La robotica educativa

Le applicazioni nelle situazioni di disabilità e Disturbi dello Sviluppo

Abstract

Il presente lavoro si propone di discutere le nuove frontiere della Robotica, gli sviluppi e gli utilizzi con soggetti disabili o con bambini e ragazzi con Disturbi dello Sviluppo.

L’utilizzo della robotica in ambito riabilitativo e educativo costituisce oggi un’area di ricerca consolidata, anche se relativamente recente. È necessario introdurre una differenza che chiarisce la specificità della robotica educativa rispetto alla robotica utilizzata nella riabilitazione più in generale, infatti gli artefatti robotici utilizzati nelle terapie riabilitative rientrano nella categoria di robot autonomi: le possibilità d’azione dell’utente, bambino o adulto, sono limitate all’interazione con il robot e non prevedono invece alcuna attività di costruzione dell’artefatto o di programmazione comportamentale.

Con la robotica educativa il bambino sperimenta sia la manipolazione dei pezzi per la costruzione sia la possibilità di programmarlo e renderlo sensibile all’ambiente. Il bambino è chiamato a pensare e questo si traduce in un cammino tra fantasia e realtà.
La robotica rappresenta la nuova conquista in campo riabilitativo ed educativo per il potenziamento cognitivo, sociale, emotivo e motivazionale.

La robotica è la disciplina dell’ingegneria che studia e sviluppa metodi che permettano a un robot di eseguire compiti specifici riproducendo il lavoro umano, è una delle scienze che richiede una multidisciplinarità di conoscenze e competenze, proprio per questo trova applicazioni in molteplici contesti. Ogni giorno siamo circondati da robot, un esempio sono gli elettrodomestici, bracci meccanici usati nelle industrie, arti bionici usati in campo biomedico.
“Le attuali tendenze della robotica sono quelle di progettare e sviluppare una generazione intelligente di robot, in grado di muoversi nello spazio, interagire e agire sulla relazione con l’uomo i cui scopi sono pratici e multifunzionali” (Yakub et al., 2014).

Uno dei temi più caldi riguardo la robotica, è sicuramente il suo impiego in ambito riabilitativo. Si distinguono robot utilizzati a scopo terapeutico da quelli usati a scopo assistivo, mentre i primi vengono utilizzati per un periodo limitato, quelli assistivi entrano a far parte della vita quotidiana dell’individuo. A questo proposito di nuova tendenza è quella di utilizzare robot antropomorfi o zoomorfi per sviluppare le competenze emotive e sociali di individui al fine di migliorare il benessere psicologico.

Questi tipi di robot sono stati utilizzati in misura maggiore con un popolazione di anziani con Demenza di tipo Alzheimer e con bambini con Disturbi dello Spettro Autistico. Tra questi robot si ricorda, Paro (dalle sembianze di un cucciolo di foca), NAO (robot umanoide) e KASPAR (robot umanoide raffigura il volto di un bambino con un aspetto neutro).

Le ricerche hanno dimostrato che l’utilizzo di questi robot hanno migliorato le condizioni emotive dei soggetti anziani con demenza, hanno migliorato la comunicazione, potenziato le interazioni sociali e ridotto i problemi comportamentali (Šabanović et al., 2013; Wada et al., 2010; Wada et al., 2013). Gli studi con bambini con Disturbo dello Spettro Autistico hanno evidenziato una maggiore interazione diadica e triadica, maggiore sviluppo della comunicazione sociale, acquisizione di regole comportamentali e la predisposizione di un ambiente semplificato (Wainer et al., 2014)

In ultima analisi questi robot utilizzati in ambito riabilitativo hanno fatto emergere che oltre ad una grande conoscenza degli aspetti ingegneristici è fondamentale avere una conoscenza psicologica delle competenze cognitive ed emotive da potenziare e riabilitare. Questi studi aprono le porte alla psicologia e ad un lavoro di rete che possa favorire e contribuire al benessere psicologico.

I robot di cui si è appena parlato sono artefatti già costruiti e programmati, diversa è la Robotica Educativa, quest’ultima è l’applicazione della robotica in contesti di apprendimento al fine di favorire il potenziamento di processi e funzionalità. Questi ambienti di apprendimento utilizzano, nella grande maggioranza dei casi, robot e programmi software per programmarli (Miglino, Lund, Cardaci, 1999; Miller, Nourbakhsh, Siegwart, 2008).

