Lego Mindstorms

Introducción al sistema de robótica Lego Mindstorm dando unas breves pinceladas de historia y programación de estos.

Introducción
Historia

Introducción

Lego Mindstorms es un juego de robótica para niños fabricado por la empresa Lego, el cual posee elementos básicos de las teorías robóticas, como la unión de piezas y la programación de acciones, en forma interactiva. Este robot fue comercializado por primera vez en septiembre de 1998.

Comercialmente se publicita como Robotic Invention System, en español Sistema de Invención Robotizado (RIS). También se vende como herramienta educacional, lo que originalmente se pensó en una sociedad entre Lego y el MIT. La versión educativa se llama Lego Mindstorms for Schools, en español Lego Mindstorms para la escuela y viene con un software de programación basado en la GUI de Robolab.

Lego Mindstorms puede ser usado para construir un modelo de sistema integrado con partes electromecánicas controladas por computador. Prácticamente todo puede ser representado con las piezas tal como en la vida real, como un elevador o robots industriales.

Historia

Lego Mindstorms fue uno de los resultados de la fructífera colaboración entre Lego y el MIT. Esta asociación se emplea como ejemplo de relación entre la industria y la investigación académica que resulta muy beneficiosa para ambos socios.

Colaboración con el grupo de epistemología y aprendizaje del MIT

La línea Lego Mindstorms nació en una época difícil para Lego, a partir de un acuerdo entre Lego y el MIT. Según este trato, Lego financiaría investigaciones del grupo de epistemología y aprendizaje del MIT sobre cómo aprenden los niños y a cambio obtendría nuevas ideas para sus productos, que podría lanzar al mercado sin tener que pagar regalías al MIT. Un fruto de esta colaboración fue el desarrollo del MIT Programmable Brick (Ladrillo programable).

El mentor del grupo, Seymour Papert, era un matemático interesado desde la década de 1960 por la relación entre la ciencia, la adquisición del conocimiento y el desarrollo de la mente infantil. De hecho, el nombre del producto, Mindstorms, proviene del título de un libro suyo, llamado MindStorms: Children, Computers, and Powerful Ideas, en el que describe sus ideas respecto al empleo de las computadoras como impulsoras del aprendizaje.

Papert, uno de los creadores de lenguaje de programación Logo, ampliamente empleado como herramienta para enseñar programación, toma de Jean Piaget la concepción de niño como “constructor de sus propias estructuras mentales”. Es partidario del construccionismo, tesis que sostiene que el niño crea su conocimiento de forma activa y que la educación debe de facilitarle herramientas para realizar actividades que impulsen esta actividad. La lectura de su libro fue lo que impulsó al presidente de Lego a contactar en 1985 con el MIT, pues le hizo pensar que ambos grupos tenían ideas similares sobre el aprendizaje infantil.

El grupo de epistemología y aprendizaje del MIT, dirigido por Mitchel Resnick, que a su vez había sido pupilo de Papert, estaba profundamente influido por el constructivismo de Piaget, extendido por el propio Papert bajo la denominación de construccionismo.

Según esta perspectiva, en lugar de instruir al estudiante proporcionándole fórmulas y técnicas (instruccionismo), es mejor potenciar el aprendizaje creando un entorno en el que los estudiantes puedan desempeñar actividades propias de ingenieros o inventores como vía para acceder a los principios fundamentales de la ciencia y la técnica; pues de esta forma es como se desarrolla la forma de pensar propia de los científicos, los estudiantes se interesan realmente en su trabajo y motu proprio tratan de informarse para resolver los problemas que van encontrando. Así que se concentraron, en palabras de Resnick, en “diseñar cosas que permitan a los estudiantes diseñar cosas”.

Antecedentes y desarrollo del “Bloque programable”

La línea Mindstorms no fue el primer fruto de la relación entre Lego y el MIT, aunque sí el más exitoso. Con anterioridad, Lego se había interesado por el Lenguaje de programación Logo, Fruto de este interés nació en 1986 Lego TC Logo, creado por Resnick y Steve Ocko. Lego TC Logo era un sistema en el que se programaba en una computadora que estaba conectada por un cable a una construcción Lego que contaba con motores, luces y sensores. Aunque alcanzó un relativo éxito comercial, según Resnick el sistema “imponía restricciones tanto físicas como imaginativas”.

Esta línea de desarrollo continuaría en 1993 con el lanzamiento de Control Lab, de software mejorado.

