Robotter der hjælper under katastrofer

2 undervisningsforløb for henholdsvis 8-9 klassetrin samt 4-7 klassetrin.

Et undervisningsmateriale der tager udgangspunkt i HBO´s serie Chernobyl. Forløbet kan bruges selvstændigt i forbindelse med Teknologiforståelse i folkeskolen, eller bruges som input til et fællesfagligt forløb i Strålingens indvirkning på levende organismer, eller som forløbet Stof og energi i natur og teknologi.

Undervisningsmaterialet er her tænkt som en måde at få elevernes modelleringskompetence, samt perspektiveringskompetence i spil i det faglige forløb.

Materialer til forløbet:

  • Fable Spin
  • Fable Joint
  • Hub (dongle)
  • Passive moduler
  • Accessories
  • Computer med Fable Blockly installeret
  • Evt. smartphone med Fable Face installeret
  • Webcam
  • LEGO og pap eller lignende, som dels kan være forhindringer og dels kan være “grafit”-murbrokker
  • Evt. 3D-printer eller lasercutter til lave prototyper.

(Hvis I ønsker at bruge forløbet selvstændigt, kan I med fordel udvælge enkelte dele af lektionsplanerne)

Katastrofen!

Lørdag den 26. april 1986 eksploderede en reaktor på atomkraftværket ved byen Tjernobyl i det daværende Sovjetunionen. Det blev den værste atomkraftulykke nogensinde. Radioaktiv forurening kostede mange liv, og i årene efter steg forekomsten af kræft i skjoldbruskkirtlen markant. Befolkningen i området omkring Tjernobyl i det nuværende Ukraine og i nabolande som Hviderusland lever fortsat med angsten for eftervirkningerne. Også i Skandinavien skabte Tjernobyl-ulykken panik og blev en vigtig brik i 1980ernes kampagne imod atomkraft.

I HBOs nye serie, Chernobyl følger man begivenhederne omkring atomulykken i Tjernobyl i 1986. 

I 4. afsnit vil de indkapsle den eksploderede kerne, men for at gøre det, skal de have fjernet  den grafit der ligger i vejen for indkapslingen af den ødelagte atomkerne, som har forårsaget ulykken.

Det er meget farligt for mennesker at klare opgaven, idet strålingsfaren er så ekstrem at mennesker risikerer at dø, selv ved meget kort tids ophold i området.

De forsøger derfor med robotter. Disse robotter kan fjernstyres og ved hjælp af et kamera monteret på robotten, kan man se hvor robotten er.

Lektioner Hvad gør læreren Hvad gør eleverne
1 Lektion Lærer laver et oplæg omkring modellering og undersøgelse. Ex

  • Hvilke typer modellering findes. Verbale modeller, konkrete modeller, interaktive modeller mm.
  • Hvad skal der til for at lave en undersøgelse. Tese, observationer, konklusion. 

Der tales om hvordan vi opnår de forskellige mål.

Eleverne følger med.

Elever følger med, deltager i debat med egne tanker og erfaringer.

2. lektion  Der vises klip fra De olympiske robot lege og Atomkraftkatastrofen i Fukushima. Der tales om hvilke faremomenter og problemer der opstår i sådan en situation. Eleverne følger med. Deltager med tanker omkring løsninger og faremomenter 
3-5 Lektion Eleverne får udleveret opgave 1

I skal bygge og programmere en Fable robot, så den kan fjernstyres og fjerne forhindringer der ligger på gulvet. 

Styr fx robotten ved hjælp af tastaturet.

(Lærer fungerer her som vejleder)

(Lærer kommer med et benspænd i form af opgave 2. Der laves et kort oplæg omkring benspændet med perspektiv til De olympiske robot lege og Atomkraftkatastrofen i Fukushima)

Opgave 2: 

Udfordring: I kan ikke længere se hvor robotten befinder sig, andet end via et kamera (webcam), som I skal montere på robotten. I skal nu navigere jeres Fable-robot med denne udfordring (hvor I kun må “kigge” igennem kameraet på robotten).

Eleverne går i gang med at skabe et mindmap over hvad de vil have robotten skal.

Eleverne går i gang med at programmere

Eleverne perspektiverer til De olympiske robot lege og Atomkraftkatastrofen i Fukushima 

De eksperimenterer med at fastgøre webcam. De programmerer videre. 

6-7 lektion Konkurrence.

Opgave 3.

En måde at få robotten til at “klare den”, er hvis den er inde i området i kort tid. Idet den godt kan modstå strålingen, i en kortere periode. 

I skal derfor igen forsøge at løse opgaven med at fjerne atomaffald (grafit) fra området, men denne gang skal I gøre det på under 3 min.

Prøv at løse opgaven hvor I godt må kigge hvor robotten er, og så hvor I kun må kigge via kamera.

(Lærer er i denne fase passiv, med mindre der er grupper der virkelig går i stå i processen.)

Elever øver og optimerer. Viser derefter hvordan de vil løse opgaven i plenum.

Hvis man nu havde løst strålingsudfordringen, ville der stadig være en masse andre udfordringer.

Selve katastrofeområdet er som regel meget ufremkommeligt, og derfor er det svært for en robot, der er specialbygget til én bestemt type opgave. Mange af opgaverne inde i området, vil være meget forskelligartede.

En konstruktionsløsning man har forsøgt sig med, er humanoide robotter. Grunden er, at mange af de ting man skulle have robotterne til at løse var opgavetyper, som ville være nemmest at få mennesker til (men de kunne i sagens natur ikke være der).

