KIKSSociale robotChatbotAI in de ZorgComputationeel denken

Sociale robot

‘Sociale robot’ is een vakoverschrijdend STEM-project voor de eerste graad secundair onderwijs. In een aantal modules gaan leerlingen aan de slag om zelf een sociale robot te ontwerpen, te programmeren en te bouwen.

Leerlingen denken na over hoe hun robot zal communiceren en op welke omgevingsfactoren - zoals licht, geluid, beweging - hij zal reageren. Het ontwerpen en grafisch programmeren van de robot doen ze in een simulator. De fysieke robot bouwen ze met herbruikbaar materiaal. Het wordt nog leuker als ze de robot een persoonlijke toets geven. Ze kunnen zich hierin op een creatieve manier uitleven. Gebruikmakend van een microcontrollerplatform, sensoren en actuatoren en hun eigen code voltooien ze hun sociale robot.

Het wetenschappelijk onderzoek

Sociale robotica is een interdisciplinair domein, of hoort het te zijn. Een sociale robot interageert immers met zijn omgeving en met de mensen die erin vertoeven.

De robot moet efficiënt zijn in het vervullen van zijn taken, maar moet ook aangenaam zijn in omgang. Bij het maken van een robot denkt men best in een interdisciplinair team na over het ontwerp, zowel hardware- als softwarematig. Er is kennis nodig over verschillende domeinen: het gedrag van mensen wanneer ze interageren met een robot, de technische kant van een robot, de esthetiek …

Dankzij de ontwikkelingen in de robotica en het onderzoek naar de interactie tussen mens en robot zal er op het vlak van sociale robots meer mogelijk worden in de toekomst. Dankzij artificiële intelligentie (AI) kan een robot emoties uit gezichtsuitdrukkingen en stemintonatie afleiden. AI kan ook gebruikt worden om een robot te leren wat sociale interactie is. Helaas zijn er niet altijd voldoende voorbeelden voorhanden van de interactie tussen robots en mensen. Dat betekent dat de vooruitgang die geboekt wordt in het domein van AI, bepalend is voor de vorderingen binnen de sociale robotica.

Sociale robots

Sociale robots zijn niet meer weg te denken uit onze samenleving en worden in uiteenlopende gedaantes ingezet voor verschillende doelgroepen.

In de zorgsector worden robots al gebruikt om bejaarden gezelschap te houden en sociaal contact te stimuleren. Voor kinderen zijn er dan weer talloze ‘speelmaatjes’ op de markt, waar men zich zeer sterk kan aan gaan hechten. Ook gezinnen hebben steeds vaker een personal assistant in huis die taken kan overnemen en door de mogelijke interactie deel wordt van het gezin.

In het project is er ruimte voor een discussie over de plaats en (morele) impact van sociale robots in onze maatschappij.

Programmeren met de simulator

Binnen dit project werken de leerlingen met de Dwenguino-simulator, ontworpen voor iedereen die op zoek is naar een eerste (grafische) programmeerervaring.

De programmeeromgeving is een uitgebreide vorm van Google Blockly met programmeerblokken die op verschillende abstractieniveaus werden gedefinieerd zodat leerlingen op hun eigen tempo kunnen leren.

De leerlingen ontwerpen een robot in de simulator door een aantal bouwblokken te selecteren en op het robotontwerp te slepen. Deze virtuele robot wordt vervolgens aangestuurd door met goedgekozen programmeerblokken een algoritme te ontwerpen en uit te voeren. Dankzij de simulator kan het testen en het debuggen efficiënt verlopen.

Nieuwsgierige leerlingen kunnen in de simulator de overeenkomstige tekstuele code ontdekken.

Computationeel denken

Het bouwen en het vormgeven van de robot passen zeer goed binnen de lessen techniek en plastische opvoeding.

De verschillende modules zijn zo ontwikkeld dat ze goed aansluiten bij de nieuwe eindtermen voor de eerste graad secundair onderwijs, namelijk de transversale eindtermen digitale competentie en de eindtermen technologie.

Binnen dit project werken de leerlingen met het Dwenguino microcontrollerplatform dat geïntegreerd is in de simulator.

Tijdens het programmeer- en bouwproces komen verschillende aspecten van computationeel denken aan bod. Door grafisch te programmeren in de simulator hebben leerlingen op een laagdrempelige manier kennisgemaakt met de universele concepten van programmeren. Nadien kunnen ze gemakkelijk overschakelen naar andere programmeertalen.

Lesmateriaal

Het ‘Sociale robot’ lesmateriaal wordt ter beschikking gesteld overeenkomstig de voorwaarden van een Creative Commons BY-SA licentie.

