LES ROBOTS

IDD en 4ème A 2003-2004

Technologie et Mathématiques



A. Les finalités du projet


Apprendre à construire et à programmer un robot, en réalisant les aspects culturels, sociaux, technologiques et scientifiques sous-jacents.


B. Le cadre du fonctionnement


Un professeur de Techno et professeur de Maths encadrent chacun une demi-classe pendant plusieurs séquences successives de 1 heure sur l’année. Les groupes alternent.
Pendant quelques séquences, en fonction de l’opportunité, les deux professeurs ont dirigé ensemble la classe complète.

Un prototype de robot a été réalisé par l’auteur du jLogo (Emmanuel Guillot, ingénieur au CNRS). JLogo est un LOGO du type de l’ancien LOGO Nathan. Il est utilisé au collège dans certains cours. Il fonctionne directement sur Internet. On peut le télécharger
gratuitement. JLogo sera le langage du robot (« la tortue »).

Les élèves ont étudié les éléments constitutifs du robot et leurs fonctions. Ils ont commencé à construire un nouvel exemplaire. Ils ont appris également à programmer en jLogo son image virtuelle sur l’écran. Le projet complet avec le pilotage du vrai robot à partir d’un ordinateur grâce à une liaison radio n’est pas réalisable sur l’année seulement. Un suivi est envisagé.


C. L’aspect culturel


Pour situer les robots dans l’histoire des techniques une première approche est proposée avec l’étude de deux textes sur les créations de Vaucanson et plus particulièrement son canard. Les ancêtres des robots sont les automates.

Un film est présenté intitulé « la greffe des rosiers en Espagne ». Ce film présente les questions et les réponses apportées par une équipe d’ingénieurs pour concevoir une machine capable de réaliser des greffes de rosier en reproduisant un geste humain très complexe. Il permet de comprendre le rôle des robots, la difficulté de leur conception, la multiplicité des ressources industrielles impliquées, l’impact social de leur utilisation avec la création de nouveaux métiers, l’évolution des postes de travail, la disparition d’emplois …

La visite du « Musée de Musique Mécanique de Dollon » permet de réaliser concrètement le concept d’automatisme, celui du codage mécanique de l’information, avec les aspects technologiques, l’évolution rapide des matériaux et des techniques. Des compléments culturels sont faits en cours d’Education Musicale sur l’évolution de la musique mécanique.

Des discussions fréquentes et riches sur l’impact des applications de la robotique sont provoquées par l’actualité.


D. La partie Mathématique - Informatique


Elle est guidée par six fiches de travail autonome (cf. site m@ThICE).

Objectifs en contenu

S’habituer à programmer en LOGO la tortue écran, qui simule exactement le comportement de la tortue plancher.

Pour cela, on se familiarise en programmation avec :
- l’utilisation d’un éditeur de programme (préparer un texte, le valider, le corriger),
- la manipulation des premières primitives d’un langage et la façon de les structurer pour réaliser un projet (déplacements et rotations en repérage relatif, notion d’état du robot, structures répétitives, construction de procédures, repérage absolu, utilisation des variables, et pour quelques élèves tests et récursivité).

On travaille en mathématiques à partir des concepts suivants :
- angles et longueurs avec leurs mesures, mesures des angles « repères »,
- calculs d’angles pour les polygones réguliers,
- fractions,
- repérage avec des coordonnées,
- liens entre parallélogrammes, rectangles, losanges et carrés,
- approche du cercle comme limite de polygones.

Objectifs en comportement

- analyse des projets de construction de figures pour créer une méthode (actions successives à organiser),
- pratique « concrète » du raisonnement déductif, pour trouver les éléments manquants dans un projet,
- réalisation d’un projet en créant les lignes de codes nécessaires,
- travail autonome de recherche et correction des erreurs (auto-contrôle),
- entraînement à se « décentrer » c’est-à-dire à se mettre à la place de l’autre (la tortue ici) pour anticiper des suites d’actions.

Bilan de la partie Maths-Informatique

Sur l’année, le contenu prévu est abordé par tous sauf les tests et la récursivité, auxquels parviendront seulement quelques élèves. La maîtrise des tests sera indispensable pour la communication avec le futur robot muni de ses capteurs et de son gras.
On note un bon investissement dans ce travail autonome de la quasi-totalité des élèves. Quelques-uns ont parfaitement réussi la structuration de tous les contenus proposés.
On note également beaucoup d’efforts, de concentration et d’obstination pour trois élèves en grandes difficultés en maths qui sont arrivés à des réussites très gratifiantes et qui commencent à changer de comportement en cours de maths.
Tous ont été intéressés par les nombreuses discussions sur les aspects culturels.
Un regret : ne pas arriver en fin d’année à programmer la vraie tortue !


E. La partie Technologique – Fabrication du robot


Elle est guidée par des fiches de travail autonome.

Objectifs en contenu

- Etude des ancêtres des robots, réflexion autour des apports de la robotique (avantages & inconvénients).
- Etude des différentes parties du robot (partie commande, partie alimentation, partie capteur…).
- Etude des circuits imprimés (recherche des courts-circuits et tests de continuité des circuits imprimés – utilisation du multimètre).
- Perçage des circuits.
- Implantation des composants à partir des schémas d’implantations.
- Soudage des composants.

Objectifs en comportement

- Travail par groupe de deux en autonomie (lecture d’une fiche consigne).
- Utilisation de petits outillages (fer à souder, pinces coupantes…) et de ses mains (les composants sont très petits et demandent une très grande concentration pour réaliser des soudures correctes qui ne provoquent pas de court-circuits).
- Respect des règles de sécurité.

Bilan de la partie Technologique

Les élèves ont fait preuve d’une grande motivation et d’un grand intérêt tout au long de l’année. Cela d’autant que nous avons eu un problème technique (la réalisation d’un prototype demande beaucoup de mises au point). En effet, nos circuits ont été réalisés à une échelle légèrement inférieure. Ce qui les a rendus inutilisables, non au début, où nous avons implanté des composants simples de style résistances, mais vers la fin (implantation de circuits intégrés à 12 pattes). Il nous a fallu donc détruire notre travail, commander de nouveaux circuits et repartir à zéro. Les élèves ont montré un enthousiasme toujours égal et n’ont pas baissé les bras. Nous n’avons pas pu finir la partie pratique bien que nous ayons encore continué tout le mois de juin la construction du robot. Nous nous sommes engagés à inviter les élèves de cette année à une démonstration si l’année prochaine notre projet aboutit.


Jocelyne Dhenin, Jean-Louis Guillot, 14 Juin 2004.


Accueil m@ThICE