PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong thời đại công nghệ ngày nay, robot đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống, nó xuất hiện và được sử dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực như sản suất, y tế,… giúp cải thiện năng suất, tiết kiệm thời gian và giảm chi phí hoạt động. Robot có tiềm năng lớn để thay thế công việc của con người trong môi trường nguy hiểm và khó khăn, giúp bảo vệ tính mạng và sức khỏe của con người. Hiện nay robot còn được sử dụng trong việc giải quyết các vấn đề xã hội như chăm sóc người già, người bệnh,… Chính vì sự tăng trưởng nhanh như vậy mà robot đang trở thành 1 đề tài nóng, một lĩnh vực thu hút nguồn nhân lực.
Từ đó, nhu cầu tìm hiểu và học hỏi về robot cũng đang được tăng lên, nhất là lứa tuổi học sinh, đang trong giai đoạn học tập để phát triển bản thân và tìm kiếm ngành học phù hợp. Tuy nhiên, tính đến thời điểm hiện tại, tài liệu tham khảo về robot trên các kênh, các trang mạng, các diễn đàn ở nước ta hiện nay vẫn còn đang rất ít, để tìm kiếm các tài liệu hướng dẫn về robot cho học sinh tự tìm hiểu là rất khó khăn. Bởi lẽ như vậy, tôi quyết định lựa chọn đề tài “Tìm hiểu và xây dựng một số hoạt động của robot” để nghiên cứu. Và cụ thể ở đây, là nghiên cứu về robot giáo dục để làm tài liệu cho học sinh tham khảo.
Mục dích nghiên cứu - Nghiên cứu, tìm hiểu qua về 1 số loại robot, từ đó chọn ra được 1 loại robot để viết tài liệu tham khảo cho học sinh, phạm vi lứa tuổi học sinh tiếp cận tài liệu là từ 8 cho đến 15 tuổi. - Dựa vào nghiên cứu và thông qua nghiên cứu có thể xây dựng từ tài liệu tham khảo thành các bài giảng về robot cho học sinh mới bắt đầu tiếp cận với robot. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu một số loại robot giáo dục, để lựa chọn ra 1 loại phù hợp với đề tài và tiến hành triển khai nghiên cứu. - Xây dựng lên 1 loạt các hoạt động liên quan đến robot đã lựa chọn, thống kê và sắp xếp các hoạt động theo thứ tự từ cơ bản đến nâng cao.
- Viết tài liệu mô tả chi tiết cho từng hoạt động cho từng hoạt động. 6 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN 1. Tìm hiểu xu thế phát triển của robot hiện nay Robot là hiện thân của sự kết hợp giữa khoa học và công nghệ với độ khó cao. Để có thể xây dựng lên một mô hình robot hoàn chỉnh, cần phải có được sự kết hợp hoàn hảo của nhiều ngành tri thức khác nhau cụ thể là toàn học, vật lí, lý thuyết điều khiển, điện tử, khoa học tính toán, kĩ thuật lắp ráp,… và còn nhiều lĩnh vực khác.
Trong khoảng thời gian hơn 15 năm nữa, robot khả năng cao sẽ dần dần trở thành một phần không thể thiếu trong đời sống sinh hoạt hằng ngày, nhu cầu sử dụng robot của con người sẽ giống như cách con người sử dụng smartphone hiện tại: không thể thiếu. Chính vì thế, robot dần cũng sẽ trở thành một mũi nhọn cho cuộc cách mạng công nghệ lớn nối tiếp Internet. Đi cùng với các ứng dụng truyền thống của robot trong các lĩnh vực công nghiệp, y tế, giáo dục, giải trí, an ninh và gia đình, robot cá nhân sẽ trở thành một công cụ cần thiết cho mỗi người. Các robot sẽ thực hiện được những khả năng, nhiệm cụ chăm sóc trẻ em, người cao tuổi, vệ sinh nhà cửa hoặc thậm chí là có thể hỗ trợ việc nấu ăn.
