Objetivos (10 - 15 minutos)

Os alunos devem ser capazes de:

• Compreender e descrever a importância e aplicação da Robótica de Exploração, identificando os principais desafios e oportunidades nesta área. (5 minutos)
• Identificar as principais competências necessárias para trabalhar na área de Robótica de Exploração, incluindo a compreensão básica da robótica, programação, técnicas de sensoriamento e percepção, engenharia de sistemas, análise e design de sistemas robóticos e conhecimento de leis e normas éticas. (5 minutos)
• Compreender a necessidade de estudo do ambiente-alvo, a importância da resolução de problemas e do pensamento crítico em Robótica de Exploração. (5 minutos)

Objetivos secundários:

• Incentivar o pensamento crítico e analítico sobre o futuro da Robótica de Exploração e seu impacto na sociedade e no ambiente. (2-3 minutos)
• Fomentar a discussão sobre as considerações éticas e legais da Robótica de Exploração. (2-3 minutos)

Introdução (20 - 25 minutos)

• Revisão dos conceitos importantes da aula anterior sobre "Robótica de Resgate" e como eles se relacionam com a Robótica de Exploração. Isso inclui a revisão de princípios-chave da robótica, como programação, sensores e atuadores, e planejamento de movimento. (5 minutos)

• Apresentação de duas situações-problema que servirão como ponto de partida para a discussão em sala de aula:

  1. "Imagine que você é um cientista tentando estudar o habitat de vida marinha em profundidades oceânicas onde a pressão é tão alta que mergulhadores humanos não podem sobreviver. Como você usaria a robótica para ajudá-lo nessa exploração?" (5 minutos)

  2. "Considere que você é um engenheiro de robótica trabalhando para a NASA. Você precisa projetar um robô para explorar a superfície de Marte, um ambiente que é muito perigoso e inóspito para os humanos. Quais seriam suas principais considerações ao projetar esse robô?" (5 minutos)

• Discussão sobre a importância da Robótica de Exploração, com exemplos de suas aplicações na exploração espacial, estudo dos oceanos, pesquisa em ambientes extremos e inacessíveis, etc. Isso servirá para contextualizar o conteúdo e enfatizar sua relevância. (5 minutos)

• Introdução do tópico com algumas curiosidades e histórias interessantes sobre a Robótica de Exploração:

  1. "Você sabia que o robô explorador mais famoso é provavelmente o Rover da Mars Exploration da NASA, que tem explorado a superfície de Marte desde 2004?" (2-3 minutos)

  2. "E que tal o fato de que a Robótica de Exploração pode ser usada não apenas para explorar outros planetas, mas também para entender melhor nosso próprio planeta? Por exemplo, robôs subaquáticos são usados para estudar o fundo do mar, um lugar que é mais desconhecido para nós do que a superfície da lua!" (2-3 minutos)

Desenvolvimento (60 - 65 minutos)

• Revisão de Conceitos Fundamentais da Robótica: Revisar as bases da robótica, como controle de robôs, sensores e atuadores, mecânica de robôs e algoritmos de movimento. (10 minutos)

• Introdução ao Robô Autônomo e Sistemas Autônomos: Explicar o que é um robô autônomo e a importância dos sistemas autônomos. Discussão sobre o planejamento de caminhos, tomada de decisões autônomas, sensoriamento autônomo e técnicas de aprendizado de máquina. (10 minutos)

• Análise e Design de Sistemas Robóticos: Introduzir o processo de análise e design de sistemas robóticos. Explicar a seleção e design de componentes adequados para um robô, tais como motores, sensores, sistemas de energia, e estruturas mecânicas. (10 minutos)

• Atividade Prática 1 - Programação de Robôs: Os alunos farão uma atividade prática simples usando um simulador de robôs online (como o "RobotStudio" ou "Tinkercad"). Eles terão a tarefa de programar um robô para mover-se em um ambiente simulado, com o objetivo de familiarizá-los com as linguagens de programação relevantes e as técnicas de programação específicas para robôs. (15 minutos)

  • Materiais Necessários: Computadores com acesso à internet e ao simulador de robôs online.