El paso de programar una computadora que se conectaba a una construcción Lego a programar un bloque de esa construcción era una idea natural que se estudió durante largo tiempo. Desde principios de los años 90 se empezó a investigar esta posibilidad. Sin embargo el proyecto tuvo que esperar a que el mercado fuera propicio. Por una parte, el coste de la tecnología era demasiado alto en un principio. Por otra, el bloque se programaría desde un computador, y por esas fechas los computadores no estaban tan extendidos como lo estaban ocho años más tarde, lo que afectaría negativamente a la demanda. Hubo que esperar un lustro hasta que las condiciones eran las apropiadas y decidieran empezar seriamente el desarrollo de lo que acabaría siendo el bloque RCX, un bloque de Lego que contaba con un microcontrolador, y que constituye el corazón del producto Mindstorms.

De esta forma las construcciones Lego pasaban de ser estructuras estáticas a máquinas dinámicas que interactúan con el mundo. Por otra parte, mientras que en muchos casos los productos Lego proporcionaban las piezas necesarias para construir algo con un objetivo fijo, como un tren o un puente, lo que permite “aprender haciendo”, en el desarrollo del nuevo bloque se siguió en cambio la filosofía de Papert y Resnick de fomentar el “aprender diseñando”, y tratar de dejar más abiertas las posibilidades.

Decisiones de diseño

El segmento de mercado escogido fue el de niños de 10 a 14 años, especialmente varones, a pesar de que las en los desarrollos del MIT no se había hecho distinción entre sexos. Este era también el segmento tradicional de Lego. La elección de este público determinó las decisiones de diseño y las diferencias entre el desarrollo del MIT, llamado Programmable Brick (Ladrillo o bloque programable) y el bloque RCX, diseñado y desarrollado de forma independiente por Lego a partir de las investigaciones realizadas conjuntamente con el MIT.

El que se realizara un nuevo producto desde cero en lugar de emplear el diseño del MIT se justifica por los objetivos distintos de ambas organizaciones. El sistema del MIT estaba enfocado a la investigación del proceso de aprendizaje de los niños, lo que hacía que el sistema pudiera ser más caro de producir, pues no se fabricarían muchas unidades, y más frágil, pues siempre habría alguien para arreglarlo en un laboratorio lleno de ingenieros. En cambio, el bloque de Lego estaba destinado a la venta a preadolescentes a gran escala, así que debía ser más asequible y robusto.

Otras de las pautas de diseño fueron:

* El sistema debía ser sencillo para el nuevo usuario y a la vez debía permitir realizar diseños sofisticados para el iniciado.

* El juguete debía poderse emplear de muchas formas diferentes. Según Resnick, cada vez que al terminar un proyecto el niño consideraba que había “acabado” con el juguete se consideraba un fallo del diseño. Por otra parte, cada niño tiene intereses diferentes.

* Simplicidad. En las pruebas del MIT se descubrió que al hacer diseños más pequeños y limitados, conexiones para menos sensores y motores, que llamaron Cricket, los usuarios encontraban nuevas aplicaciones más creativas.

* Elección cuidadosa de las cajas negras: El niño tiene a su disposición motores, sensores y microcontroladores, pero no pueden modificarlos o rediseñarlos. El juego trataría sobre como combinarlos para hacer diseños, no sobre cómo diseñar estos componentes.

* Poner énfasis en el aprendizaje de la programación. Resnick había notado que, mientras que el número de ordenadores en las escuelas se había multiplicado en veinte años, a principios de los 80 se enseñaba Basic y Logo, mientras que a finales de los 90 se enseñaban menos rudimentos de la programación. En un principio se experimentó con Logo, pero los niños tardaban demasiado en aprenderlo. Entonces se desarrolló una versión gráfica, LogoBlocks, en la que las instrucciones estaban representadas por bloques y diagamas, que en cambio dificultaba la realización de software complejo. La decisión final del MIT fue implementar una versión híbrida: los programas podrían realizarse de forma gráfica o en código escrito. De esta forma el nuevo usuario podía empezar por la versión sencilla y pasar a la potente cuando necesitase hacer diseños más complejos. Sin embargo, Lego sólo incorporaría en un principio a RCX la versión gráfica del entorno de desarrollo y en lugar de Logo desarrollaría un nuevo lenguaje de programación: RCX Code.

* El bloque debía tener un número suficiente de puertos de entrada/salida que pudieran conectarse con diferentes tipos de sensores: de temperatura, de amplitud del sonido o de luz.

* Desatender las sugerencias—hasta cierto punto—y observar en cambio en el laboratorio qué es lo que intentan hacer los niños con el juguete, pues apreciaron que de esta forma obtenían mejores ideas.