Modelos 8-10: Veículo de Transporte Autônomo

Seguro em movimento no percurso

Série escolar

11-13

Tempo necessário

2-3 aulas duplas por unidade de aprendizagem (expansível até 13 aulas duplas)

Nível de dificuldade

Modelo: médio, Programação: fácil a difícil

Tipo de modelo

Modelo de mesa para veículos de transporte autônomos

Baixar material didático

DESCRIÇÃO DO MODELO / TAREFA

Os alunos (SuS) planejam e realizam veículos de transporte autônomos (FTF), que eles equipam passo a passo com sensores adicionais e controle inteligente. Partindo de um veículo básico com motores encoder, que executa trajetos e rotações definidos e realiza o primeiro seguimento de linha com a ajuda de um sensor de trilha, passando por um FTF com sensor ultrassônico para evitar colisões e câmera USB para interação com superfícies coloridas, até o seguimento de linha controlado por circuito de controle ou até mesmo suportado por IA, os modelos evoluem – e com isso também as exigências para montagem, fiação e programação.

Os SuS aprendem a criar diagramas de transição de estado para os estados de condução e a ler e usar dados dos sensores de forma direcionada. A partir das características e valores medidos dos sensores, eles determinam grupos adequados de condução e direção, definem variáveis para controle de percurso e ângulo, bem como tempos de reação para correções seguras de curso.

A partir dos estados e parâmetros assim definidos, os SuS inicialmente desenvolvem programas de controle baseados em regras com variáveis, subprogramas e lógica de estado; em seguida, configuram e treinam uma rede neural para um problema de regressão, que prevê velocidades adequadas do motor a partir das entradas dos sensores e é ampliada com o sensor de distância para diferenciação. A adequação é testada pelos SuS em testes de condução no percurso – condução em linha reta, manutenção de trilha, desvio e reações a superfícies coloridas – e eles aprimoram suas soluções por meio de busca sistemática de erros e otimização de velocidade.

REFERÊNCIA DO COTIDIANO

O controle baseado em sensores de um veículo é familiar para os alunos a partir das aulas de tecnologia ou informática e do seu dia a dia. Aplicações conhecidas são o piloto automático e o assistente de manutenção de faixa no carro, patinetes elétricos com sensores, bem como robôs aspiradores que seguem linhas e evitam obstáculos.

A inserção em um contexto de mobilidade próximo à realidade cria alta motivação, pois os alunos reconhecem imediatamente paralelos com o trânsito urbano e a logística de armazém. A integração do tema na orientação pré-profissional é recomendada em tecnologia veicular, engenharia elétrica e robótica/automação, onde o controle baseado em sensores e o acionamento automatizado de atuadores são competências centrais.
A combinação de sensores e controle assistido por IA não é encontrada pelos alunos apenas na indústria e no trânsito, mas também no ambiente doméstico, por exemplo, em aplicações de casas inteligentes, aquecedores inteligentes ou iluminação automática – em todos os lugares onde valores medidos desencadeiam decisões e movimentos são executados de forma confiável.

Perguntas orientadoras

Quais sensores e tipos de controle são adequados para um veículo de transporte autônomo (FTF) no percurso?
(Comunicação)
Como coordenar diferentes valores de sensores (sensor IR, sensor ultrassônico, câmera USB) para uma navegação segura? (Colaboração)
Quais compromissos são sensatos entre velocidade, precisão e segurança? (Pensamento crítico)
Como o comportamento do FTF pode evoluir de um controle baseado em regras para um controle suportado por IA? (Criatividade)

Relação com a disciplina

Informática

Programação avançada, loops condicionais, funções, autômatos de estado, controle baseado em eventos, integração de câmera, controladores P e PD, redes neurais, treinamento de uma rede neural

Matemática

Cálculo de expressões, escala, proporcionalidade e funções lineares, conversão de unidades, normalização, regressão

Tecnologia

Construção estável, tecnologia de construção

Física

Movimento (distância, tempo, velocidade), processamento de sinal, medição de tempo de trânsito por ultrassom e propagação do som, inércia e distância de frenagem, reconhecimento de cores, técnica de controle

Desenvolvimento da aula

Conversa de aula

Anunciar o tema, se necessário, mostrar o vídeo „Sistema de transporte autônomo“.
→ www.youtube.com/watch?v=cJjz3NxiKh4
Perguntar quais são as características essenciais para o controle de veículos de transporte autônomos.
Perguntar sobre cenários em que veículos de transporte autônomos aparecem.
Discutir possibilidades de aplicação.
Determinar os requisitos para a construção dos modelos.

Se necessário, assistência

Mostrar sensores, atuadores e componentes do kit de construção, usar meios de apresentação se necessário.

Conversa de aula (com app)

O procedimento para a construção do modelo e a função a ser alcançada são desenvolvidos em conjunto.
As etapas de trabalho do app são definidas ou discutidas.

Trabalho em dupla ou individual (com app)

Os alunos se familiarizam com o app e carregam a tarefa correspondente.
Os alunos definem funções úteis para controlar um FTF com a ajuda do controlador TXT 4.0.
Os alunos criam, com o app, a lista de sensores para o caso de uso atual.
Os alunos preparam o percurso. A superfície de condução deve ser o mais lisa possível.

Aviso: Os experimentos de condução devem ser realizados opcionalmente no chão ou em uma área com limite de borda para evitar a queda dos modelos de veículos.

Trabalho opcional em dupla ou grupo (sem app)

Os alunos discutem a sensorística aplicável e esboçam possíveis montagens.
Os alunos discutem suas experiências com condução automatizada ou autônoma em grupo.