Lego, Speechi et Artec : comment nous avons conçu nos robots éducatifs

Beaucoup de générations d’enfants ont joué avec des Lego et se sont lancés dans des constructions plus ou moins ambitieuses. Depuis, Lego a sorti son excellente gamme de robots Lego Mindstorm.

Il y a quelques années de cela, nous étions déjà convaincus que la robotique devait être enseignée en fin d’école primaire et au collège. Notre objectif était alors de proposer aux écoles une solution pour enseigner la robotique sous forme de Legos, mais des Legos simplifiés. Nous trouvions, en effet, que les kits de robotique Lego Mindstorms étaient encore trop complexes pour servir d’outils pédagogiques à l’école.

Pendant des années, nous avons gardé ce projet en tête sans jamais trouver de kits de robotique égalant ou dépassant la qualité des robots Lego jusqu’à ce que nous tombions sur la société japonaise Artec et que nous fondions notre site Ecole Robots.

Le design de nos robots éducatifs : leurs principes

La brique de base du robot Lego : des connexions de haut en bas

Personne n’est sans connaître la forme d’une brique Lego qui s’imbrique par le haut ou par le bas. Toutes ses briques sont ainsi, même si leur taille et le nombre de connecteurs sur le dessus varient, et ce sont ces briques que Lego propose pour construire ses robots.

Voyons maintenant en quoi les briques que propose Artec représentent une meilleure solution dans le contexte pédagogique pour enseigner simplement la robotique.

La brique de base du robot Artec : des connexions multidirectionnelles

La brique d’Artec est un cube pourvu d’une ou plusieurs connexions, mais aussi de trous sur toutes ses faces. Elle a donc cette particularité de pouvoir être connectée en haut, en bas, sur les côtés et en diagonale. Ses connexions multidirectionnelles rendent la construction d’un robot éducatif plus simple, plus rapide en nécessitant beaucoup moins de briques.

Apprendre à programmer n’est pas construire un robot éducatif

Enseigner l’informatique au collège en utilisant des robots éducatifs est un moyen efficace et ludique. Cependant, il ne faudrait pas que la construction d’un robot éducatif grignote sur le temps passé à l’apprentissage de la programmation. Même si la construction est une étape intéressante à bien des égards, elle n’est tout simplement pas le sujet de l’enseignement ni un domaine d’apprentissage des programmes scolaires. C’est pourquoi la brique Artec, avec la rapidité et la simplicité de construction qu’elle permet, répond, à notre sens, davantage aux besoins de l’école.

Quantitativement : moins de briques pour construire un robot éducatif plus facilement avec Artec

Après comparaison avec des robots éducatifs Lego et Artec de complexité égale (un traceur de ligne et un bras robotique, voir les images ci-dessous), un gain de temps important dans la construction du robot éducatif a été constaté. Le robot Artec a, en effet, été 2 à 3 fois plus rapide à construire que le robot Lego et a demandé 2 fois moins de briques, ce qui nous ramène à 2 à 3 fois plus de temps à consacrer à la programmation elle-même.

	Robot suiveur de ligne		Bras robotique
Comparaison	Kit du robot suiveur de ligne Lego	Robot suiveur de ligne d’Artec	Kit du bras robotique Lego	Robot à bras mécanique d’Artec
Nombre de briques	93	44	259	154
Temps de montage	Environ 20 minutes	Environ 8 minutes	Environ 90 minutes	Environ 30 minutes

Cette expérience nous amène à penser également que plus le robot devient complexe d’un point de vue mécanique, plus cet avantage du gain de temps se fera ressentir en faveur du robot éducatif Artec.

Qualitativement : passer plus simplement de l’idée à la réalisation

Qualitativement parlant, on voit bien l’avantage qu’apportent les multiples connexions des briques Artec sur le plan de la créativité. Partons sur quelques exemples très simples.

Lego		Artec
	Juste 5 points de connexion		17 points de connexion
	Peu de points => limitation de la créativité		Les blocs Artec se connectent verticalement, horizontalement et en diagonale => plus de liberté pour créer.

Moins de briques Artec pour construire un même robot éducatif

Sur l’exemple ci-dessus, nous voyons le traceur de lignes Lego Mindstorm. Les 5 points de connexion des briques Lego et l’architecture de la brique font que la construction évolue plutôt dans une seule direction. Les 17 points de connexion du robot éducatif équivalent d’Artec font, au contraire, que la construction peut évoluer dans toutes les directions sans limite (en haut, en bas, en diagonale).

Plein de robots différents peuvent donc être construits avec la brique Artec en n’utilisant que ses 3 briques de base. Pour parvenir à un résultat similaire avec les briques Lego, il faut généralement des pièces spécifiques, autrement dit des pièces créées pour un dessin précis, ce qui peut limiter la créativité.

Des philosophies “produit” différentes : briques spécifiques vs. briques universelles

Lego a réalisé un travail formidable pour “contourner” les limites de sa brique de base et en faire un avantage. Ainsi, Lego propose toute une série de boîtes Lego Mindstorms créées “sur mesure” pour construire un robot spécifique. Ces boîtes composées de pièces spécifiques serviront alors à la réalisation d’un seul robot, mais un robot spectaculaire puisque tous les éléments à partir desquels il a été construit ont été faits sur mesure. Ainsi en est-il du robot Lego Boost dont on peut admirer la finition et le résultat.

