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Renseignements généraux

Qu'est-ce qu'un robot?

Un robot est tout simplement une machine qui semble afficher un « comportement intelligent » en effectuant une action déclenchée par un stimulus externe ou par une instruction programmée à l'interne.

Les dispositifs robotisés simples peuvent accomplir certaines tâches lorsqu'ils reçoivent une ou plusieurs instructions simples qui sont saisies, emmagasinées et suivies. Un
grille-pain moderne à éjection automatique aurait semblé extrêmement « intelligent » aux yeux de nos ancêtres. Cet appareil semble « savoir » comment griller parfaitement le pain, et ce, sans intervention humaine.

Les robots complexes et plus intelligents sont programmés pour évaluer les conditions externes et modifier la séquence des événements en fonction de celles-ci. Les pilotes automatiques que l'on retrouve dans les avions modernes (et dans l'orbiteur de la navette spatiale) sont considérés comme des robots extrêmement intelligents.

Trois catégories principales de robots et de dispositifs robotisés

1. Dispositifs robotisés à commande directe

   Ce sont les types de robots les plus répandus, et un grand nombre d'entre eux font partie de nos vies. Ces dispositifs robotisés à commande directe sont également connus comme des automates programmables puisque leur intelligence apparente est acquise grâce aux instructions précises que nous y programmons. Les fours à micro-ondes, les magnétoscopes et les ordinateurs ne sont que quelques exemples des dispositifs robotisés à commande directe.

2. Dispositifs robotisés semi-autonomes

   Ce sont des dispositifs à commande directe ou télécommandés qui peuvent prendre des décisions simples. Ainsi, les dispositifs robotisés semi-autonomes sont capables de détecter un problème et de prendre les mesures appropriées pour résoudre
   celui-ci. Les dispositifs robotisés plus « intelligents » peuvent même prévoir quand un problème est susceptible de survenir (au moyen de la détection et de l'évaluation des conditions du moment), puis de prendre les mesures voulues pour prévenir l'apparition de ce problème.

   Le perfectionné Canadarm2 est le parfait exemple de ce type de robots. Il est si intelligent qu'il est capable d'éviter les gestes susceptibles de causer des catastrophes, comme une collision avec lui-même. Cette faculté « d'autoprotection » lui permet de se prémunir contre d'éventuelles
   fausses manoeuvres.

3. Dispositifs robotisés entièrement autonomes (robots véritables)

   Ces robots sont capables d'évaluer toutes les conditions externes et de s'ajuster en conséquence. Aucun robot entièrement autonome dans toutes ses activités n'a été créé jusqu'ici (il relève encore de la science-fiction). Certains robots ont toutefois été conçus pour accomplir de façon autonome certaines tâches.

Activité : « Voir » sans yeux

Contexte

La plupart des robots et des dispositifs robotisés sont dépourvus de yeux et pourtant, bon nombre d'entre eux sont capables de se déplacer d'un endroit à l'autre avec une adresse remarquable. Comment est-ce possible sans la vision?

La réponse se trouve dans la capacité du robot à convertir des nombres en un emplacement précis dans l'espace. En fournissant au robot un ensemble de données numériques appelées coordonnées, le robot peut ensuite convertir celles-ci en actions précises lui permettant de se déplacer d'un endroit à l'autre en fonction des coordonnées reçues.

 

Les activités suivantes portent sur les propriétés d'un espace de coordonnées tridimensionnelles du point de vue d'un robot.

Pour ce faire, nous devrons construire une sonde tridimensionnelle rudimentaire pour les espaces de coordonnées.

Sonde tridimensionnelle pour les espaces de coordonnées

Matériel

1. Trois goujons d'une longueur d'environ 1 mètre.

2. Un petit cube de bois dont les faces mesurent de 2 à 3 centimètres.

3. Une perceuse et une mèche (dont le diamètre est supérieur à celui des goujons).

4. Des marqueurs de couleur.

5. Des lunettes de protection (une paire par élève).

Assemblage

1. Prendre un petit cube de bois mou (comme du pin) dont chaque côté mesure
   de 2 à 3 cm.

2. Percez un trou dans chaque face du cube de manière à ce que les trous ne se croisent pas.

   Les trous doivent traverser complètement le cube et ils doivent être assez gros pour permettre aisément le passage d'un goujon dans chacun d'eux, tel qu'indiqué sur la photo.

   Ce cube s'appelle un repère de coordonnées, car son emplacement servira à définir les trois coordonnées qui décrivent sa position (dans l'espace).

   

3. On utilise le repère de coordonnées avec les trois longs goujons.

   Chaque goujon doit être inséré dans l'un des trous pratiqués sur chacune des faces du cube.

   Les goujons définissent la direction de chaque axe de coordonnées, soit x, y, et z.

   

4. Faites des traits à des intervalles de 10 cm sur chaque goujon x, y et z en utilisant des marqueurs de couleurs différentes.

   

Procédure

1. Demandez aux élèves de parler de ce qu'ils connaissent des robots (par exemple, sur leur raison d'être et leur fonctionnement). Au cours de la discussion, aidez les élèves à faire la différence entre l'apparence et la fonction des robots décrits dans la science-fiction et ceux conçus pour des applications réelles.

