quinta-feira, 15 de outubro de 2015

COIED 2015: Impressão 3D




Apresentação e partilha de experiências na III Conferência Online de Informática Educacional. Que, por ser online, decorreu em telepresença. É uma sensação estranha, o estar a falar para uma webcam, tendo apenas os logs de chat da audiência para lhe medir o pulso. Fica também o registo de um conferencista aventureiro que depois de terminar a palestra decidiu fazer uma demonstração rápida de modelação para impressão 3D e... crashou a aplicação de conferência. Parece que na Blackboard a partilha de aplicações, afinal, não serve para webcast do ambiente de trabalho. Podia ser pior. Podia ser um blue screen of death...

1. Ao mergulhar no mundo da impressão 3D, a sensação que temos é a de algo de fundamentalmente novo, cheio de possibilidades que começam agora a ser afloradas. Qualquer que seja o primeiro passo, a sensação de “olá mundo” é fortíssima. Poderá a curto prazo trazer mais valias pedagógicas? Intuímos que sim, sublinhando que ainda resta um longo caminho experimental e de investigação que permita aferir valência e metodologias que permitam introduzir e potenciar esta tecnologia em contextos educativos.

2. Gostaria de começar por mostrar este gráfico. É um Gartner Hype Cycle. Vale o que vale. Produzido anualmente pelos analistas da Gartner, seguindo os seus critérios internos. Mas esta noção de curva para medir o interesse em novas tecnologias é intrigante. Descreve muito bem, pensamos, as atitudes que temos perante uma nova tecnologia. É algo que nos é intuitivo.  Quando uma nova tecnologia nos desperta a atenção entra no que apelidam de período de grandes expectativas. Todos sentimos isso. E depois pensamos afinal, para que é que isto nos serve? É aí que as expectativas caem, e entram em acção aqueles que estão mais interessados no desenvolvimento das aplicações possíveis. Que, lentamente, vão penetrando mercados e consciências. É o chamado plateau of productivity. Creio que todos conhecemos um exemplo muito recente deste tipo de atitudes. Lembram-se de quando os tablets chegaram ao mercado? Chios de promessa, para logo depois serem desconsiderados como meras ferramentas de consumo de media… e agora tornaram-se prevalentes, e avaliamos com muita seriedade a sua utilização em contextos pedagógicos. Sublinha também que fora de domínios específicos (indústrias de ponta, design) a impressão 3D é uma resposta à espera de perguntas. Ela está cá existe. O que é que podemos fazer com ela? E, no nosso caso específico, poderemos tirar partido dela para incentivar aprendizagens nos nossos alunos?
A Classroom 3D Printing, de acordo com estes analistas, está em ascensão no crescendo de interesse entre a faísca inicial de inovação e o primeiro embate que desperta a curiosidade do grande público. É uma visão com que concordamos. O interesse na impressão 3D ligada à educação está agora a iniciar, com projectos piloto altamente experimentais, um grande despertar da curiosidade dos professores e um número ainda pequeno mas crescente de estudos académicos sobre o tema. Mas quem já traz impressoras 3D para a sala de aula sabe que há ainda muito por perceber sobre a sua pertinência pedagógica. Há que estudar aplicações, integração curricular com as diferentes áreas educativas, metodologias de trabalho. A própria tecnologia subjacente, apesar de avançada, tem o seu quê de Ford Modelo T. Apesar de ser de ponta, é ainda algo rudimentar, com alguns problemas de fiabilidade e usabilidade que tornam, nesta fase, a impressão 3D algo mais próximo de uma arte do que uma técnica. Não tem ainda a fiabilidade a que outras tecnologias já nos habituaram, o que complica um pouco a adopção da impressão 3D por professores com pouco tempo e experiência. Sublinhe-se que não queremos com isto dizer que a tecnologia não é fiável. Mas problemas com o hardware acontecem. Os extrusores bloqueiam, as mesas têm de estar calibradas, passar da modelação 3D à impressão não é um processo linear, a impressão pode falhar porque um aluno acidentalmente desligou a impressora da corrente... são pequenos obstáculos torneáveis por quem está habituado a lidar com tecnologias mas que no dia a dia de uma sala de aula dificultam os processos de utilização, aprendizagem e consequentemente de adopção da tecnologia. E não podemos esquecer que para tirar verdadeiro partido da impressão 3D é preciso aprender a modelar em 3D, algo já mais acessível, mas que depende muito de aplicações profissionais que não foram pensadas para uso com crianças e jovens, havendo falta de aplicações simples que permitam uma iniciação à modelação. Estas começam a surgir, como se nota pelo excelente exemplo da Morphi, cujos criadores se esforçam pela integração curricular directa da modelação e impressão 3D. É um conjunto significativo de factores que dificultam a adopção desta tecnologia por outros que não os early adopters. Não é ligar, imprimir e aprender. Mas o mesmo pode ser dito de todas as tecnologias com potencial educativo, desde os tablets à internet, sem esquecer o próprio computador. Medeia sempre um considerável intervalo de tempo desde que chegam à escola até se generalizarem pedagogias que saibam tirar bom partido de novas tecnologias. Não há aqui pós mágicos, nem inovação por simples presença. É este lado complexo, vindo da experiência de integração de tecnologias, que nos leva a concordar com a forma como estes analistas descrevem o ciclo de maturação desta (e de outras) tecnologias. Depois do deslumbramento inicial, começam os problemas e as questões de isto afinal serve mesmo para quê. Suspeitamos que parte daqueles que hoje investem na impressão 3D nas escolas, dentro de um ano ou dois as tenham colocado de parte por problemas de uso ou falta de ideias (excepção feita aos cursos profissionalizantes, onde a aplicação é directa). É um processo que vimos acontecer com a introdução de outras tecnologias na escola. Dois exemplos rápidos: a introdução de computadores portáteis no primeiro ciclo, que seis ou sete anos depois de ter sido feita (e com os equipamentos já obsoletos e inexistentes com o fim do projecto) tem agora condições para ser aproveitada com o projecto de Introdução à Programação no 1º. Ciclo; ou os tablets, que começaram a chegar à escola nas mãos dos alunos, cujas questões de utilização são agora alvo de estudos de implementação prática, caso do TACCLE2. A simples presença de uma nova tecnologia na sala de aula não garante a pertinência do seu uso. São precisas estratégias, metodologias e ideias para assegurar eficácia pedagógica. Esperemos é que nisto a análise da Gartner erre por cautela. A maturação da Classroom 3D Printing está apontada como acontecendo num intervalo de mais de dez anos entre o arranque inicial e a sua disseminação (o plateau of productivity da curva). Esperemos que o trabalho pedagógico, que pelo que temos visto arrancou com força, acelere esta pouco optimista escala temporal.
Uma nova tecnologia abre-nos enormes campos de possibilidade. Resta arrisca, testar, experimentar, para perceber como a colocar ao nosso serviço.

