Bibberende robots

Robots zijn niet meer weg te denken uit onze maatschappij. In de industrie gebruikt men reusachtige robot-armen voor het bouwen van wagens, het sorteren van voedsel en meer. Thuis heb je misschien reeds een stofzuig- of grasmachine robot. Maar uit wat bestaat zo'n robot nu eigenlijk? In deze voorbeeldles vertrekken we van de vraag: Wat is een robot? en Kunnen wij een robot bouwen?. Het resultaat is een STEM-activiteit van meerdere lesuren rond verschillende thema's waaronder elektriciteit, robotica, techniek, mechanica en zelfs (naar gelang de klemtoon) biologie en kunst!


Wat is een robot?

We starten met een klasgesprek over robots. Ongetwijfeld hebben sommige leerlingen de film Big Hero 6 gezien of Wall-e waarin robots de hoofdrol spelen. Daarnaast hebben tal van kinderen reeds gehoord dat reusachtige robotarmen auto's bouwen in fabrieken of misschien hebben ze zelfs een stofzuigrobot thuis? Laat de kinderen tal van fictieve en echte robotvoorbeeld opsommen. Een andere vraag kan zijn Wanneer noemen we een machine een robot?. Op wikipedia vind je een mogelijke definitie in het Nederlands. Een robot zou geen robot zijn zonder bewegende onderdelen. Toen we aan kinderen vroegen Hoe beweegt een robot? gaven ze voorbeelden van zowel rijdende als kruipende robots.

Zelf uitproberen

Robots bestaan meestal uit een rekeneenheid (bijv. een computer), motoren, een voeding (bijv. een batterij), mechanische onderdelen en sensoren. Alhoewel de Dwenguino tutorials ideaal zijn om te leren hoe je een intelligente robot programmeert, gaan we hier uit van een eenvoudige goedkope robot bestaande uit een motor, batterij (en houder) en wat knutselgerief. Concreet vertrekken we van het volgende basismateriaal per leerling:

  • 1x 1,5V - 3V gelijkstroommotor, zoals bijvoorbeeld deze op Opitec;
  • 1x AA batterij (laat bijvoorbeeld de leerlingen een opgeladen AA batterij meenemen);
  • 1x een AA-batterijhouder mét draadjes
  • een variëteit aan knutselmateriaal waaronder stickers, pluimen, bekertjes, lusterklem, lollypop sticks, ijzerdraad,...
  • een variëteit aan bevestigingsmateriaal waaronder plakband en spanbandjes

Door de materialen slim te kiezen en bepaalde zaken in het groot aan te kopen kan de kostprijs per robot naar EUR 1.5 gebracht worden.

Verdeel de materialen onder de verschillende leerlingen en begin met wat uitleg te geven over motoren en de batterij. Zoals je weet heeft een batterij en positieve en negatieve pool. Indien men deze met elkaar verbindt (en dus kortsluit) dan gaat de batterij kapot! Sterker nog, in bepaalde gevallen kan de batterij zelfs warm worden en ontploffen. Leg de kinderen uit wat een kortsluiting is en dat ze dit moeten vermijden.

Motor, batterij en houder

Na de uitleg over de batterijen en de motoren is het tijd voor wat te experimenteren. Wat gebeurt er als de batterij aangesloten wordt aan de motoren? Wat als er twee batterijen gebruikt worden (in serie of parallel)?

Om de robot te laten bibberen moet men een gewicht aan de motoras hangen. Wanneer het gewicht ronddraait geraakt de motor (en dus de robot) uit balans. Het gemakkelijkste is hiervoor een lusterklem (of kroonsteen) en ijzerdraadje te gebruiken zoals op onderstaand voorbeeld:

bibberbot motor en lusterklem

Een robot ontwerpen

Nu dat de leerlingen kennis hebben gemaakt met de verschillende materialen en hun eigenschappen is het tijd om de robot te ontwerpen. Hiervoor zijn er verschillende mogelijkheden. Ofwel laat je de leerlingen volledig vrij ofwel bepaal je een thema (bijvoorbeeld bibberende insecten, tekenende robots,...). Alhoewel wijzelf verkiezen dat leerlingen vrij kunnen kiezen is het vaak gemakkelijker voor de leerlingen om binnen een bepaald thema te werken. Vermijd wel dat je té specifieke instructies geeft hoe ze de robot moeten maken. Het is misschien wel gemakkelijker voor leerlingen om een concreet stappenplan te volgen, maar voor de creativiteit en het probleemoplossend vermogen is vrijheid noodzakelijk!

Het bouwen van de robot

Zoals reeds gezegd kan de bibberbot gebouwd worden met eenvoudige materialen. Bijgevolg zijn de vereiste gereedschappen te vinden in ieder huis of school. Vraag de leerlingen om een kniptang en platte schroevendraaier mee te brengen zodat je zeker voldoende gereedschap hebt. De kniptang kan gebruikt worden voor het knippen van de ijzerdraad (pootjes, gewichtje aan de motor,...) terwijl de schroevendraaier nodig is voor de bevestiging van de lusterklem aan de motoras.

De batterijhouder moet ook nog bevestigd worden aan de aansluitingen van de motor. De polariteit (rood/zwart) maakt hier niet uit aangezien die enkel de draaizin van de motoras bepaalt.

Na anderhalf uur knippen, plakken, plooien,... krijg je volgend resultaat:

voorbeelden

Uiteraard kan je nóg creatiever te werk gaan en bijvoorbeeld een heuse bibberende dinobot maken:

bibberbot dino

Uittesten en verbeteren van de robot

Een belangrijk onderdeel van STEM is het evalueren van wat je gemaakt heb. Leer de leerlingen kritisch kijken naar hun robot. Ziet de robot er uit zoals ze initieel gedacht hebben? Hoe kunnen ze de robot sneller maken? Hoe kan ik de robot aanpassen zodat de robot rechtdoor gaat? Koppel er eventueel een wedstrijdje robot bibberen aan of een heuse klastentoonstelling!

Dank aan

Met dank aan de leerlingen van de Mozaïek en het FYXXI-lab te Gent om enthousiast bibberbots te bouwen (zie filmpje).