Ingeniería en el aula a partir de las ciencias naturales

La ingeniería puede ser utilizada por los docentes ya que es una herramienta útil para explicar diferentes conceptos relacionados entre si como la física, la tecnología y las ciencias naturales. En esta pagina explicaremos una idea creativa para aplicar la ingeniería en el aula con los estudiantes.

Relación de la ingeniería en el aula con las ciencias naturales

La ingeniería se apoya en gran medida en las ciencias naturales ya que contiene los principios fundamentales que los ingenieros utilizan para diseñar y construir soluciones. Por ejemplo:

• Física: Las leyes de la física se aplican para entender el comportamiento de los materiales y los sistemas. La mecánica, la termodinámica y la electricidad son áreas clave para muchas ramas de la ingeniería.
• Química: Desde la ingeniería, la química es fundamental ya que se utiliza para comprender los elementos y utilizarlos de la mejor manera.
• Biología: Los conocimientos biológicos se aplican desde la ingeniería comprendiendo los efectos del clima en la construcción, que beneficios hay en los seres humanos al lograr crear un prototipo o prótesis que favorezcan la salud humana.

En resumen, la ingeniería toma los conocimientos adquiridos en las ciencias naturales y los utiliza de manera práctica para resolver problemas reales y mejorar la vida de las personas.

Ingeniería en el aula a partir de las ciencias naturales

La enseñanza de la ingeniería en el aula al implementarla, generaría experiencias enriquecedoras para los estudiantes ya que fomenta el trabajo en equipo, la observación crítica y la creatividad. A continuación, algunas formas de integrar la ingeniería en el aula:

Espacios de trabajo en equipo: La ingeniería requiere la colaboración entre distintas personas con habilidades diversas. En las clases, puedes organizar a los estudiantes en equipos para que trabajen juntos en proyectos o retos, como diseñar un puente con materiales reciclables, crear un modelo de energía renovable o desarrollar un sistema de riego para cultivos.

Observación y análisis: Los estudiantes deben aprender a observar el mundo que los rodea de manera crítica. Se pueden hacer experimentos que involucren la observación de principios de la ingeniería, como la flotabilidad, la elasticidad o la resistencia de los materiales.

Creatividad e innovación: La ingeniería se basa en la creatividad para encontrar soluciones a problemas. Puedes fomentar esta creatividad a través de actividades donde los estudiantes tengan que diseñar o inventar algo nuevo.

Uso eficiente de los recursos: Enseñar a los estudiantes a usar de manera responsable los recursos disponibles es crucial en la ingeniería, donde a menudo se deben optimizar los materiales y la energía. Pueden realizar proyectos en los que necesiten utilizar materiales reciclados o pensar en soluciones más sostenibles.

Proyectos interdisciplinarios: Los proyectos de ingeniería son una excelente manera de integrar varias materias. Por ejemplo, puedes combinar ciencias naturales, matemáticas, tecnología y arte para que los estudiantes creen soluciones innovadoras. Esto les permite ver cómo las disciplinas científicas y tecnológicas se aplican de forma conjunta para resolver problemas del mundo real.

Brazo robótico

¿Qué es un brazo robótico?

Un brazo robótico es una máquina que imita el movimiento de un brazo humano. Está diseñado para hacer tareas como levantar objetos, mover cosas o trabajar con precisión. Se usa en fábricas, hospitales y otros lugares para hacer trabajos repetitivos o difíciles.

¿Para que sirve?

Los brazos robóticos sirven para hacer trabajos que son repetitivos, peligrosos o muy precisos. Se usan en fábricas para ensamblar cosas, en hospitales para ayudar en cirugías, en laboratorios para hacer pruebas, y en muchos otros lugares donde se necesita hacer tareas de forma rápida y exacta sin cansarse. También ayudan a que las personas no tengan que hacer trabajos pesados o arriesgados.

Tipos de brazos robóticos

Existen varios tipos de brazos robóticos, y cada uno tiene un propósito específico. Los más comunes son:

Brazos robóticos industriales: Son los más usados en fábricas. Están diseñados para tareas como ensamblar, soldar, pintar o cargar objetos. Son rápidos y muy precisos.

Brazos robóticos colaborativos: Son más seguros para trabajar junto a personas. Se usan en entornos donde humanos y robots comparten espacio, como en la industria o en laboratorios.

Brazos robóticos médicos: Se usan en hospitales para realizar cirugías o ayudar en diagnósticos. Son muy precisos y pueden hacer movimientos delicados que requieren mucha exactitud.

Brazos robóticos para investigación: Son usados en laboratorios o en el espacio para hacer experimentos, explorar el fondo marino o realizar tareas en lugares de difícil acceso.

Cada tipo tiene características especiales según la tarea que necesita hacer.

¿Cómo hacer en una clase de ciencias un brazo robótico?