Questo tipo di Robotica nasce dalle idee del costruzioismo di Papert, i cui concetti chiave sono Learning by doing (apprendere facendo) e object to think with (oggetto con cui pensare). Il robot prima costruito e poi programmato diventa un oggetto con cui pensare, il quale si inserisce in quella che Vygotskij chiama zona di sviluppo prossimale. Grazie alla robotica educativa i bambini si approcciano ai concetti astratti in modo divertente e pratico, riducendo lo scarto tra concreto ed astratto.

Le maggiori ricerche sulla robotica educativa sono stati condotti con studenti universitari e con bambini. Le ricerche dimostrano che la robotica educativa ha migliorato l’apprendimento, la motivazione, ha potenziato abilità pratiche, ha creato un ambiente di apprendimento stimolante; sul versante delle abilità cognitive ha rappresentato un valido strumento per il potenziamento di abilità visuo-spaziali, visuo-costruttive, memoria, attenzione, funzioni esecutive (Mitnick et al., 2008; Nugent et al., 2010; Karahoca, Karahoca, Uzunboylub, 2011; Norton, McRobbien, Ginns, 2007; Caci, D’Amico, Cardaci, 2002).

Uno dei Kit maggiormente utilizzati e conosciuto è il Kit Lego Mindstorm®, il quale contiene sia pezzi hardware che software.

Durante la mia attività di tirocinio ho avuto modo di utilizzare la robotica educativa e il Kit Lego Mindstorm® nel laboratorio “Creo e Programmo il mio Robot”, al fine di poter implementare una metodologia utile a monitorare i progressi relativi alle abilità prassiche, visuo-costruttive, di programmazione, motivazionali e delle interazioni sociali, ed inoltre ha avuto l’obiettivo di osservare non esclusivamente la relazione tra i bambini e l’artefatto ma proporre loro l’intera gamma delle attività proposte dalla Robotica Educativa, dalla costruzione degli artefatti alla programmazione comportamentale, in linea con il pensiero costruzionista del learning by doing.

Hanno partecipato all’esperienza tre bambini (2 maschi e 1 femmina) che riportavano le seguenti caratteristiche:
M. 8 anni con un Funzionamento Intellettivo Limite e problemi visuo-costruttivi
E. 9 anni con ADHD
S. 11 anni con Dislessia

Gli incontri sono stati quattro, uno a settimana, della durata di 3 ore ciascuno.

Gli incontri sono stati strutturati come segue:

1° incontro: a) Familiarizzazione con i temi della robotica, attraverso la visione di un filmato, inoltre è stato utile scoprire le loro aspettative, conoscenze e competenze sulla tematica della robotica; b) Spiegazione delle componenti hardware del kit, l’operatore ha mostrato il kit di montaggio e i bambini hanno iniziato a catalogare i pezzi in base a forma, colore, funzionalità

2° incontro: Costruzione e programmazione del robot, con l’ausilio del manuale di montaggio e degli operatori, i bambini hanno iniziato a montare il proprio robot

3° incontro: Personalizzazione dei compiti: differenziazione delle attività sulla base delle capacità che i tre bambini hanno manifestato nei precedenti incontri; nello specifico M. (il quale aveva problemi nelle abilità visuo-costruttive) ha continuato a lavorare sulla costruzione e a migliorare quelle capacità che risultavano carenti (Es. ruotare il pezzo come richiedeva il manuale, posizionare un pezzo a sinistra o a destra, assemblare i pezzi). S. ha continuato nella programmazione e costruzione del robot avanzando il suo livello. E. ha continuato nella programmazione del robot tramite NXT attraverso l’uso di una storia.

4° incontro: Programmazione attraverso il software: nell’ultimo incontro le attività hanno riguardato la programmazione comportamentale del robot attraverso il software. La programmazione riguarda la scelta di blocchi comportamentali che possono rendere sempre più complesso il comportamento del robot, un esempio è la possibilità di inserire un blocco funzione definito “condizionale” grazie al quale il comportamento del robot sarà in termini di Se e Allora.

Al fine di monitorare dettagliatamente le attività, le produzioni verbali e le azioni dei bambini, gli incontri sono stati videoregistrati.

Gli operatori sono stati chiamati a osservare l’attività dei bambini e a registrare i comportamenti alla fine di ogni incontro, attraverso l’uso di griglie di osservazione e scale strutturate.
Questo metodo di registrazione dei dati è stato utile poiché si è permesso di monitorare in tempo reale le variazioni comportamentali dei bambini.

