Drone a l’aula!

Drone a la pissarra“Tatxan!” aquest ha estat l’efecte de portar un Drone a la classe de matemàtiques, un efecte sorpresa. És un avió? Són matemàtiques? És física? Sí, és tot alhora! Gràcies a aquest efecte sorpresa, hem aprofitat per parlar de coordenades en tres dimensions, translacions, rotacions i fins i tot la descomposició de forces!

La sessió a 2n d’ESO ha estat molt positiva i dóna peu a treballar més aspectes en aquest i altres cursos. A continuació faig cinc cèntims de l’experiència.

Crònica

Drone sobre la màCom deia, la sessió va ser a un grup de 17 alumnes de 2n ESO, en una aula regular on vam deixar lliure el mig de la classe i vam fer una rotllana tots de peu, al voltant de la capça del drone. Es tractava d’un micro quadricòpter, un WL Toys V272. El ser micro facilita l’ús en interior i el fa inofensiu en cas de col·lisió ; )

vl272-remote (src: http://cdn.hobbyking.com/hobbyking/store/catalog/66866_4_m.jpg )L’expectació inicial era màxima per veure exactament com era l’aparell, i el comandament! D’entrada tothom hi feia una ullada i comentava què li semblava, què en sabia, què n’havia sentit… així que ja teníem les primeres hipòtesis sobre el funcionament de l’aparell. Aleshores, vaig fer un vol per a que el veiessin en moviment i encara fessin més hipòtesis. Les reaccions durant aquest primer vol foren múltiples, especialment quan els passava per damunt i notaven el corrent d’aire.

Després d’aquest vol inaugural, vam aflorar les primeres qüestions:

  • Quins moviments pot fer un quadricòpter?
    • Els van començar a descriure informalment i vam comparar-los amb els d’un cotxe teledirigit.
    • Vam acabar descrivint aquest moviments com a translacions i rotacions en base als tres eixos.
  • Què fa el moviment vertical de la palanca esquerra del comandament?
    • Fèiem volar el drone per experimentar què passava.
    • Ràpidament van arribar a que era una translació en l’eix vertical (eix Z segons el sistema de coordenades absolut que vam definir amb el drone parat).
    • També van deduir ràpidament que s’aconseguia a base d’augmentar la potència dels quatre motors alhora. En realitat doncs, la translació és en l’eix vertical d’un sistema de coordenades relatiu al drone (no absolut respecte el seu origen). Però no vam entrar en aquesta discussió.
  • Aileron_roll (src: http://ca.wikipedia.org/wiki/Eixos_de_l%27avi%C3%B3#/media/File:Aileron_roll.gif )Què fa el moviment horitzontal de la palanca dreta del comandament?
    • Al igual que abans, fèiem volar el drone per a observar-lo, intentant deixar-ho en suspensió (hover) i tan sols fent balanceig (roll)
      • una rotació respecte l’eix longitudinal (que vam etiquetar amb Y) que provoca un desplaçament cap als costats (translació eix transversal).
    • En aquesta ocasió tenien clar que era una rotació però va costar més identificar que era respecte l’eix longitudinal. Vam estar imitant els moviments amb les mans i vam usar la pissarra.
    • Entre tots van discutir i arribar a la conclusió que el quadricòpter aconseguia aquest moviment a base d’augmentar la potència dels motors d’un costat respecte l’altre.
    • Vaig deixar que observessin com el drone perdia alçada al fer aquest moviment si només movíem la palanca dreta, i veure que per a compensar-ho calia moure també un xic la palanca esquerra cap amunt.
  • Aileron_pitch (src: http://ca.wikipedia.org/wiki/Eixos_de_l%27avi%C3%B3#/media/File:Aileron_pitch.gif )Què fa el moviment vertical de la palanca dreta del comandament?
    • Després de la pregunta anterior, aquesta ja la contestaven sense observació. Així que vam tractar la seva resposta com a una hipòtesi i la vam validar fent volar el drone. La hipòtesi era certa i efectivament el drone feia un capcineig (pitch)
      • una rotació respecte l’eix transversal (que havíem etiquetat amb X) que provoca un desplaçament del quadricòpter cap endavant o endarrere (translació eix longitudinal).
    • Drone forcesTambé els va ser molt senzill explicar com aconseguir aquest moviment a base d’augmentar la potència dels motors de davant respecte els del darrere. I veure que si no compensàvem amb la palanca esquerra, es produïa una translació en l’eix vertical (baixava). Aquí vam parlar una mica sobre la descomposició de forces.
  • Aileron_yaw (src: http://ca.wikipedia.org/wiki/Eixos_de_l%27avi%C3%B3#/media/File:Aileron_yaw.gif )Què fa el moviment horitzontal de la palanca esquerra del comandament?
    • Vaig deixar aquest moviment pel final perquè és el més difícil d’explicar com s’aconsegueix fer a través dels motors. La simple observació de seguida els va portar a parlar de rotació però hi havia confusió en quin era l’eix de gir. Aprofitàvem per anar-ho comparant amb el cotxe teledirigit. Es tractava doncs, d’una guinyada (yaw)
      • una rotació respecte l’eix vertical (el nostre Z) que provoca un gir del drone sobre si mateix (rotació).
    • torque (src: "Quadrotoryaw" by Purpy Pupple - Own work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons - http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Quadrotoryaw.svg#/media/File:Quadrotoryaw.svg )Aquí sí que va costar molt d’explicar-se com aconseguia l’aparell aquest moviment. Sort que algun alumne havia llegit coses sobre els helicòpters i va començar a sorgir la idea del moment de força (torque). Aleshores algú va recordar que no totes les hèlixs eren iguals, de fet estaven a parells! Jo aquí vaig ajudar preguntat “Quantes hèlixs té un helicòpter?”. La discussió era intensa i van acabar comentat que en tenen una de petita per evitar el gir que provoca la gran (fins i tot va sortir el tema dels helicòpters coaxials! ; )

