Merekayasa masa depan dengan robotika

Kembali ke masa kuliah Anda, jika instruktur Anda berkata, “Mari kita belajar tentang teori kontrol modulasi lebar-pulsa; buka halaman 1.453 di buku teks Anda,” Anda bisa melakukannya, dan Anda mungkin akan mempelajari teorinya. Tetapi bagaimana jika instruktur Anda berkata, "Mari kita belajar tentang teori modulasi lebar pulsa dengan memindahkan robot dari satu ujung labirin ini ke ujung yang lain secepat mungkin." Opsi mana yang akan Anda pilih?

Saya akan memilih robot dan labirin setiap hari. Dan itulah yang saya lakukan. Dua tahun lalu, saya membantu Texas Instruments mengembangkan seri kit robotika untuk ruang kelas universitas yang disebut Kit Pembelajaran Sistem Robotika TI (TI-RSLK), yang bertujuan untuk mengajarkan Sistem dan Aplikasi Tertanam, kursus sarjana yang umum di sebagian besar kurikulum teknik listrik dan komputer.

Tujuan kit pembelajaran TI-RSLK adalah untuk memberikan pengalaman langsung sambil mengembangkan kemahiran dalam mengintegrasikan komponen perangkat keras dan perangkat lunak yang membentuk sistem elektronik apa pun.

Sementara dalam proses mengembangkan kit, saya bertanya-tanya apakah mungkin untuk melakukan pekerjaan yang lebih baik dalam menjelaskan sistem yang kompleks dan konsep rekayasa dengan cara yang dapat membuat siswa bersemangat untuk belajar dan mengeksplorasi – bahkan mungkin membantu mereka menghubungkan teori yang dipelajari di kelas ke pengalaman praktis. Bisakah saya melakukannya dengan cara yang menyenangkan dan interaktif?

Kit terbaru dilengkapi dengan kit pengembangan mikrokontroler LaunchPad™ SimpleLink™ MSP432P401R, sensor garis inframerah dan bump, papan sasis TI-RSLK, kurikulum komprehensif gratis yang dipecah menjadi 20 modul (termasuk kode startup, aktivitas langsung, dan lab) dan lainnya.

Dengan TI-RSLK, siswa mempelajari konsep dasar teknik dengan membangun dan kemudian menguji robot yang dapat menyelesaikan tugas atau tantangan yang kompleks – mulai dari menjelajahi labirin (Gambar 1), balapan secara mandiri, hingga menemukan objek, menavigasi melalui rintangan atau mengikuti sebuah garis. Selain itu, siswa dapat menjelajahi konsep yang lebih maju seperti memahami protokol komunikasi Wi-Fi® sambil mengerjakan tantangan yang mencakup komunikasi robot-ke-robot, atau mengendalikan robot melalui Wi-Fi dan bahkan Bluetooth®.

Gambar 1:Seorang mahasiswa teknik menguji TI-RSLK di labirin (Sumber:Texas Instruments)

Tim Universitas TI memiliki kesempatan untuk bekerja bahu-membahu dengan Jon Valvano, seorang pendidik sistem tertanam lama di University of Texas, untuk mengembangkan kit dan kurikulum. Setelah mengenalnya, saya belajar bahwa dia pasti memiliki banyak keinginan untuk meningkatkan keterampilan belajar siswa, dan menghabiskan banyak waktu di luar kelas untuk membantu siswa memecahkan masalah. Selain itu, ia mengajar di kelasnya dengan menggunakan perangkat lunak dan perangkat keras industri standar, yang menyediakan jalur pembelajaran yang relevan untuk integrasi sistem. Jenis kolaborasi antara Jon Valvano dan murid-muridnya menghasilkan pendidikan yang efektif, dan semoga menjadi insinyur yang lebih baik untuk dunia.

Integrasi sistem yang efektif dan "pemikiran sistem" penting saat memecahkan masalah di industri teknik. Pilihan yang dibuat para insinyur selama pemilihan dan desain perangkat keras dan perangkat lunak pada akhirnya akan memengaruhi efektivitas solusi mereka. Ada satu keterampilan mendasar yang dibutuhkan karyawan teknologi tinggi saat ini, terlepas dari fungsi pekerjaannya:kemampuan untuk melihat seluruh masalah, memecahnya, dan menyelesaikannya. Untuk insinyur dan proses rekayasa, apa yang dulunya merupakan elemen yang berdiri sendiri dari siklus desain – teknologi, fungsi, dan desainer – sekarang menjadi interdisipliner, yang melibatkan tim pengembangan yang diharapkan menghasilkan produk yang sangat canggih. Dan untuk melakukan ini, para insinyur harus menjadi pemikir sistem yang dapat memahami konsep-konsep teknik yang kompleks di berbagai disiplin ilmu dan produk untuk memecahkan masalah desain yang beragam.

Pendekatan pendidikan yang digunakan dalam TI-RSLK memungkinkan siswa untuk mempelajari “mengapa” teknik, bukan hanya belajar “bagaimana”. Pendekatan ini membantu siswa memahami apa yang terjadi ketika robot tidak bekerja, misalnya, termasuk bagaimana melalui proses debug untuk menghilangkan semua kemungkinan alasannya. Apa yang tim TI University lihat terjadi di ruang kelas saat ini adalah siswa yang berhenti belajar atau merasa frustrasi karena kode mereka rusak atau solusi mereka tidak berfungsi – dan mereka tidak tahu bagaimana cara memperbaikinya. Jadi mereka menyerah dan beralih ke hal-hal yang mereka pahami ... atau lebih buruk lagi, jika mereka masih di awal karir teknik mereka, mereka sama sekali berhenti di bidang teknik.

Saya telah melihat secara langsung bagaimana robot membuat siswa tetap terlibat tetapi juga memacu kreativitas mereka. Musim panas yang lalu, TI membiarkan pekerja magangnya menguji TI-RSLK melalui kompetisi mini. Siswa dapat menemukan solusi untuk membuat robot mereka menyelesaikan tantangan labirin dengan lebih cepat atau lebih akurat, atau mereka dapat memasuki kategori "kreatif" untuk mengirimkan robot dengan aplikasi yang menyenangkan. Favorit pribadi saya adalah proyek yang menggunakan TI-RSLK untuk membuat game tempat sampah seluler. Robot menyimpan skor saat Anda membuat tembakan ke dalam kaleng, sambil berkeliaran mencari tantangan tambahan. Saya senang mengetahui bahwa siswa mempelajari konsep dasar teknik sambil bersenang-senang membuat aplikasi unik mereka sendiri.

Pemikiran sistem dan pembelajaran langsung sangat penting untuk mendidik insinyur masa depan. Ketika Anda menggabungkan pemikiran ini dengan pengalaman belajar yang melibatkan pendidikan yang relevan, yang dikembangkan melalui kolaborasi dengan pakar industri dan akademisi, ini adalah win-win untuk semua orang. Yang lebih menarik adalah ketika siswa memahami bagaimana menggunakan pengetahuan praktis bersama dengan kreativitas dan imajinasi mereka untuk menemukan solusi untuk masalah teknik saat ini, kemungkinan apa yang dapat mereka lakukan tidak terbatas.