Hvis der havde fandtes robotter, der kunne løse de udfordringer der var i værket, havde de kunnet løse udfordringerne inden for de første kritiske 24 timer, og katastrofen kunne have været undgået.

Fukushimaulykken har fået robotfirmaer verden over til at fokusere mere på at bygge robotter, der kan hjælpe i katastrofesituationer. 

En enhed under det amerikanske militær, DARPA har oprettet en robotkonkurrence, hvor forskellige robotfirmaer og forskningsenheder kan deltage.

Konkurrencen består af 8 udfordringer:

  1. Køre et køretøj hen til et katastrofeområde
  2. Gå henover murbrokker
  3. Fjern forhindringer
  4. Åbne døre
  5. Brug af værktøj til at bryde fx døre ned
  6. Klatre på stiger 
  7. Dreje ventiler
  8. Reparere forskellige ting med værktøj

Humanoide robotter 

8+9 Lektion eller 

1-3 Lektion med en yngre klasse.

Læreren og elever samarbejder, læreren går i dette forløb ind og er energiudvikler i gruppen.

Der skal laves en padlet eller mindmap over hvilke krav en humanoid robot skal kunne opfylde, for at løse forskellige opgaver i forbindelse med en katastrofe. 

Opstil en liste med bud på løsninger og udfordringer. 

Eleverne går i gang med at bygge og programmere en Fable-robot til at kunne løse nogle af udfordringerne. De må gerne fjernstyre robotten, samt beskrive hvad ville have fået Fable til at kunne, hvis det var muligt (fx at gå på 2 ben, hvis dette ville være en ideel løsning).

Under Tjernobyl-ulykken fandtes der ikke robotter der kunne modstå strålingsfaren, i lang tid nok (eller man ville ikke bede verdenssamfundet om hjælp). Man endte derfor med at bruge mennesker (med dertilhørende strålingsfare).

Men hvis man skulle have brugt robotter, ville det være robotter der kunne komme henover eller uden om forhindringer. Dvs den skal være rimelig terrængående. I tilfældet fra Tjernobyl skal robotten kunne flytte eller skubbe “murbrokker” af grafit ud over en kant, således at man senere kan indkapsle det meget radioaktive grafit, og forhindre yderligere skade.

4-6 Lektion med yngre klasse Lærer og elever samarbejder stadig, der kan evt. udpeges en lille ingeniørgruppe som kan rådgive og idégenere blandt gruppen.

Der skal bygges og programmeres en Fable-robot, der kan køre henover “murbrokker” og andre forhindringer, og samle grafit-blokke op og køre dem i depot eller ud over en kant.

Robotten må gerne fjernstyres, men der er kun 3 minutter til at løse opgaven. Det vil ca. være så lang tid robotten kan modstå strålingen, uden at gå i stykker.

Prøv flere gange, og se om I kan forbedre jeres konstruktion.

Selvstyrende robotter

I alle de forløb vi tidligere har arbejdet med, har det været robotter der bliver styret af mennesker, men hvad nu hvis robotten skal kunne operere og træffe beslutninger. Dette kan gøres via sensorer. 

Fable Spin har også sensorer:

Farvesensor

Lyssensor

Afstandssensor

Infrarød sensor

Desuden kan kameraet, som er monteret på robotten, også reagere som en sensor, fx kan det bruges til at detektere farve

10-12 lektion.

7+10 Lektion for yngre klasse

Lærer og elever samarbejder stadig, lærer kan evt. deltage sammen med grupper der ikke fungerer helt optimalt. 

Målet er at konstruere en robot der vha. en sensor i Fable Spin kan detektere om en given forhindring er grafit, der skal fjernes, eller bare er en forhindring som robotten skal udenom eller henover. 

En løsning kunne fx være, at sige at en bestemt farve LEGO-klodser er grafit, og alle andre farver er almindelige murbrokker.

Prøv flere gange, og se om I kan forbedre jeres programmering.

I kan udvide jeres programmering til at benytte flere sensorer, således at robotten fx både bruger farvesensoren og afstandssensoren og man kunne også forestille sig, at den reagerede på lyd. Husk at man kan tilføje flere “ellers hvis” under “hvis”-blokken:

I kan evt. også koble en smartphone til jeres robot og bruge Fable Face. Fra app’en kan man også tilgå nogle af de sensorer, der er i telefonen. Fx kan den bruge accelerometeret. Udforsk hvilke sensorer, man kan bruge og prøv en (eller flere) af dem

Når I er færdige med forløbet med at programmere katastroferobotter, kan I evt. demonstrere jeres løsning for de andre klasser eller ved forældrearrangement. I skal desuden fremlægge jeres overvejelser omkring hvordan I ville løse udfordringerne, samt hvordan I mener en katastroferobot skal være konstrueret, hvilke egenskaber den skal have osv. Prøv evt. at se hvordan det passer ind i FN´s verdensmål!

Klassetrin: Enten 4.-7. klassetrin eller 8.-9. klasse 

Fag: Enten som fællesfagligt fokusområde i naturfag eller i natur- og teknologi, samt teknologiforståelse

Dokumenter

Ressourcer

mitcfu.dk søges på:

  • Byggeriet af Tjernobyls nye kæmpe sarkofag.
  • De Olympiske Robot Lege 2015
  • Atomkraftkatastrofen i Fukushima.
  • A-kraft til tælling

faktalink.dk søges på:

  • Tjernobyl-ulykken

Andre ressourcer:

www.youtube.com

FN´s Verdensmål

Seneste lndlæg

Want to stay in the loop?
Sign up to our Newsletter

We value your privacy. We never send you any spam or pass your information onto 3rd parties.