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【翻轉教育】從蜘蛛機器人談啟發教育

作者:蔡幸純

機器人一直是許多Maker都非常感興趣的題材之一,而除了挑戰人型機器人的擬人化動作及智慧能力外,仿生(模仿生物)機器人也是很有趣的領域,有人做出會飛的鳥型機器人、有人做出可以爬行的蛇型機器人,更有人做出可以跳妖怪手錶的蜘蛛機器人(Spider Robot)。

事實上,想組裝並操控一隻蜘蛛機器人,背後有著太多的學問:開發者需先做出「像」蜘蛛又能運動的仿生結構,再賦與它受控制的機電系統,並撰寫動作程式指令,才有機會做出一雙活靈活現的蜘蛛。若要讓它更討喜,還得為蜘蛛加層皮(外觀設計);若想降低使用者設定蜘蛛動作的門檻,則要在軟體介面的友善性上再下一番功夫。

以上,都是學問,也就是說,學著去做一隻自己的蜘蛛機器人,可以學到很多東西。我們且來聽聽Bridan Wang和Michael Huang兩位PRO Maker談談「做蜘蛛」 的學問,以及「學習蜘蛛」的門道。

Bridan帶至現場的蜘蛛機器人

Bridan團隊開發的6×2 RWG蜘蛛機器人

學習不設限,永遠保持好奇心

Bridan從學生時代就是好奇寶寶,喜歡數學、喜歡程式創作,目前經營的研發養成所部落格,文章已累積600多篇!

具有深厚電子產品知識背景的Bridan同時也是業餘數學、天文、機器人與桌遊愛好者,興趣廣泛,喜愛閱讀以及研究新奇事物。

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RWG Spider緣起說明

來點不一樣的!RWG從教育出發,搭載學生創意

RWG Spider (Robot Wolf Group給氣狼)正是機器人的閩南語發音。RWG 起源於Bridan與Pizg透過網誌相識,Pizg擅長機構設計,Bridan則是程式高手,兩人決定協力做出與眾不同的機器人。

「現在的機器人五花八門,但是做仿生的人不多,我們想做點不一樣的,所以設計結構簡單的機器人教具,方便學生搭載自己的想法。」Bridan興致勃勃地說道。

RWG Spider材料清單

RWG Spider材料清單

RWG Spider VS Regis Spider 蜘蛛比一比

社群中另一位PRO Maker-Regis Hsu所開發的Spider,採用四隻腳搭配三關節,相較之下,RWG Spider則是四隻或六隻腳搭配兩關節。Bridan謙虛表示自己很佩服Regis的Spider連電路都用心自製,RWG Spider則以市面上較易取得的電子材料進行組裝。

RWG Spider與Regis Spider差異RWG Spider與Regis Spider差異

考量要將RWG Spider推廣到教育單位,Bridan選擇2D雷切木板當作機器人主體結構,既方便備料又容易組裝,如果採用3DP,不是不行,但對入門Maker來說有些難度並且列印太耗時間。

ROSA以人為本,專利奉獻教育

ROSA是Bridan一手開發出來的作業系統,全名是Robot Operation System for Arduino 。Bridan和Pizg發現使用者寫機器人控制程式時,經常面臨邏輯複雜的程式碼,於是研發ROSA把程式簡化,不僅使用者容易上手,也能依自己習慣的方式來設計,大幅降低成本與時間。

ROSA的專利技術ROSA的技術架構圖

ROSA兩種有無專利的版本,皆免費開放給Arduino學習者與各級學校無償使用。Bridan說:「起初只是一個單純想讓機器人程式更方便撰寫的想法,無意間造就可多元應用的ROSA誕生。」他希望ROSA不僅幫助使用者,也促進機器人教育推廣。

大學時期累積機器人「教」與「學」的經驗

從消費性角度來看,沒有外觀設計的RWG Spider還很難推到市場,但就教育訴求來說,這些易得性的套件及開發環境,已經相當到位,所差的只是給它一個「用武」之地,而Michael Huang即是RWG Spider的教育推手。

Michael在美國就讀大學時,第一次接觸機器手臂「Foam Delta Writer」,它能藉由數值操控來移動三軸寫字,讓Michael大感驚奇。後來跟著建築系教授一起做「The Asclepius Machine」,這個殘障坡道具有創新設計,能與坐輪椅的身障朋友互動,隨時轉換坡道方向,使殘障坡道不再只是冰冷僵硬的一個角落。