La sessió va acabar amb uns quants vols mentre descrivien els moviments drone amb el vocabulari que havien aprés. És més, vam acabar parlant de la durada de la bateria (uns 10 minuts si hi ha sort), i esmentant que la força en vertical havia de compensar l’atracció de la gravetat. Els sorprenia molt la velocitat de baixada si paràvem motors.

Observacions

L’experiència va ser molt bona, sobretot per l’efecte motivador d’introduir un “nou element” a l’aula. Ara em plantejo vàries coses:

  • Ha de ser fantàstic que ells puguin comandar el drone (en aquesta ocasió no em vaig atrevir perquè no és trivial de fer-ho per primera vegada). Per exemple usant Tickle app amb un Mini-drone de Parrot.
    tickleapp (src: https://pbs.twimg.com/media/CBVBibGXIAApxvC.jpg )
  • Cal vigilar amb el tema seguretat, tant per a fer-se mal entre ells com per a trencar l’aparell. Potser es podria provar un d’aquests que porta una gàbia esfèrica.
    vcsphere
  • Es pot treure molt de suc de continguts de matemàtiques, física i tecnologia en diferents cursos (ex. descomposició de forces, sistemes de coordenades absoluts/relatius, coordenades homogènies, control de motors, com aconseguir loopings…). Fins i tot passar a context històric i història de l’aviació (incloent l’autogir!).
    De_Bothezat_Quadrotor
  • Crec que podrien mirar de modelar el drone en algun llenguatge de programació i/o fins i tot dins de Geogebra, per tal de comprendre millor què està succeint quan es mou.

 

 

Advertisements

One thought on “Drone a l’aula!

  1. pere losantos ha dit:

    Hola Jordi, una classe fantàstica. Pels més joves o potser abans d’entrar en programació com hem comentat alguna vegada es podria treballar alguna cosa més simple, com

    http://learn.fi.edu/wright/again/lesson2_p18991.html

    o

    http://www.instructables.com/id/Rubberband-Helicopters-step-by-step/

    Ho deixo aquí per si algun dels teus seguidors està interessat.

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out / Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out / Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out / Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out / Canvia )

Connecting to %s

%d bloggers like this: