Robótica educativa #5 ¿Qué es Arduino?

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Bienvenidos a Juegos Robótica, el podcast en el que hablamos de robótica educativa, iniciación a la programación, aplicaciones para docentes, entornos de programación para niños y en general todo lo que tiene que ver con despertar la curiosidad de los más jóvenes por la programación y la tecnología para que se conviertan en creadores y no en meros consumidores.

Como ya sabes este podcast es un reflejo sonoro de los contenidos y cursos que puedes encontrar en juegosrobotica.es

Y recuerda que si quieres aprender a programar a través de la robótica o quieres formarte para enseñar a programar puedes darle un vistazo plataforma de cursos en juegosrobotica.es/cursos y acceder a la formación online más completa con robótica educativa por 10 euros al mes, aprendiendo desde la base y a tu ritmo.

En el episodio de hoy vamos a hablar de Arduino. Es muy probable que lo hayas oído nombrar pero no sepas exactamente qué es o qué tiene que ver con la robótica educativa y la programación.

Arduino es una plataforma relativamente joven pero que ha supuesto una revolución en muchos aspectos y no podemos dejar más tiempo sin que aparezca en el podcast.

Para entender mejor qué es Arduino tendrías que tener claro qué es un microcontrolador, y cuáles son las diferencias con un microprocesador.

Aunque cada vez están más cercanos entre sí, la mayoría de las personas pueden identificar lo que es un microprocesador ya que se identifica con un ordenador y de la misma manera lo asociamos a un teléfono móvil o a una tablet puesto que pensamos en esos dispositivos móviles como pequeños ordenadores.

Un microcontrolador no tiene la potencia de cálculo ni la velocidad que puede tener un microprocesador, pero tiene una estructura más compleja puesto que reúne una serie de elementos en un único chip. Estos elementos pueden ser memoria, adaptadores de señal, conversores analógico-digital, comparadores, etc.

Otra gran diferencia es que el microcontrolador está diseñado y se suele programar para una única tarea o función, al contrario que el microprocesador que puede trabajar en multitarea y tiene usos genéricos.

Piensa que un ordenador, con su microprocesador, puede ser utilizado para prácticamente cualquier utilidad que se nos ocurra con rendimientos muy altos.

Sin embargo el microcontrolador, que es un ordenador por si mismo pero de muy baja capacidad contenido en un pequeño chip, controla funciones muy concretas.

Por ejemplo puedes encontrar un microcontrolador en el teclado de un ordenador, controlando la comunicación con el PC, o en un electrodoméstico como la lavadora, el frigorífico o la cafetera, gobernando los ciclos de trabajo y el funcionamiento general del electrodoméstico. O piensa en juguetes que realizan algún sonido o se mueven de forma automática al presionarles o moverlos… también tienen un microcontrolador. Su relativo bajo coste permite ver un microcontrolador en juguetes de menos de 5€.

Si fuiste niño en los 80 recordarás populares juegos como Hundir la flota por computador o Simon… por supuesto este tipo de juegos empezaron a aparecer en aquel entonces precisamente por la generalización de los microcontroladores, piensa que el primer microcontrolador se empezó a comercializar en los años 70.

Los pinballs o petacos también evolucionaron en aquella época gracias a los microcontroladores, y es un buen ejemplo de cómo pasaron de un control electrónico a base de relés y contactos a un control más estructurado y con muchas más posibilidades gracias a los microcontroladores.

El microcontrolador, lo mismo da que esté en una lavadora o en un pinball, está haciendo la función de decisión dentro de la definición que hacíamos de robótica y automática hace unas semanas. Según la lectura de unos sensores, ejecuta un programa mediante el que decide actuar sobre unos actuadores.

Para introducir ese programa interno que debe tomar esas decisiones se utilizaban y se utilizan programadores específicos para cada microcontrolador que requieren a su vez de interfaces de programación específicos.