Dwenguino-simulatorBinnen dit project werken de leerlingen met de Dwenguino-simulator, ontworpen voor iedereen die op zoek is naar een eerste (grafische) programmeerervaring.Handleiding 'Hallo robot!'Met dit lesboekje breng je je eigen sociale robot tot leven.MOOC Sociale RobotWil jij ook met dit project aan de slag gaan in de klas? Om je lessen voor te bereiden, kan je alvast terecht in dit leerpad. Dit is een tweede versie van de MOOC voor leerkrachten als voorbereiding op het 'Sociale Robot'-project. De MOOC bevat achtergrondinformatie, oefeningen en instructievideo's. Het MOOC-menu is opgebouwd uit groene en witte blokken. De witte blokken zijn ook geschikt voor leerlingen.Instructievideo'sDeze video's horen bij de MOOC en tonen o.a. hoe je sensoren en actuatoren bevestigt op het robotlichaam en aansluit op de Dwenguino.Opgaven van opdrachten in de MOOCEen overzicht van de programmeeroefeningen in de MOOC.Collage sociale robotsDe robots op deze foto zijn realisaties van leerlingen van de eerste graad van het secundair onderwijs of zijn prototypes.Constructiekit voor 'Sociale Robot'-projectWil jij dat jouw leerlingen ook een sociale robot ontwerpen en bouwen? Dat kan via de constructiekit van Dwengo vzw. Op de figuur ontdek je de huidige samenstelling van de constructiekit. Geïnteresseerd? Contacteer ons via e-mail of surf voor meer informatie naar https://www.dwengo.orgEmotiemachine (opdracht) - Computationeel denken (unplugged activiteit)Unplugged activiteit.Emotiemachine - Computationeel denken (unplugged activiteit)Unplugged activiteit.Emotiemachine met led-matrix - Computationeel denken (unplugged activiteit)Unplugged activiteit.Maak een gezicht - Computationeel denken (unplugged activiteit)Unplugged activiteitPoster 'Sociale Robot'- projectDe poster geeft de verschillende aspecten van het project weer.Van project naar eindtermenDe eindtermen waaraan gewerkt kan worden, worden gelinkt aan de verschillende fasen van het 'Sociale robot'-project.Fiches voor de leerlingenIn deze fiches wordt het gebruik van de Dwenguino en van de sensoren en actuatoren uit de doeken gedaan.Ficheboekje voor leerkrachtenDe gebundelde fiches waarin het gebruik van de Dwenguino en van de sensoren en actuatoren uit de doeken wordt gedaan.Leerpad Start To DwenguinoJe kan je programmeervaardigheden extra oefenen met de simulator in het leerpad 'Start To Dwenguino' op dwengo.org.
Ons team

Prof. dr. ir. Francis wyffels is docent robotica & AI. Binnen de UGent is hij een van de trekkers van STEM-initiatieven voor het lager en het secundair onderwijs en is hij lid van de facultaire diversiteitscommissie. Hij is voorzitter van Dwengo vzw waarin hij tal van binnen- en buitenlandse STEM-projecten initieerde, bijvoorbeeld het WeGoSTEM-project. Voor zijn inspanningen met betrekking tot wetenschapspopularisering won hij meerdere awards waaronder de Google RISE award en de UGent Hermesprijs.

Natacha Gesquière is licentiaat wiskunde en mediacoach. Ze stond vele jaren in het onderwijs als leerkracht wiskunde, maar ze is nu STEM-coach aan de UGent en Dwengo vzw. Ze ontwikkelt didactisch materiaal voor Dwengo vzw, rond STEM, computationeel denken, artificiële intelligentie en programmeren. Ze verzorgde de leerlijnen STEM en computerwetenschappen voor de STEM-klassen van het eerste tot zesde jaar op Sint-Bavohumaniora in Gent.

Zimcke Van de Staey is computerwetenschapper en musicologe van opleiding. Ze werkt mee aan de Dwenguino-simulator in verband met sociale robots. Momenteel doet ze aan de UGent onderzoek naar het automatisch genereren van persoonlijke feedback tijdens het leren programmeren. Daarbuiten draagt ze bij aan de ontwikkeling van didactisch materiaal rond computationeel denken.

Tom Neutens is computerwetenschapper en leraar van opleiding. Na verschillende lesopdrachten in het secundair onderwijs, aan de hogeschool en voor privé-initiatieven startte hij een doctoraat rond vakdidactiek informatica. Tijdens zijn doctoraat vergelijkt hij verschillende technieken voor het aanleren van programmeren en bouwt hij een tool om programmacode te clusteren op basis van didactische eigenschappen. Daarnaast ontwikkelt hij tijdens dit doctoraat ook meerdere tools en workshops. Een van de voornaamste tools is de Dwenguino-simulator, een programmeeromgeving waarin jonge kinderen gemakkelijk hun eigen robot kunnen programmeren.

Partners