Dando sentidos ao robô

Leia valores reais de sensores, encontre limiares e calibre um robô para poder confiar no que ele percebe.

70 a 85 minutos

Ideias principais

Quatro sentidos que um robô pode ter

Um robô percebe o mundo por meio de sensores. Quatro dos mais comuns são o sensor de toque (está sendo pressionado?), o de distância (a que distância está a coisa mais próxima?), o de luz (o quanto está claro?) e o de cor (de que cor é a superfície?).

Uma leitura é um número, não um sim ou um não

A maioria dos sensores não diz só "sim" ou "não": eles dão um número chamado leitura do sensor. Um sensor de distância pode marcar 12 centímetros; um de luz pode marcar um brilho de 47.

Um limiar transforma números em decisões

Um limiar é um número de corte que você escolhe para separar dois casos. Se você escolher 15 centímetros, qualquer leitura abaixo de 15 quer dizer "perto" e qualquer leitura acima de 15 quer dizer "longe".

Limites de detecção: todo sensor tem um alcance

Nenhum sensor consegue perceber tudo. Um sensor de distância para de funcionar além de certo alcance: ele pode ler bem até uns 2 metros e dar besteira depois disso. Esse ponto mais distante em que ele ainda percebe é o limite de detecção dele.

Ruído: por que uma leitura só não basta

Aponte um sensor de distância para uma parede que não se mexe e leia várias vezes. Você pode obter 30, 31, 30, 29, 31: o número oscila um pouco mesmo sem nada ter mudado. Essa oscilação se chama ruído.

Calibração e confiabilidade

Calibrar quer dizer conferir ou ajustar um sensor para as leituras dele ficarem corretas nesta sala e com este robô. Um sensor de luz lê diferente numa sala ensolarada e numa sala escura, então o mesmo limiar não funciona em todo lugar: você o calibra para a sala em que está.

Palavras para conhecer

Sensor de toque:: Um sensor que indica se está sendo pressionado ou não, como um botão ou um para-choque.
Sensor de distância:: Um sensor que mede a que distância está o objeto mais próximo, normalmente em centímetros.
Sensor de luz:: Um sensor que mede o quanto está claro ou escuro, dando um número maior quando há bastante luz.
Sensor de cor:: Um sensor que lê a cor da superfície bem à frente dele, como vermelho, azul ou branco.
Leitura do sensor:: O número que um sensor dá num certo momento, como 20 centímetros ou um brilho de 47.
Limiar:: Um número de corte que você escolhe e que separa dois casos, como "mais perto do que 15 cm quer dizer perto".
Limite de detecção:: O ponto a partir do qual um sensor não consegue mais perceber, como um sensor de distância que não lê além de uns 2 metros.
Calibração:: Ajustar ou conferir um sensor para as leituras dele ficarem corretas nesta sala e com este robô.
Ruído:: Pequenas oscilações numa leitura mesmo quando nada muda, e é por isso que se tiram várias leituras.
Confiabilidade:: O quanto você pode confiar que um sensor vai dar a mesma leitura correta toda vez.
Tentativa:: Uma única medição dentro de um teste; normalmente se fazem várias tentativas e se comparam.
Linha de base:: Uma leitura inicial que você tira numa condição conhecida e estável, para comparar as outras leituras com ela.

A sua atividade

Laboratório de investigação de sensores

Objetivo: Medir como a leitura de um sensor muda conforme uma condição muda, e encontrar um limiar que separe bem dois casos.

Escolha uma condição para mudar passo a passo (a distância até uma parede, o brilho ou a cor da superfície) e leia o sensor a cada passo.
Anote cada leitura no registro. Depois olhe os números e escolha um limiar: um valor de corte que separe "perto de longe" ou "claro de escuro".
Lembre-se: nesta semana o robô só lê e relata. Quem decide o que os números significam é você.