• Introdução às Técnicas de Sensoriamento e Percepção: Discussão sobre como os robôs de exploração usam uma variedade de sensores para perceber o mundo ao seu redor, e como esses sensores são usados para navegação e tomada de decisões. (10 minutos)

• Atividade Prática 2 - Experimentando com Sensores: Usando kits de robótica (como LEGO Mindstorms ou similares), os alunos terão a oportunidade de experimentar com diferentes tipos de sensores, como sensores de toque, luz, som e ultrassom, e entender como eles podem ser usados em robótica de exploração. (15 minutos)

  • Materiais Necessários: Kits de robótica com uma variedade de sensores.

• Discussão sobre Engenharia de Sistemas e Estudo do Ambiente-alvo: Explicar a importância da engenharia de sistemas na construção de um robô de exploração e discutir a necessidade do estudo do ambiente-alvo para formular estratégias de exploração e design eficazes. (10 minutos)

• Resolução de Problemas e Pensamento Crítico: Encorajar os alunos a pensar criticamente sobre os desafios da robótica de exploração, e discutir como a resolução de problemas é uma parte crucial do processo. (5 minutos)

• Discussão sobre Leis e Normas Éticas: Introduzir as leis e normas éticas relevantes na exploração robótica, e encorajar a discussão sobre as implicações éticas e legais da exploração robótica. (5 minutos)

Retorno (5 - 10 minutos)

• Revisão de Conceitos Aprendidos: Verificar o que foi aprendido por meio de um exercício de revisão em grupo. Cada equipe de alunos deve apresentar uma breve descrição de um conceito ou tópico discutido na aula de hoje, explicando como esse conceito se aplica à Robótica de Exploração. (3 minutos)
• Atividade de Reflexão Individual: Pedir aos alunos que escrevam em um papel respostas para as seguintes perguntas dentro de um minuto:
  1. "Qual foi o conceito mais importante que você aprendeu hoje?"
  2. "Quais questões ainda não foram respondidas?" (2 minutos)
• Discussão aberta: Ter uma breve discussão aberta com base nas respostas dos alunos à atividade de reflexão individual. Isso ajudará a identificar quaisquer áreas que possam precisar de mais revisão ou esclarecimento na próxima aula. (3 minutos)
• Tarefa de Casa: Sugerir uma lista de exercícios sobre o tópico apresentado em sala de aula para que os alunos resolvam em casa. Esses exercícios devem ser projetados para reforçar os conceitos aprendidos na aula e ajudar os alunos a desenvolver suas habilidades de pensamento crítico e resolução de problemas. (2 minutos)

Conclusão (10 - 15 minutos)

• Resumo do Conteúdo: Recapitulação dos principais pontos discutidos durante a aula, revisando os princípios fundamentais da robótica, a importância dos sistemas autônomos, as técnicas de análise e design de sistemas robóticos, a programação e sensoriamento em robôs, a importância do estudo do ambiente-alvo, a resolução de problemas e o pensamento crítico, e as leis e normas éticas aplicáveis à robótica de exploração. (5 minutos)

• Conexão entre Teoria e Prática: Reafirmar a importância de entender a teoria por trás da robótica de exploração e como ela é aplicada na prática, através das atividades práticas realizadas durante a aula. Destacar como esses conceitos se aplicam na vida real, com exemplos de robôs de exploração atuais e potenciais aplicações futuras. (3 minutos)

• Materiais Complementares: Sugerir materiais adicionais para os alunos que desejam aprofundar seus conhecimentos sobre a robótica de exploração. Isso pode incluir livros, artigos científicos, vídeos de palestras, documentários, e sites de organizações relevantes, como a NASA e a Sociedade de Robótica. (2 minutos)

• Relevância do Conteúdo: Concluir a aula destacando a importância da robótica de exploração na sociedade atual e futura. Discutir como a robótica de exploração está permitindo novas descobertas e avanços na ciência, desde a exploração do fundo do mar até a busca por vida em outros planetas. Enfatizar a importância de desenvolver habilidades em robótica e pensamento crítico para enfrentar os desafios e oportunidades futuras nesta área. (5 minutos)