Notre parti-pris est, quant à lui, l’exact contraire, puisque nous avons décidé de concevoir des kits robotiques universels. Nous entendons par “kits robotiques universels” des kits qui permettent de construire tous types de robots sans devoir nécessairement acheter de kit complémentaire ou de pièces sur mesure pour construire un modèle de robot précis. Aussi notre kit robotique – édition standard peut-il être utilisé sans modification ni ajout du CM1 au lycée (même si nous avons, depuis, développé des kits plus spécifiques pour l’enseignement primaire et secondaire. Les briques cependant restent bien les mêmes). Avec ce kit, peuvent être construits tous les types de robot possibles, du feu de signalisation au bras robotique. Cette approche (peu de pièces, beaucoup de robots) nous semble plus efficace pour apprendre à programmer, mais aussi pour développer la créativité des élèves.

L’approche logicielle : le langage Scratch

Venons-en maintenant à la différence d’approche qu’il y a entre la nôtre et celle de Lego sur l’environnement logiciel.

Lego propose avec EV3 un environnement de programmation propriétaire qui diffère des autres langages de programmation. EV3 n’est pas une passerelle qui permettrait de passer facilement à l’apprentissage et la maîtrise de langages connus comme le C ou Java.

Nous proposons, quant à nous, un environnement de programmation ouvert, basé sur l’environnement Open Source Scratch du CM1 au collège. Notre solution permet également de se servir de l’environnement Open Source de la carte Arduino, utilisé par de très nombreux développeurs, et de C. Pour les jeunes débutants, l’environnement Speechi/Artec permet de coder à partir d’icônes, sans langage. Notre solution propose donc de façon “native” un passage continu de la programmation par icônes, à la programmation par blocs et aux langages “réels” (C, Java…).

Enfin, Scratch étant une solution Open Source, notre environnement de programmation bénéficie en permanence des évolutions de Scratch, le langage le plus utilisé pour apprendre l’informatique. En bénéficiant du dynamisme de la communauté Scratch , nous profitons des dernières fonctionnalités logicielles et ce très rapidement, en tout cas, plus rapidement que ne pourrait le faire une équipe de développeurs travaillant sur leur propre environnement.

L’approche matérielle : Arduino, un environnement ouvert et standardisé pour la robotique

Notre carte programmable, autrement dit le “cerveau” de nos robots éducatifs, est une carte Arduino. Comme son tracé est public, c’est-à-dire Open Source, il est le circuit électronique le plus diffusé au monde et des milliers de moteurs, de capteurs et périphériques ont été développés pour cette carte. Notre carte Arduino est recouverte d’une coque en plastique transparente pour être protégée et pouvoir être manipulée aisément par les enfants, mais ni ses connecteurs, ni son dessin n’ont changé. Sa connectique est donc standardisée.

Sortir du cadre

En conséquence, il est possible de brancher aux robots Artec / Speechi, en plus des composants proposés dans nos kits, toutes les solutions développées autour d’Arduino (moteurs, écrans, GPS, moniteurs, connexion Bluetooth, etc.). Les possibilités et l’ajout de nouvelles fonctionnalités sont donc sans fin.

Donnons un exemple. A l’occasion d’un salon où nous avons voulu réaliser des robots plus grands que ceux proposés par nos kits pour les exposer, il nous a fallu trouver des moteurs plus puissants. Il a été très facile de nous en procurer sur le “catalogue” Arduino et de les brancher sur nos robots.

L’architecture des robots Lego

Lego a opté pour une architecture fermée. Les connecteurs ne sont donc pas des connecteurs courants, mais des connecteurs RJ12 conçus spécifiquement pour les produits Lego. Même s’il reste sans doute possible de brancher des périphériques autres, il faudrait les recâbler, une tâche qui s’avère longue et fastidieuse, car la solution Lego (et son environnement EV3) n’a pas été pensée dans cet esprit.

Une offre générique pour concevoir tous types de robots

L’offre de nos kits robotiques de base a été conçue avec d’emblée de nombreux capteurs et effecteurs (moteurs), car notre objectif est de permettre aux élèves de réaliser une grande variété de robots éducatifs.

Vous trouverez dans le tableau ci-dessous une comparaison de l’électronique (capteurs et effecteurs) contenue dans le kit Lego Education Mindstorm, le kit robots élémentaires Artec Robo et le kit robots avancés Artec Robo.

Des séquences pédagogiques complètes pour enseigner la robotique à l’école, au collège et au lycée

Nos kits de robotique Education nationale ne sont pas de simples mallettes de pièces fournies avec des guides de montage. Ce sont des solutions pédagogiques complètes et clés en main avec des manuels de cours pour enseigner la programmation à ses élèves, téléchargeables sur notre site pour leur grande majorité gratuitement. Pour en savoir plus sur nos ressources pédagogiques.

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