Trước khi hướng đến tương lai thì tính cho đến thời điểm hiện tại, robot đa có được nhưng tiến bộ không thể không kể đến trong hơn nửa thế kỉ qua. Từ những năm 60 robot đầu tiên đã được con người sử dụng để thay thế làm các công việc nặng nhọc trong công nghiệp, tránh gây nguy hiểm cho ngon người trong môi trường độc hại. Với những nhu cầu sử dụng ngày càng tăng cao hiện nay, robot cũng đã được cải tiến, có khả năng thích ứng linh hoạt, thông minh. Ngày nay, ngoài các ứng dụng sơ khai ban đầu của robot trong chế tạo máy móc, thì ở trong các lĩnh vực khác như nông nghiệp, xây dựng, an ninh quốc phòng, chăm sóc sức khỏe… cũng đang có nhu cầu tăng tiến, tạo động lực cho các mô hình robot dịch vụ và robot địa hình phát triển.
Một số loại robot đang là tâm điểm trong thời gian vừa qua có thể kể đến như: - Cánh tay robot: Ứng dụng trong công nghiệp, y tế và hỗ trợ người tàn tật. - Robot di động: Xe tự vận hành trên mặt đất, robot tự vận hành dưới nước, robot tự vận hành trên không, robot vũ trụ. - Robot mô phỏng sinh học: Robot đi bộ, robot dáng người. 7 Mỹ là nước tập trung đầu tư hàng trăm tỷ USD cho phát triển hệ thống tác chiến tương lai trong đó robot quân sự hoạt động ở các địa hình trên cạn, dưới nước và trên không chiếm phần không nhỏ.
Với sự phát triển của xã hội và quá trình hiện đại hóa ở các nước G7 (Pháp, Đức, Italy, Nhật Bản, Mỹ, Anh và Canada) thì nhiều dịch vụ mới được hình thành làm thay đổi quan điểm về robot, từ robot phục vụ công nghiệp sang robot phục vụ cho các nhu cầu xã hội và nhu cầu cá nhân của con người. Tại Việt Nam, nghiên cứu phát triển robot đã có những bước tiến đáng kể trong 25 năm vừa qua. Nhiều đơn vị trên toàn quốc thực hiện các nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng về robot như Trung tâm Tự động hoá, Đại học Bách Khoa – ĐHQG HN & TPHCM, Viện Điện tử – Tin học – Tự động hoá thuộc Bộ Công nghiệp, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Viện Cơ học, Viện Công nghệ thông tin thuộc Viện KHCNVN,… Ngành công nghiệp robot tăng, kéo theo nhu cầu về nhân lực đáp ứng cho quy trình sản xuất robot cũng tăng theo. Để đáp ứng và xây dựng được một robot hoạt động tốt và hiệu quả, cần có nhưng kiến thức cơ bản về lập trình, cảm biến và động cơ, cũng như các kĩ năng thiết kế và vận hành hệ thống.
Thế hệ học sinh hiện nay đang là thế hệ cốt cán, cũng như cơ hội tiếp cận và học hỏi thuận lợi nhất cho công cuộc cải cách robot sau này. Chính lẽ đó, học sinh nên được tiếp cận với robot từ sớm để có thể xác định được phương hướng việc làm sau này, cũng như củng cố và nắm kiến thức một cách vững chắc. Từ nhu cầu đó, mô hình giáo dục STEM đã được xây dựng lên để thiết kế các bài học cho lứa tuổi học sinh. Trong đó, robot giáo dục STEM cũng đang là một mô hình mới giúp học sinh có thể tiếp cận và hiểu sâu sắc hơn về các bộ môn khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học.