Escreva o que aconteceu:

Desafio de calibração e limiar

Objetivo: Lidar com o ruído tirando várias leituras e depois calibrar um limiar de claro ou escuro (ou perto ou longe) que funcione de forma confiável nesta sala.

Escolha uma condição estável e tire várias leituras da mesma coisa sem mudar nada; repare o quanto o número oscila. Essa oscilação é o ruído.
Tire uma leitura numa condição claramente "baixa" e outra numa claramente "alta" (escuro x claro, ou perto x longe). Coloque o seu limiar no meio, para ele separar bem os dois.
Teste o seu limiar: confira se as leituras da condição baixa caem de um lado e as da condição alta do outro. Se não caírem, ajuste: isso é calibrar.

Escreva o que aconteceu:

Preveja

Escreva o seu palpite antes de testar.

Antes de medir: se um sensor de distância marca 20 cm quando a parede está a 20 cm, o que você prevê que ele vai marcar quando você levar a parede para 40 cm? Um número maior ou menor, e mais ou menos qual?

Preveja: se você ler a mesma parede parada cinco vezes seguidas, vai obter exatamente o mesmo número toda vez?

Teste e registre

Tabela de distância x leitura

Coloque a parede (ou ajuste a condição) em cada distância da lista, tire a leitura do sensor e anote o número. Se oscilar, use a do meio de três leituras.

Registre: A leitura do sensor em cada distância definida, e se você a chamaria de perto ou longe

Distância definida (cm)	Leitura do sensor	Perto ou longe?

Verificação de ruído em três tentativas

Escolha uma condição e não mude nada. Leia o sensor três vezes seguidas e anote cada leitura para ver o quanto ela oscila.

Registre: O quanto a leitura muda entre tentativas quando nada está mudando (o ruído)

Tentativa	Leitura do sensor	Diferença em relação à tentativa 1

Verificação de aprendizagem

Responda cada pergunta. Nas de múltipla escolha, circule a melhor resposta.

Ligue cada sensor ao que ele mede.
Sensor de distância
Sensor de luz
Sensor de toque
Sensor de cor
A que distância uma coisa está
O quanto está claro
Se alguma coisa está pressionada
De que cor é uma superfície
(Draw a line from each item on the left to its match on the right.)
Com as suas palavras, o que é um limiar de sensor?
O que é uma leitura de sensor?
- A.O número que um sensor dá num certo momento
- B.O nome do sensor
- C.A cor do robô
- D.Um comando que move o robô
Um sensor de distância marca 30 cm diante de uma parede e 12 cm diante de uma parede mais próxima. O que isso mostra sobre como a leitura funciona?
- A.A leitura aumenta quando as coisas se aproximam
- B.A leitura diminui quando as coisas se aproximam
- C.A leitura é aleatória e não quer dizer nada
- D.O sensor está quebrado
Você quer que o robô trate como "perto" tudo o que estiver a menos de 15 cm. Como se chama esse número 15?
- A.Um limite de detecção
- B.Ruído
- C.Um limiar
- D.Um atuador
Você lê a mesma parede parada cinco vezes e obtém 30, 31, 30, 29, 31. Por que os números oscilam?
- A.A parede fica se mexendo
- B.Por causa do ruído, então você tira várias leituras
- C.O limiar está errado
- D.A bateria do sensor acabou
O seu limiar de claro ou escuro funcionou na sala de aula, mas falha numa sala ensolarada. O que você deve fazer?
- A.Desistir: sensores de luz não funcionam fora
- B.Calibrar o sensor para a sala nova e definir um limiar novo
- C.Fazer o robô andar mais rápido
- D.Acrescentar mais rodas

Refletir

Quando o seu sensor deu uma leitura inesperada, e o que pode ter causado isso?

Você leu um objeto parado várias vezes e obteve números um pouco diferentes. Por que isso acontece, e o que você fez a respeito?

Por que um robô que percebe perfeitamente numa sala pode precisar ser calibrado de novo em outra sala?