Si yo soy un fabricante de cafeteras, de lavadoras o del antiguo juego Simon, desarrollaré un programa único para alojar en un microcontrolador concreto, y una vez desarrollado el programa lo introduciré en miles o millones de microcontroladores que irán alojados en mi producto. Quiero decir que la idea original no es la de ser reprogramados y que al final las herramientas de programación eran caras y sólo estaban en manos de fabricantes y de universidades.

Pues bien, mediante la plataforma de Arduino ya no se requiere un caro programador específico ni un entorno de programación exclusivo para poder programar un microcontrolador, sino que cualquier persona puede programar un microcontrolador utilizando ya la propia placa de desarrollo que lo integra por unos 20€ o incluso menos.

Además Arduino nos ofrece un entorno de programación claro y eficaz, que cualquiera puede instalar de manera libre en su equipo y puede programar el microcontrolador mediante un lenguaje muy similar a C.

Es decir,  hoy en día, gracias a la plataforma Arduino cualquier persona puede programar un microcontrolador y llegar a hacerse su propia cafetera, lavadora o pinball.

Pero… ¿cómo surgió Arduino? ¿De dónde salió la idea de hacer algo así?

Hace relativamente poco, recién estrenado el siglo XXI Massimo Banzi, que por aquel entonces era profesor asociado en el Instituto de diseño interactivo de Ivrea en Italia, dirige una tesis del estudiante colombiano Hernando Barragán titulada “Wiring” en la que presenta una herramienta electrónica que permita la programación por parte de personas no cualificadas.

Ese fue seguramente el germen que llevó a Banzi a presentar en 2005 el proyecto Arduino. En el equipo inicial del proyecto Arduino además de Tom Igoe, Gianluca Martino y David Mellis tenemos la suerte de que también estaba David Cuartielles quien precisamente en la actualidad es responsable del área educativa de Arduino. David hace gran difusión del proyecto Arduino en español en diferentes medios por lo que es un primer punto de referencia si quieres estar al tanto de todo lo que rodea a Arduino desde la fuente misma del proyecto.

En un primer momento la idea era que personas con pocos conocimientos de programación pudieran utilizar un microcontrolador. De hecho el perfil de usuarios eran creadores y artistas que pudieran integrar elementos electrónicos controlados por el microcontrolador en sus creaciones artísticas, y así ampliar las posibilidades de expresión con todas las opciones del mundo digital.

Una placa de Arduino integra un microcontrolador y todo lo que necesita a su alrededor para hacerlo práctico. Tiene un regulador de tensión para que podamos alimentarlo dentro de rango de tensiones. Tiene fácil acceso por medio de pines a las entradas y salidas del microcontrolador. Para la lectura de sensores analógicos, que son aquellos que nos pueden dar no sólo un uno o un cero, sino un rango infinito de valores de la medida que están tomando… por ejemplo un sensor de temperatura… pues para la lectura de de sensores analógicos cuenta con un conversor analógico-digital para traducir esa señal a valores digitales. También integra una comunicación serie para que nos podamos comunicar con el microcontrolador por medio del USB por ejemplo. Esta comunicación serie nos permitirá programar el microcontrolador.

Y aunque todos estos conceptos te puedan abrumar si nunca has tenido ningún contacto con la electrónica, el resumen es que todos ellos ayudan a que gente que no ha tenido ningún contacto con la electrónica pueda programar y aprovechar el potencial de un microcontrolador para lo que quiera… igual que los artistas a los que estaba dirigido en un principio.

La placa se popularizó rápidamente ya que era muy económica y permitía el acceso a la tecnología de los microcontroladores a todo el mundo.

Otra característica principal del proyecto Arduino es que es abierto. Es fácil entender que el entorno de programación, o entorno de desarrollo integrado, el IDE de Arduino… sea abierto. Es un software que instalamos en nuestro ordenador para comunicar con la placa de Arduino, y con el software nos cuesta menos entender el concepto open-source.

El código es público y permite ser analizado por cualquier persona, que puede proponer mejoras o hacer su propia versión. Además es de libre distribución por lo que cualquier persona lo puede descargar libremente e instalar en su ordenador. Esto hace que el uso se extienda más rápidamente y que el código se depure y se mejore constantemente.