Le variabili che si sono scelte di osservare riguardavano la costruzione, la programmazione, la motivazione, la disattenzione/l’impulsività ed infine il comportamento pro sociale.

In particolare sono state utilizzate le seguenti griglie e scale di osservazione:
– Abilità prassiche e visuospaziali impiegate nella costruzione del robot (Caci, 2004)
– Abilità strategiche e di pianificazione impiegate nella programmazione del robot (Caci, 2004)
– Disattenzione e Iperattività/Impulsività (APA, 2000);
– Motivazione (Caci e D’Amico, 2005);
– Comportamento Prosociale (Etero ed Autovalutazione; Caprara et al., 1991);

Alla fine del laboratorio sono stati creati dei grafici che hanno riassunto la situazione rispetto alle variabili studiate. Sebbene questa esperienza laboratoriale non voleva avere come scopo quello della ricerca quantitativa, è risultato utile e funzionale leggere i risultati secondo un’ottica qualitativa. È stato quindi utile analizzare il comportamento del bambino in funzione dell’attività che stava svolgendo. Alla luce di questa scelta è emerso che alcuni comportamenti hanno avuto un leggero calo, come per esempio la disattenzione di E. durante il terzo incontro (personalizzazione dei compiti), questo riflette la possibilità di utilizzare la robotica secondo un’ottica della personalizzazione e focalizzazione dell’intervento, attraverso i grafici ci si è reso conto che le abilità visuo-spaziali e visuo-costruttive di M. sono migliorate, riducendo gli errori e i tempi di montaggio, rispetto a S. si è reso evidente che, sebbene fosse molto motivato, la sua motivazione ha subito un calo nell’ultimo incontro (programmazione attraverso software) questo mi ha permesso di capire che le abilità richieste (problem solving, pianificazione) durante gli incontri avevano bisogno di essere assimilate e stabilizzate, in modo tale che il bambino non sperimentasse all’incontro successivo uno scarto prestazionale maggiore.

Il laboratorio è stato vissuto dai bambini con entusiasmo e curiosità, reputo che l’uso della robotica rappresenti un grande contributo per la psicologia, poiché le ricerche dimostrano gli esiti positivi non solo sul funzionamento cognitivo ma anche sul piano motivazionale, un bambino curioso è un bambino che ha voglia di imparare.

Bibliografia:

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• Caci, B., D’Amico, A., & Cardaci, M. (2002). Costruire e Programmare Robots. Resoconto di un’Esperienza Pilota. Tecnologie Didattiche, 27(3), 36-40.
• Caci, B., (2004) Studi e ricerche su Robotica e processi cognitivi. Tesi di dottorato non pubblicata. Università degli Studi di Palermo
• Caci, B., & D’Amico, A. (2005). Robotics: a new tool for education of subjects with cognitive diseases. Methods and Technologies for Learning, WIT Transaction on Information and Communication Technologies.
• Caprara, G.V., Pastorelli, C., Barbaranelli, C. e Vallone, R. (1991). Indicatori della capacità di adattamento sociale in età evolutiva. Firenze: OS, Organizzazioni Speciali.
• Karahoca, D., Karahoca, A., & Uzunboylub, H. (2011). Robotics teaching in primary school education by project based learning for supporting science and technology courses. Procedia Computer Science, 3, 1425-1431.
• Miglino, O., Lund, H. H., & Cardaci, M. (1999). Robotics as an educational tool. Journal of Interactive Learning Research, 10(1), 25-47.
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• Wainer, J., Robins, B., Amirabdollahian, F., & Dautenhahn, K., (2014) Using the humanoid robot KASPAR to autonomously play triadic games and facilitate collaborative play among children with autism. IEEE Transactions on Autonomous Mental Development, 1-17.
• Yakub, F., Khudzairi, A.Z.M., & Mori, Y. (2014) Recent trends for practical rehabilitation robotics, current challenges and the future. International Journal of Rehabilitation Research 37(1), 9-21

Sitografia

http://www.lego.com/en-us/mindstorms/?domainredir=mindstorms.lego.com
http://www.roboticaeducativa.it/
http://www.robocupjr.it/4/wp-content/uploads/2013/06/Didamatica2013_Robotica_Educativa_.pdf

Note:

Il lavoro rappresenta una sintesi della Tesi di Laurea in Piscologia Clinica della Dott.ssa Munna, conseguita presso l’Università degli studi di Palermo, Anno Accademico 2013-2014, Relatore Prof.ssa Antonella D’Amico