Robotique, … ou l'intelligence en 3D

A l’école, j’ai introduit la robotique depuis de nombreuses années déjà. J’ai toujours estimé qu’il s’agissait là d’un champ d’expérimentations qui ressemblait étrangement au Logo. Ici aussi le matériel est riche, porteur de projets et support de la pensée. Il offre l’avantage énorme d’ouvrir les projets sur la troisième dimension, ce que ne fait pas l’écran de l’ordinateur.
Dernièrement, trois enfants de première primaire sont venus chez moi, tout fiers de leur construction... En classe, ils ont une caisse avec des Légo, un moteur et un boitier ... sans piles ! Ils avaient besoin de courant ! En observant leur machine, je vois que leur petite hélice passait au-dessus du moteur, sans connections apparente avec celui-ci.

Cela ne m’étonne a priori pas trop, parce que je rencontre cela fréquemment chez les enfants. Ils ont une vue globale d’un objet, mais n’établissent que des relations confuses entre ses parties. C’est ce qu’on appelle le syncrétisme.
Je leur fais donc remarquer ce fait, en leur demandant comment l'hélice va tourner. Et ils me répondent tout fiers qu'ils ont placé des engrenages sous le couvercle ! En effet ... remarquable. Ils y avaient pensé seuls, et en plus, ils n'avaient pas placé l'hélice en prise directe avec le moteur, mais avaient fabriqué une transmission à 180°. ...J'ai hâte de les voir grandir !

Mais la robotique c'est encore plus. Elle concerne non seulement la partie mécanique de la "machine", mais aussi sa partie pilotage par ordinateur.

Le Logo permet ce genre de prouesse très facilement. En effet, il n'est pas beaucoup plus difficile de donner une commande à un moteur ou à une lampe, qu'à la tortue (c'est ce qu'on appelle une "sortie", par rapport à l'ordinateur). Il est également possible d'être à l'affût d'un interrupteur ou d'un capteur quelconque (c'est ce qu'on appelle une "entrée", toujours par rapport à l'ordinateur). Les enfants qui sont habitués à ce genre de raisonnement en Logo se sentent très vite à l'aise avec cette logique et ces nouvelles commandes.

Benoît et Julien sont en sixième année. Ils ont décidé de construire une barrière de parking automatique, telle qu'on en trouve régulièrement à l'entrée d'un parking.

Le projet est "simple" : la barrière s’ouvrira lorsque l’automobiliste poussera sur l’interrupteur et se refermera automatiquement après son passage. Des feux lumineux passeront du rouge au vert en relation avec les mouvements de la barrière.

Le projet ne semble pas devoir poser trop de problèmes à nos deux ingénieurs en herbe ! Cependant, une fois la barrière montée, branchée sur l’interface et testée, ils remarquent que le mouvement est bien trop rapide, et que la barrière se disloque, emportée par la force du moteur. Et voilà, une fois de plus, que se pose un problème qui va venir relancer la réflexion. Une solution se présente au niveau informatique : il existe la commande FPUISSANCE qui fixe la puissance du moteur de 1 à 7. Cependant, même à la puissance la plus faible, le problème reste entier. Que faire ? Existe-t-il une solution ?

C’est alors que j’interviens pour leur faire prendre conscience qu’en matière d’engrenages, il faut faire un choix entre force et vitesse. Les engrenages permettent d’augmenter la force d’un moteur, mais avec une perte de vitesse. Et inversement, il est possible de gagner en vitesse, mais avec une perte de puissance comme corollaire.

Le petit test qui suit me sert toujours à faire vivre corporellement ces notions de bases.

Je demande aux deux enfants de choisir entre deux axes terminés par un engrenage, celui qui leur donnera le plus de force ... Celui qui porte le plus grand engrenage, ou celui avec le plus petit. Quasi systématiquement, ils choisissent le plus grand.

Alors on fait un concours : c’est à celui qui parviendra à résister à l’autre, en bloquant l’axe rien qu’à la force des doigts.

Ce petit test prouve qu’on a bien plus de force avec le petit engrenage.

Par contre, si c’est la vitesse qui prime, il faut choisir le grand. Un tour du grand engrenage fait faire plusieurs tours au petit. Et à l’inverse, un tour de petit ne fait tourner le grand que d’une fraction de tour.

Ayant pris conscience de ces principes, Benoît et Julien ont fabriqué ce système de démultiplication destiné à ralentir le mouvement de leur barrière. Je ne suis intervenu à aucun moment dans cette phase du travail. Je trouve ça remarquable, et je pense que, bien souvent, on ne met pas assez en évidence tous les petits coups de génie dont nos enfants sont capables.

Après la phase technique du projet vint sa phase informatique. Ils s’en acquittèrent sans aucune difficulté. Le langage Logo, auquel ils sont maintenant familiarisés depuis leur première primaire, leur a permis de gérer les mouvements de la barrière et la synchronisation des feux sans difficulté notoire.

La logique en est relativement simple, et je demande toujours de me la formuler en français, avant de s’y attaquer en Logo, tant la similitude est grande entre les deux langages.

Une fois de plus, voilà un beau projet dont les enfants peuvent tirer une légitime fierté.