Hay muchos ejemplos de software libre, pero no tanto de hardware libre, sobre todo cuando apareció Arduino.

Y es que los diseños de placas Arduino también son libres, cualquiera puede reproducir libremente el diseño y hacerse su propia placa o incluso comercializarla, aunque no con la marca comercial de Arduino.

Es uno de los primeros ejemplos de hardware libre y que ahora estamos más acostumbrados a ver en diseño 3D por ejemplo.

De nuevo el concepto libre aplicado al hardware hace que la plataforma en su conjunto se popularice con enorme velocidad convirtiéndose hoy en día en prácticamente un estándar en educación.

Y después de todo esto quizá te sigas preguntando ¿pero qué es? ¿para qué me sirve?

Si nos centramos en el ámbito educativo Arduino nos va a proporcionar diferentes ventajas dependiendo de cómo lo utilicemos, pero de manera muy clara lo podemos utilizar para enseñar a programar.

Lo mismo que vemos en programación informática podemos llevarlo a la computación física, es decir vamos a conseguir mediante programación interactuar con el medio físico mediante luces, sonidos, motores, etc y eso llama mucho la atención de quienes están aprendiendo por lo que conseguimos mayor motivación que si nos quedamos únicamente en la programación informática.

Además podemos utilizar Arduino para ver circuitos electrónicos en tecnología y darles un uso práctico directo.

Podemos plantear proyectos de todo tipo partiendo de un simple termómetro digital que podría costar un par de euros pero que si lo programamos nosotros nos va a permitir conocer cómo funciona perfectamente, a un sistema complejo de domótica o un dispositivo conectado del internet de las cosas.

Podemos contar con la ayuda de una gran comunidad en torno a Arduino debido a su enorme popularidad. El hecho de que el propio proyecto sea abierto contribuye a que los usuarios de Arduino compartan esa filosofía y publiquen sus proyectos y documentación para que luego puedan ser utilizado por otros. Es muy fácil encontrar inspiración en repositorios de todo tipo y simplemente con teclear en un buscador el proyecto que tenemos en mente junto con la palabra Arduino nos llevará a multitud de resultados de gente que ha hecho algo muy parecido y que nos puede servir de ayuda.

Existen multitud de guías si eres principiante y quieres acercarte a Arduino, aunque dado el tiempo que Arduino lleva entre nosotros la mayoría de ellas son antiguas. Una de las guías de iniciación en la que puedes consultar información actualizada sobre los kits de Arduino más recomendados la encuentras en la web muyROBOT.

Una vez tengas tu kit, si lo que buscas es formarte, puedes contar con multitud de documentación publicada que es accesible para cualquier persona, si bien el problema que puede haber hoy en día es que para alguien que está empezando hay tanta información que a veces es fácil despistarse.

Si has intentado empezar con Arduino y has encontrado este problema dale un vistazo a los cursos de Juegos Robótica donde se empieza con Arduino desde cero, sin necesidad de conocimientos previos ni de programación ni de electrónica. De hecho podrás empezar a programar Arduino por bloques.

De nuevo esta otra ventaja de que el proyecto Arduino sea open source. Hubo quienes vieron la necesidad de que Arduino fuera programable  a través de bloques y hoy en día tenemos varias opciones para hacerlo.

Arduino pone a nuestra disposición diferentes placas para diferentes usos y sobretodo con diferentes capacidades, integrando diferentes microcontroladores que tendrán diferente capacidad de procesamiento, memoria, o número de entradas y salidas.

Si estás pensando en iniciarte o eres profesor y quieres utilizarlo en tus clases o tienes hijos y quieres que se aproximen a la computación física, lo ideal es empezar con la placa Arduino UNO.

Podemos decir que es la original, la placa más extendida y popular. Por su precio nos ofrece un gran número de posibilidades y al llevar tantos años en el mercado es sobre la que hay más documentación y proyectos publicados.

El 99% de los libros que encontrarás sobre iniciación en Arduino tendrán la placa Arduino UNO como referencia.

