 3 ed i 6 anni.

Permette di imparare alcuni concetti base del coding  prima ancora che i bambini imparino a leggere e scrivere. Inoltre possiede un intelligente sistema tattile attraverso il quale viene programmato: a differenza di altri strumenti analoghi, fa si che i bambini possano programmare con le mani invece che attraverso uno schermo. Attraverso una sorta di scatola di legno, i bambini possono scegliere tra 4 diversi elementi colorati ognuno dei quali rappresenta una funziona particolare.

È ad esempio possibile scegliere l’elemento giallo per far ruotare di 90° Cubetto e componendo un insieme di questi elementi in maniera consecutiva come in un percorso del gioco dell’oca, Cubetto eseguirà i movimenti programmati.

Qualunque selezione dei robot educativi basati su Arduino sarebbe comunque riduttiva vista l’estensione delle soluzioni proposte, sia commerciali che in kit di autocostruzione che sono appunto suggerite da maker e tinker di tutto il mondo, ma per darvi uno spunto per la scoperta di questa incredibile piattaforma posso senz’altro segnalare Sparki “arcbotics”  che rientra tra i robot che si muovono con funzionalità classiche come il disegno, il seguire una riga, evitare gli ostacoli etc; uArm che è invece un braccio robotico, altra tipologia interessante di robot educativi; i sempre in piedi Lil Bot e Balanduino  che rientrano invece nella tipologia self-balancing robot; oppure ancora l’economico ma completissimo mBot anch’esso appartenente alla categoria su due ruote che vanta però un sistema semplificato di collegamento con i sensori attraverso cavetti di tipo telefonico oltre che una gamma di addendum (led, bracci ed altro) che ne estendono le funzioni.

Stanno implementando modalità di programmazione sul modello di Scratch software per la programmazione visuale ideato al M.I.T. (Massachusetts Institute of Technology) che è ormai uno standard de facto, soprattutto nella scuola elementare e media (esiste anche la versione Junior per i piccolissimi disponibile come software scaricabile gratuitamente sui tablet) che quindi rende considerevolmente più semplice soprattutto ai bambini più piccoli accedere al mondo della programmazione.

Arduino nasce con un ambiente di sviluppo software molto semplice scaricabile da qui  attraverso il quale si producono i programmi detti sketch che è basato sul Processing . Nel tempo si sono però affiancate diverse altre modalità di programmarlo come ad esempio il già citato Scratch, Google Blockley  (i team di sviluppo che stanno dietro a Scratch e Google Blockley stanno ora collaborando attraverso la creazione di Scratch Blocks) e visualino (basato su Blockley ed altre tecnologie).

Tutti questi ambienti visuali, oltre ad essere imparentati tra loro, condividono la stessa metafora di utilizzo. Si agisce cioè su blocchi logici che vanno riempiti con informazioni che contengono la logica del programma. Pertanto, invece che dover imparare la sintassi di programmazione (passibile quindi di errori di scrittura, punteggiatura o tabulazioni) è possibile operare fin da subito selezionando graficamente “oggetti/blocchi” colorati che rappresentano le azioni che vogliamo fare compiere al nostro robot e/o alla nostra scheda Arduino. Esattamente come con Cubetto che agisce direttamente sul mondo fisico inserendo i blocchi/tasselli con il comportamento che ci interessa, attraverso questi software useremo i blocchi virtuali (rappresentati dalle icone) che si incastreranno tra loro formando programmi funzionanti senza l’esigenza di scrivere direttamente il codice.

Dulcis in fundo, tra i sistemi rivoluzionari per programmare i robot vi è senz’altro VPL (Visual Programming Language) che è un componente di Aseba pensato per le scuole. Questo ambiente visuale è stato progettato specialmente per programmare Thymio in modo semplice grazie ai blocchi “evento” e blocchi “azione” rappresentati da icone arancioni e azzurre da associare tra loro. Ciò permette di poter far coding e programmare i robot già in età prescolare grazie alle icone che illustrano in maniera chiare quale azione far compiere al robot.

In conclusione, vista la sterminata quantità di risorse presenti online ed il numero notevole di volumi scritti su questa piattaforma, è sicuramente possibile tarare progetti di robotica educativa ad ampio spettro basati sull’ottimo ambiente Arduino certi di poter progettare attività nella scuola partendo dall’età prescolare per arrivare fino all’ambito universitario.

Dott.re Igor Guida

Vicepresidente – Responsabile ICT, Comunicazione, Editoria e Marketing di Stripes Coop. e Direttore scientifico dello Stripes Digitus Lab Centro internazionale di ricerca sulla robotica educativa e le tecnologie digitali. É stato tra i fondatori e presidente del MiLUG, Milano Linux User Group