3. O que é a impressão 3D? Sem querer entrar em muitos detalhes, é a manufactura de um objecto criado digitalmente em camadas de materiais sucessivamente depositadas por um robot controlado por computador. Há muitas variantes desta tecnologia, desde a solidificação de polímeros com lasers ao depósito de filamento termoplástico derretido. Destas, a que tem encontrado maior aceitação junto da comunidade (por uma combinação de simplicidade com o caducar de patentes) é a impressão por depósito de filamento, comummente referida por FDM (fused deposition modeling, termo sob copyright pela Stratasys) ou FFF (Fused Filament Fabrication)/PJP (Plastic Jet Printing).

Grosso modo, a impressão 3D FFF é feita por uma cabeça de impressão que aquece o material termoplástico a temperaturas específicas, forçando a sua saída através de um extrusor que o deposita sobre uma superfície (mesa de impressão). Motores passo a passo controlam a posição da cabeça e mesa nos eixos XYZ, permitindo que o extrusor deposite camadas sucessivas de filamento que vão construindo um objecto.

A tecnologia de impressão 3D, ou manufatura aditiva, é apontada como mudança paradigmática (Winnan, 2013) com uma gama crescente de aplicações industriais, científicas, económicas e lúdicas (Lipson & Kurman, 2012). Que mais-valias esta tecnologia poderá trazer aos processos de aprendizagem? Intuímos que poderá ter potencial e queremos perceber como dela tirar partido para a aprendizagem. Iniciámos um caminho de procura de estratégias concretas de adaptação à sala de aula, em contextos interdisciplinares e integração com as metas curriculares de Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC).
Esta é uma área recente, com pouca literatura sobre experiências educacionais. Registam-se abordagens que incidem nas artes e CTEM (Thornburg, Thornburg, Armstrong, 2014) com projectos simples, requerendo poucos conhecimentos de modelação e integrando saberes de diferentes áreas para conceção e impressão em 3D de objetos para jogos matemáticos, módulos de pavimentações, elementos de sólidos ou engrenagens funcionais (Eisenberg, 2013).

4. Nas primeiras experiências em sala de aula analisámos e implementámos três opções de utilização rápida pelos alunos: 3D scanning, modelação por primitivos, e modelação rigorosa em Sketchup Make. O 3D scanning permite digitalizar objectos físicos a partir de fotografias e aplicações de fotogrametria. Modelação por primitivos é um dos mais antigos processos de modelação em 3D, através da justaposição de formas geométricas para modelar objetos complexos. Utilizar o Sketchup Make para modelação 3D é uma das mais populares opções entre os nossos alunos, requerendo rigor e atenção à integridade do modelo durante a modelação.

5. Preparar modelos para imprimir não é um processo automático e requer alguns procedimentos que variam de acordo com o tipo de modelo. Antes de imprimir é necessário converter para STL (formato de ficheiro para impressão 3D), fazer redução da mesh (diminuir a contagem de polígonos), solidificar (eliminar geometria interior e intersecções), e validar o ficheiro. Usamos uma combinação de ferramentas que inclui o Meshlab (converter e redução da mesh), Meshmixer (solidificar) e netfabb (operações de correcção automatizadas, validação, corte nos eixos). Só depois se importa para o software de slicing e impressão (beesoft, no nosso caso). São operações efectuadas por tentativa e erro, que ainda não conseguimos implementar na sala de aula.