En tu búsqueda inicial de información sobre Arduino encontrarás que la mayoría de la información disponible viene de la propia Arduino pero también de la comunidad maker.

Aunque los makers por sí solos merecen un episodio del podcast a parte, hay que nombrarlos si hablamos de Arduino ya que son quienes han impulsado con más fuerza su uso fuera del ámbito educativo.

Un maker necesita crear, necesita entender cómo funcionan las cosas y para ello prefiere hacerlas a comprarlas ya hechas. La satisfacción de entender lo que está haciendo y aprender haciendo justifica que en la mayoría de proyectos se gaste más dinero haciéndolo por sí mismo que comprándolo ya fabricado, aunque normalmente lo que haga no se fabrique igual que él o ella lo tiene en su cabeza.

Digamos que siguen la filosofía construccionista de Papert de manera innata, sin saber nada de Papert ni de Piaget, pero sabiendo que lo que les llena es crear y entender las cosas.

Y sobre todo, y muy importante, no tienen por qué tener una formación técnica. Algunos serán incluso ingenieros, pero gran parte no tiene formación en electrónica ni programación y puede trabajar en su día a día como conductor de autobús, o puede ser médico, abogado o agricultor.

Quizá te acabas de dar cuenta de que eres un maker… si es así enhorabuena! En un mundo global conectado por internet seguramente si eres un maker ya lo sabrías antes de oír este podcast, pero si no es así y es un término nuevo para tí pero crees que cuadra contigo, entonces debes empezar a conectar con la comunidad maker de tu ciudad o al menos por internet.

Busca fablabs, maker spaces o simplemente pon en un buscador “comunidad maker” unido al nombre de tu ciudad y encontrarás espacio donde se comparten herramientas y conocimiento para poner en marcha todos los proyectos que tengas en la cabeza.

Pues bien, los makers lógicamente acogieron Arduino con los brazos abiertos. Les facilitaba enormemente el acceso a proyectos que necesitasen algún grado de automatización como puede ser un simple dispensador de comida para el perro o un control de riego que dependa de la humedad del suelo.

Pero claro, al ver lo que eran capaces de hacer con Arduino se plantearon nuevos proyectos con la idea de usarlo directamente.

El resultado final a lo largo de estos años es una cantidad enorme de proyectos publicados que puedes replicar y de los que puedes aprender.

Mi recomendación es que a parte de reproducir los proyectos que te gusten intentes aprender entendiendo bien todo el funcionamiento. A veces como todo es libre y está publicado la gente tiende a hacer copia y pega y disfruta del resultado pero realmente no aprende.

En el entorno educativo también hay mucha documentación publicada tanto por Arduino como por profesores que gracias a su experiencia proporcionan material de mucho valor en forma de prácticas o incluso currículos completos.

Si eres docente suelen haber disponibles cursos de iniciación en Arduino disponibles así que sólo tienes que informarte en tu centro, lo único malo es que normalmente se quedan en lo básico, y cuando el profesor necesita algo más de nivel para transmitir a sus alumnos es cuando no hay tanta oferta de cursos adecuados para su necesidad.

El resumen final sobre Arduino es que se trata de un entorno de programación y una placa de desarrollo que te va a permitir realizar proyectos de automática y robótica de manera económica y sencilla, viendo resultados desde el principio y con documentación y material compartido a tu disposición para ayudarte y motivarte.

Hay kits de Arduino de la propia marca Arduino o de terceras marcas que incluyen una placa Arduino UNO y diferentes sensores y componentes de electrónica por unos 50€ por lo que te diría que lo mejor que puedes hacer es darte una vuelta viendo proyectos por Youtube y si te apetece comprar un kit y ponerte manos a la obra.

En el podcast seguiremos viendo cosas referentes a la plataforma Arduino, pero de momento con el episodio de hoy ya te ha podido quedar más claro qué es y para qué sirve.

Nos escuchamos en un próximo episodio analizando quizá otro kit de robótica educativa o cualquier herramienta que nos ayude en el aprendizaje de la programación y la robótica.

Hasta entonces… adiós!