Và thực hành với robot giáo dục STEM học sinh có thể học hỏi và trau dồi các kĩ năng lập trình, cơ khí, điện tử, thực nghiệm khoa học và nhiều kĩ năng khác. Tuy nhiên, vì đây là 1 mô hình giảng dạy mới, nên tài liệu tham khảo và các chương trình bài giảng của mô hình này chưa có nhiều. Chính vì thế mà robot giáo dục sẽ là đề tài nghiên cứu chính cho phần tìm hiểu và xây dựng các hoạt động cho robot của tôi trong khóa luận lần này. Hiện nay trên thị trường Việt Nam có rất nhiều chủng loại robot giáo dục khác nhau.
Sự khác nhau này đến từ việc công nghệ chế tạo robot đã được công bố rộng rãi nhưng do ưu thế về vật liệu hoặc ưu thế về lập trình vi mạch mà các sản phẩm của các 8 công ty này vô cùng phong phú chủng loại đáp ứng đa dạng mọi lứa tuổi và nhu cầu tìm hiểu về robot. Nếu xét theo tiêu chí lập trình được thì chúng ta có thể chia các robot giáo dục thành một 4 loại cấp bậc như sau: - Robot giáo dục không thể lập trình được ví dụ như Lego, Milo…. Là các loại robot dạng lắp ghép mảnh rời rạc. Chúng có các cơ cấu lắp ghép dạng phỏng theo lego cho phép các bạn nhỏ có thể lắp tùy ý tạo ra vô số loại hình robot khác nhau.
Cơ cấu hoạt động chính của robot hình thành trên cơ sở các khối động cơ. Sau khi lắp ghép, người chơi có thể kích hoạt bằng nút bấm để động cơ vận hành từ đó robot sẽ cử động. Loại này không thể lập trình thay đổi các hành vi. - Robot giáo dục có thể lập trình bằng các ngôn ngữ phỏng theo Scratch Junior là các loại robot có kết cấu đơn giản, có thể lắp ghép được.
Cách thức lập trình là sử dụng các thẻ bài được gắn vi mạch. Việc sắp xếp các thẻ một cách có ý thức, người chơi sẽ quyết định được hành vi của robot. Một đại diện tiêu biểu là robot mTiny. Loại này sử dụng ngôn ngữ đơn giản nên khó tùy chỉnh, hành vi thực hiện được không có nhiều lựa chọn.
- Robot giáo dục có thể lập trình bằng các ngôn ngữ phỏng Scrach hoặc Block là loại robot có kết cấu từ đơn giản đến phức tạp có thể lắp ghép hoặc compact. Một số ví dụ sẽ được đề cập tới ở phần sau. Loại này sử dụng ngôn ngữ lập trình Scrach hoặc Block là ngôn ngữ đã được đưa vào chương trình Tin học phổ thông 2018 và là ngôn ngữ phổ biến cho lứa tuổi 8 – 15 các trẻ trên thế giới. Có nhiều cuộc thi lập trình dành cho ngôn ngữ này.
Với ưu điểm lập trình có thể từ đơn giản tới phức tạp của Scratch nên loại robot này là trọng điểm nghiên cứu trong đề tài này. Hơn nữa, một số loại robot cấp bậc này có thể được lập trình bằng song ngữ với Python – một loại ngôn ngữ lập trình cũng rất phổ biến và sẽ được đưa vào chương trình Tin học phổ thông. - Robot lập trình bằng ngôn ngữ bậc cao C/C++ là loại robot tự lắp ghép từ các vi điều khiển hoặc các cảm biến rời rạc. Robot loại này không có thương hiệu cụ thể nhưng lại là đối tượng ưa thích của các bạn từ lứa tuổi 15 – 20 do có khả năng tùy biến cao.
Ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ cùng với khả năng lắp ghép vô hạn các linh kiện sẽ liên tiếp tạo ra những thách thức mới để có thể chinh phục đối với người học. Nhược điểm 9 của loại này là người học cần thành thạo ngôn ngữ lập trình C/C++ là loại rất kén người học.