6. Este é o nível mais elementar, o mostrar, introduzir, desmistificar e aproximar esta tecnologia. Começa por aqui, colocando uma ferramenta avançada nas mãos dos alunos, despertando-lhes a criatividade. No nosso contexto específico, interessava-nos um produto simples de usar, acelerando a utilização com alunos em sala de aula. A utilização decorre em duas vertentes: como recurso de apoio a projectos interdisciplinares, e na disciplina de TIC na sequência da aprendizagem de modelação 3D elementar na abordagem das metas curriculares (Coelho, 2014).

7. A forma que consideramos mais rica de explorar o potencial da impressão 3D é através de projectos interdisciplinares, em que os alunos mobilizam conhecimento e aprendizagem de diversas áreas na concepção e produção de objectos específicos. É, em nossa opinião, uma das mais ricas formas de exploração das TIC em geral e impressão 3D em particular nos contextos pedagógicos.

É o caso deste, que denominámos de Matéria Digital, em parceria entre as áreas curriculares de TIC e Educação Visual. Tínhamos como objectivos construir bonecos articulados e recriar de utensílios de cozinha, com alunos dos 2.º e 3.º ciclos. Podem ver nas imagens quer os resultados quer momentos do processo de trabalho. Em Educação Visual foram exploradas metodologias de trabalho projectual e conteúdos relativos, enquanto TIc abriu espaço à modelação 3D com Sketchup. A impressão efectiva dos objectos teve de ser efectuada fora dos momentos desta actividade, uma vez que o tempo de impressão de um objeto é demorado e não se adequa à duração média de uma sessão de trabalho de 90 minutos.

No cruzamento de saberes de áreas científicas, artísticas e tecnológicas no desenvolvimento de projetos, este tipo de projectos incentiva a utilização criativa de meios digitais avançados. Seguimos aqui o caminho da experiência de introdução da impressão 3D, mas este tipo de metodologia apresenta resultados muito ricos com outras vertentes tecnológicas.

8. O interesse pela integração de impressão 3D na educação básica é crescente, especialmente no domínio das CTEM. Não resisto a destacar, a título de exemplo, o trabalho possibilitado por esta app para iOS. Infelizmente, para aqueles que trabalham com tablets do ecossistema android, as escolhas são mais limitadas. Pessoalmente não encontro uma app android capaz destas valências do morphia. Mostra como o 3D printing liberta a imaginação e dá às crianças uma nova forma de explorar aprendizagem e criatividade. Destaco estes porque para além de programarem a app também se dedicam a experimentar, colocando a impressão de 3d nas mãos de crianças, focalizada com conceitos das CTEM. E são um de entre dos muitos que cada vez exploram mais activamente estes campos.

Ideias rápidas? Existem, e começa a haver literatura sobre o tema. Focalizando entre TIC e CTEM, as actividades de concepção e impressão em 3D de objectos para jogos de lógica, módulos para pavimentações, elementos para construção de sólidos ou engrenagens funcionais. Já nos domínios artísticos pode passar pela modelação e captura 3D, reinventando objectos artísticos como forma de apropriação de linguagens artísticas e desenvolvimento de percepção espacial.

9. Referências bibliográficas:

(2014). Beethefirst Quick Start Guide. Aveiro: Beeverycreative. Obtido a 03 de março de 2015 de https://www.beeverycreative.com/wp-content/uploads/2014/08/BEEmanual-EN-PT-DE-2014-05-19.pdf.
Coelho, A. (2014). Tecnologias 3D nas TIC: Projeto 3D Alpha. in Miranda, G., et al, Aprendizagem Online Atas Digitais do III Congresso Internacional das TIC na Educação (pp. 255-259). Lisboa: Instituto da Educação da Universidade de Lisboa.
Eisenberg, M. (2013). 3D printing for children: What to build next? in Read, J., Markopoulos, P., International Journal of Child-Computer Interaction, vol. 1, n.º 1 (pp 7-13). Obtido a 03 de março de 2015 de http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212868912000050.
Frauenfelder, M. (2013). Make: Ultimate Guide to 3D Printing 2014. São Fran-cisco: Maker Media.
Lipson, H., Kurman, M. (2012). Fabricated: The New World of 3D Printing. Indianapolis: John Wiley & Sons.
Meier, C., Pérez, J., Cantero, J., Díaz, D. (2015). El Patrimonio escultórico en el aula. Actividades con tecnologías de Modelado e Impresión 3D y Gamificación. La Laguna: Universidad La Laguna.
Thornburg, D., Thornburg, N., Armstrong, S. (2014). The Invent To Learn Guide to 3D Printing in the Classroom: Recipes for Success. CMK Press.
Winnan, c. (2013). 3D Printing: The Next Technology Gold Rush. Amazon Digital.

Sem comentários:

Publicar um comentário