這些經驗讓他深刻體會到啟發教育的重要性,回台之後全心投入科學教案教材的開發與教學,把重點放在循序漸進引導學生思考動作的邏輯,並從中看到台灣教育體制的問題,以及建立一套全新教育路徑的必要性。

Michael學生時期的機器人教學經驗

Michael學生時期的機器人教學經驗

屏東縣政府主辦的機器人划龍舟比賽(利用數值操控)

屏東縣政府主辦的機器人划龍舟比賽(利用數值操控)

蜘蛛機器營接力精神:釐清問題與目標

同為Maker社群的活躍份子,Michael與Bridan及Pizg早就在網路上開始交流,並將RWG Spider導入教育現場。今年暑假他的公司為學子舉辦了多場蜘蛛機器營,這是一個做仿生蜘蛛-四足機器人的營隊,參加者主要為青少年,希望能透過蜘蛛機器人的實作來啟發學生的創造力與想像力,並且訓練手腦並用的能力。

Michael強調蜘蛛機器營的核心精神並非要學生做出全新的蜘蛛或程式,而是讓學生釐清問題與目標。營隊的終極考驗是接力比賽,每隻蜘蛛必須移動到指定地點。

「我要求蜘蛛要能移動過去,卻沒教他們用什麼形式移動。最後所有蜘蛛至少都能動起來,大家都辦到了!」Michael笑著說。

蜘蛛機器營各小組的作品

蜘蛛機器營各小組的作品

該給學生魚還是釣竿?教育問題是20年後的經濟問題

Michael將教育用釣魚來比喻,學生的收穫與發展端看老師給予什麼。魚代表知識而釣竿代表態度,給魚的結果是學生直接吸收知識,教育路徑就像走捷徑,效率高,但是學生以後遇到沒學過的問題就不會作答;給釣竿的結果則是學生學習求學態度,教育路徑顛簸,難實行,但是學生以後遇到各種問題能有不同方向的答案。

「教育問題是20年後的經濟問題,因為現在如何教育孩子,將影響孩子長大後如何影響經濟。」Michael認為教育是一門高度差異化的localized global business,必須注重個體差異和區域文化,就像Maker由下而上牽動整體製造業的發展,教育也應該落實Bottom-Up,未來才有機會形成一個Eco-System。

該給孩子魚還是釣竿?教育發展分析示意圖

該給孩子魚還是釣竿?教育發展分析示意圖

蜘蛛機器人一步一腳印,慢慢翻轉教育

Bridan和Michae l都熱心投注蜘蛛機器人教學,也在教學過程中看見教育的瓶頸,因此Bridan研發易用的開發環境,希望提供資源讓學生動手把想像化為實體;Michael用新穎的方式引導學生掌握問題的關鍵,從學生臉上露出笑容而感到開心。

除了蜘蛛機器人,社會上還有很多熱心、無私的朋友透過不同方式埋下翻轉教育的種子,但是唯有大家的認同與持續努力,翻轉教育的種子才有機會萌芽茁壯。

(本文題材來自2016/08/25 Maker Hatch Night 主題【從蜘蛛機器人談起發教育】」邀請「研發養成所」的Bridan與「輕鬆動手」的Michael各自分享從蜘蛛機器人的教學經驗中,所獲得有關教育的啟發與思考。)

延伸閱讀

研發養成所部落格

輕鬆動手

演講影片:

【Maker Hatch Night】從蜘蛛機器人談啟發教育-EP1

【Maker Hatch Night】從蜘蛛機器人談啟發教育-EP2

蔡幸純

蔡幸純

生活有時候並不像電影情節那麼浪漫,人生只有一次,無法倒帶。
所以能清楚知道自己的夢想是件很重要的事,而能去實踐夢想是件幸福的事。
蔡幸純

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3 Comments

  1. 你好,我們是精誠中學科學實驗班的同學。我們的研究題目是仿生蜘蛛機器人 我們想要請教一些技術方面的問題,請問方便提供我們進一步的探討及提問嗎?

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    • 振宇你好,請用FB訊息和RWG Spider作者Bridan直接聯絡:https://www.facebook.com/bridan.wang?fref=ts

      或Michael:https://www.facebook.com/gcmichael8044?fref=ts

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    • 振宇,不好意思,回覆晚了,請問有什麼問題嗎?你可直接和Michael聯繫:https://www.facebook.com/gcmichael8044?fref=ts

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