   Expliquez qu'au cours de cette activité, on simulera la capacité d'un robot à se déplacer en convertissant les nombres en un emplacement précis dans l'espace.

2. Dégagez une grande surface sur le sol de la classe.

3. Demandez à un volontaire de jouer le rôle du robot. Dites au « robot » qu'il est incapable de voir, d'entendre, de se déplacer ou de penser par lui-même. Il se contente de suivre les instructions qu'on lui donne.

4. Établissez une tâche que devra accomplir l'élève « robot », par exemple, se diriger vers une chaise et y prendre un livre.

5. Demandez aux élèves de définir les instructions que l'on doit donner au « robot » afin qu'il puisse accomplir la tâche, par exemple avancer de cinq pas, tourner à droite, faire deux pas en avant, soulever à demi le bras, saisir le livre, etc. Inscrivez les instructions au tableau.

6. Répétez la procédure avec différents volontaires en utilisant toujours les mêmes instructions. Discutez avec les élèves de l'efficacité des instructions avec différents « robots ». Les élèves constateront que les « robots » font des pas de longueurs différentes et se tournent à des degrés variables. Amenez les élèves à conclure que les robots doivent disposer de mesures universelles et précises afin de pouvoir accomplir les tâches.

7. Expliquer le fonctionnement du repère de coordonnées préparé en y insérant un goujon à la fois. Demandez à deux élèves de prendre chacun une extrémité d'un goujon qui se trouve dans l'axe x. Montrez aux élèves que le repère de coordonnées peut se déplacer de gauche à droite le long de l'axe x. Désignez un élève pour déplacer le repère et demandez à tour de rôle aux élèves de donner des instructions pour le déplacement du repère. Étant donné que les élèves de cet âge sont peu familiers avec les systèmes de coordonnées que l'on retrouve par exemple sur les cartes et les grilles ou dans des jeux simples comme celui de la bataille navale, vous devez à cette étape initiale permettre aux élèves de donner leurs instructions en employant des termes généraux, tels que faire glisser le repère de quatre traits le long du goujon bleu (c'est-à-dire la baguette de bois sur laquelle des traits ont été tracés en bleu).

   

   

   

8. Introduisez l'axe y de la même manière. Demandez aux élèves de donner des instructions pour déplacer le repère de gauche à droite, puis de haut en bas.

   

   

   

9. Introduisez enfin l'axe z. Demandez aux élèves de donner des instructions pour déplacer le repère de gauche à droite, de haut en bas, puis d'avant en arrière.

   

   

   

10. Expliquez aux élèves que les baguettes de bois représentent différents axes qui sont identifiés par x, y et z et qu'il y a un écart de 10 cm entre chacun des traits faits avec les marqueurs de couleur. Expliquez que le point d'origine est identifié comme étant (0,0,0) et montrez au tableau la position adéquate pour identifier le point d'origine.

    

11. Pointez un endroit sur chaque axe et demandez aux élèves de décrire exactement la position, par exemple (70,0,0), (0,80,0) ou (0,0,60).

    

    

    

12. Donnez à chaque élève le temps d'explorer en leur demandant à tour de rôle d'accomplir les tâches suivantes :

    • tenir les extrémités de l'axe;

    • déplacer le repère de coordonnées à des endroits situés à l'intérieur (et au-dessus) de l'espace de travail;

    • décrire les coordonnées du repère;

    • consigner les coordonnées au tableau.

    

Vulgarisation : Trouver le chemin le plus court

La course à obstacles d'un robot

Contexte

Dans l'activité suivante, le robot consommerait moins d'énergie en empruntant le chemin le plus court, mais ce n'est pas toujours le cas. Le chemin le plus court n'est pas nécessairement celui qui nécessite le moins d'énergie. Prenez un chemin menant d'un point A à un point B situés sur des versants opposés d'une très haute colline. Le chemin le plus court suppose d'escalader la colline qui se trouve entre les deux points. Le chemin le plus long suppose de contourner la colline. Discutez avec les élèves de la dépense énergétique pour chaque chemin.

Procédure

1. Établissez un point de départ et un point d'arrivée à l'intérieur de
   l'espace de travail.

2. Placez un obstacle dans l'espace de travail.

3. Demandez aux élèves de prévoir le chemin le plus court entre les points de départ et d'arrivée dans l'espace de travail tout en contournant l'obstacle.

4. Demandez aux élèves de noter le chemin, c'est-à-dire la série de points de cheminement qui serviront à guider le robot. (Il est possible de simplifier un trajet complexe qui suit une trajectoire incurvée en le divisant en segments linéaires pointant tous dans une direction différente. L'endroit où se termine un segment du trajet et où un autre commence s'appelle le point de cheminement.)

5. Faites un compte rendu de cette activité en demandant aux élèves de déterminer s'ils ont choisi le chemin le plus court entre les points de départ et d'arrivée. Le groupe illustré ci-dessous a déterminé qu'il avait consommé plus d'énergie que requis, car le point de cheminement 1 était situé beaucoup trop loin sur l'axe y que ce qui était nécessaire pour contourner l'obstacle.