Objetivo del proyecto (ingeniería en el aula)

El objetivo de este proyecto es diseñar y construir un brazo robótico funcional utilizando materiales simples y limitados (cartón, cauchos, tijeras, cinta y palos de helado). A lo largo del proceso, los estudiantes deberán aplicar el método científico, fomentar la creatividad, y trabajar en equipo para cumplir con los requisitos establecidos. Este proyecto también permite a los estudiantes experimentar la interdisciplinariedad entre las ciencias naturales, la ingeniería, y la tecnología.

Materiales necesarios:

• Cartón
• Palos de helado
• Cauchos
• Cinta adhesiva
• Tijeras
• Hilo o cuerda

Condiciones y restricciones:

• Tiempo total: 60 minutos
• Longitud del brazo: Entre 30 cm y 45 cm
• Carga a levantar: Tres rollos de cinta (uno a la vez), cada uno de 10 cm de altura
• Operación: El brazo debe ser operado a distancia (sin contacto directo con las manos)
• Recursos limitados: Solo se pueden usar los materiales proporcionados

Pasos para la construcción del brazo robótico – Ingeniería en aula

1. Planificación del diseño

Los estudiantes deben planificar cómo van a distribuir los elementos para crear el brazo robótico. Para ello, pueden seguir estos pasos:

• Base: El cartón se utilizará para crear la base del brazo, asegurando estabilidad.
• Estructura: Los palos de helado se pueden usar para construir los segmentos del brazo. Es recomendable usar dos o tres palos de helado para la base y otros para los “brazos” del robot.
• Movimiento: Los cauchos y hilos servirán para generar movimiento. El uso de cauchos permitirá crear un sistema de tracción, donde al tirar de un hilo, se mueven las partes del brazo.

El diseño debe cumplir con las restricciones de longitud (30-45 cm) y capacidad de carga (levantar rollos de cinta a 10 cm de altura).

2. Construcción del brazo robótico

Preparación de la base y los segmentos del brazo

• Recorta el cartón para crear una base que sirva de soporte. Los palos de helado deben ser pegados en la base de forma que proporcionen estabilidad al brazo.
• Usa más palos de helado para formar los segmentos del brazo. Estos segmentos se pueden ensamblar de forma que queden unidos por los cauchos (actuando como “articulaciones” flexibles).

Diseño de las articulaciones

• Las articulaciones del brazo pueden ser creadas utilizando cauchos. Esto permitirá que las partes del brazo se muevan de manera controlada cuando se tire de un hilo.
• Asegúrate de que las articulaciones sean lo suficientemente fuertes para soportar el peso de los rollos de cinta, pero también lo suficientemente flexibles para el movimiento.

Sistema de control a distancia

• El brazo debe ser operado a distancia. Para lograrlo, ata un hilo o cuerda a una parte del brazo (por ejemplo, la parte superior o el “codo” del brazo). Este hilo debe ser lo suficientemente largo como para permitir que se tire de él sin que el operador tenga que tocar directamente el brazo.
• Al tirar del hilo, el brazo se moverá hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de cómo se haya diseñado el sistema de tracción.

Creación de la “garra” para levantar los rollos de cinta

• Utiliza otro segmento de cartón o palos de helado para crear una pequeña estructura que se pueda abrir y cerrar, actuando como una garra que pueda levantar los rollos de cinta.
• Los cauchos o hilos pueden ser utilizados para permitir que la “garra” se abra y se cierre cuando se tira del hilo.

3. Evaluación y presentación

Finalmente, los estudiantes deben evaluar el desempeño de su brazo robótico. Pueden reflexionar sobre preguntas como:

• ¿El brazo es capaz de levantar los tres rollos de cinta de forma efectiva?
• ¿Qué cambios podrían hacer para mejorar el diseño?
• ¿Cómo podrían optimizar el uso de los materiales disponibles?

Luego, cada grupo puede presentar su diseño y compartir su experiencia en la construcción del brazo, discutiendo los problemas que encontraron y las soluciones que implementaron.

Conclusión

Este proyecto de ingeniería en el aula no solo permite que los estudiantes experimenten con el método científico (observación, hipótesis, experimentación y conclusión), sino que también fomenta habilidades clave en el diseño, la resolución de problemas y el trabajo en equipo. Además, los estudiantes tienen la oportunidad de aplicar principios de las ciencias naturales (como la mecánica y la física) en la creación de un objeto tangible y funcional: un brazo robótico.

Créditos:

Autor: Licenciado en Química, Esneider Grandas Cifuentes – Licenciada en Ciencias Naturales, Judy Paola Velandia

Editor: Mg. Ingeniero Carlos Iván Pinzón Romero

Código: UCDECCOL

Universidad: Universidad Central

Berdugo, M. (S.f) Creatividad, innovación y activación. universidad central. https://auladec.ucentral.edu.co/pluginfile.php/11232/mod_resource/content/1/Sesion1_M3y4.pdf

Harol, H. (S,F) La lúdica en el aula de ingeniería. Articulo web. https://urepublicana.edu.co/ojs/index.php/ingenieria/article/view/239/219