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Mostra Nacional de Robótica (MNR) 1

ECOBOT: UM ROBÔ DE MONITORAMENTO E CONTROLE DE MICRO-ECOSSISTEMAS UTILIZADO COMO FERRAMENTA PARA A SIGNIFICAÇÃO

DA APRENDIZAGEM DAS CIÊNCIAS NATURAIS ANA CAROLINA BARRETOR DE JESUS1,2, GABRIEL ROSA ALVES1,2, LEONARDO CARDIM DE

LIMA VASCONCELLOS1,2, IVISSON VALVERDE1,2, FÁBIO FERREIRA1,2 1 COLÉGIO CÂNDIDO PORTINARI

Rua Adelaide Fernandes da Costa, n.º 487, Costa Azul 41.760-040 – Salvador – BA

2 CLUBE DE INVESTIGAÇÃO CIENTÍFICA ROBOTICS

Rua Adelaide Fernandes da Costa, n.º 487, Costa Azul 41.760-040 – Salvador – BA

Resumo. O ECOBOT é um Projeto de Integração dos Laboratórios de Ciências Naturais e o Laboratório Integrado de Tecnologias Educativas - LABINTEC, ambos do Colégio Cândido Portinari, que está situado na Rua Adelaide Fernandes da Costa, nº 487, Costa-Azul - Salvador - Bahia - Brasil, desenvolvido pelo Clube de Investigação Científica Robotics (CIC Robotics), que tem por finalidade o desenvolvimento de um protótipo de um micro-ecossistema fechado que monitora e controla o terrário automatizando estes processos. O projeto ECOBOT visa promover a melhor aprendizagem dos alunos do 6º ano do Ensino Fundamental na área de Ciências Naturais. Através desta ferramenta, poder ser observado fenômenos macroscópicos e microscópicos, além de exercer controle a partir destes fenômenos, o que permitirá uma ampla investigação através da simulação de ecossistemas fechados (terrário).

Palavras Chaves: Micro-ecossistemas, Robótica, Educação.

Abstract. The ECOBOT is a Project Integration Laboratories of Natural Science and Laboratory Integrated Education Technologies - LABINTEC, both the High School Cândido Portinari , which is situated at Adelaine Fernandes da Costa street, nº 487, Costa Azul - Salvador- Bahia- Brazil developed by Robotics Club Scientific Investigation (CIC Robotics), which aims to develop a prototype of micro closed ecosystem that monitors and controls terrarium automating these processes. The project aims to promote better ECOBOT student learning in the 6th grade of elementary school in the area of natural sciences. Through this tool, it can be observed macroscopic and microscopic phenomena, besides exerting control from these phenomena, which will allow a full investigation by simulating closed ecosystems (terrarium).

Keywords: Micro-ecosystems, Robotics, Education.

1 INTRODUÇÃO O ECOBOT é um robô desenvolvido para monitorar e controlar um micro-ecossistema (terrário) utilizado como ferramenta de estudo que proporciona a simulação e

observação de fenômenos microscópicos e macroscópicos. As investigações sobre a natureza realizada pelos estudantes, através desta ferramenta será possível realizar problematizações, analises e levantamento de hipóteses ou conclusões sobre a atividade com o terrário.

Os questionamentos sobre o projeto é como podemos ampliar a percepção dos fenômenos (naturais ou antrópicos) para aprofundar as investigações no terrário a partir da automação dos processos de monitoramento e controle do ambiente? Por isso, O ECOBOT tem o objetivo de promover a mudança de método dedutivo para método indutivo nas investigações realizadas no laboratório de ciências através da atividade de observação do terrário pelos alunos do 6º Ano do Ensino Fundamental do Colégio Cândido Portinari (LAKATOS & MARCONI, 2010).

A relevância do projeto consiste em inovar e aprofundar a forma de pesquisa e estudo em torno da temática ecossistema e seus fenômenos, nas aulas de ciências naturais do ensino fundamental.

Este é um projeto de pesquisa aplicada que utiliza a robótica para estimular a aprendizagem de ciências naturais. Ajuda a realizar pesquisa teórica a cerca dos conhecimentos de ciências naturais. Através do estudo de caso das aulas de ciências, percebemos que seria muito interessante o sofisticamento do terrário para aprofundar nos estudos saindo do campo teorico para conclusões concretas.

2 REFERENCIAL TEÓRICO Os terrários são objetos de estudo e observação amplamente utilizados em aulas de Ciências Naturais, principalmente como forma de tornar o conhecimento mais acessível e dinâmico aos alunos do ensino fundamental. Assim, podem ser encontrados diversos materiais de pesquisa a cerca da produção de um terrário comum, ainda que alguns sejam superficiais ou sem um maior embasamento teórico. Mas, ainda assim, muitas vezes se tornam limitados quanto ao potencial de análise dos ecossistemas naturais. Ao utilizarem essa ferramenta, os

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professores podem abordar diversos aspectos do campo biológico, mas com um enfoque nos fenômenos macroscópicos, que podem ser observados visivelmente, como:

§ Respiração (animal e vegetal);

§ Transpiração (animal e vegetal);

§ Reprodução (animal e vegetal);

§ Ciclo da água - processo hidro-climático, estados físicos da água;

§ Mecanismos vitais dos ecossistemas.

Devemos ter o cuidado de perceber que o estudo dos fenômenos macroscópicos (visíveis “a olho nú”) analisados nesse terrário comum (respiração, ciclos do carbono, oxigênio e hidrogênio) só podem ser deduzidos a partir do conhecimento prévio do que irá acontecer, sendo apenas observados a partir de fenômenos consequentes, isto é, só poderiam ser analisados na teoria, e não na prática.

Conforme o INPE (2012), "os PCDs (Plataformas de Coleta de Dados) ou Estações Ambientais Automáticas surgiram da necessidade de inúmeras empresas e instituições obter regularmente informações colhidas em lugares remotos ou espalhadas por uma região muito extensa". O ECOBOT se assemelha muito com os PCDs no que tange a uma plataforma de coleta de dados por estabelecer a simulação de um micro-ecossistema monitorado e controlado através de processos automatizados que visa a educação ambiental.

3 MICRO ECOSSISTEMA FECHADO O terrário é uma simulação do ambiente terrestre, construído em um local fechado, com pedras, areia, argila, terra, plantas e animais pequenos. É um exemplo de um micro-ecossistema que tem como fonte de energia a luz solar, possibilitando os fenômenos da fotossíntese e ciclo da água, por exemplo. Através do processo fotossintético, se desenvolve uma cadeia alimentar composta por produtores e predadores que termina nos decompositores (USP, 2012b).

3.1 Montagem do Terrário A montagem do terrário, aparentemente, é bem simples e dividida em cinco camadas. Cada camada com nível e espessura. Os materiais necessários para elaborar o terrário foram:

1) Pedras de diferentes tamanhos; 2) Carvão; 3) Cascas de Árvores; 4) Areia; 5) Adubo Orgânico; 6) Húmus; 7) Seres Autótrofos (espécies do filo Briófita); 8) Malha Galvanizada Hexagonal; 9) Tela Plástica (filtro).

3.1.1 Formação do Lago e Lençol Freático

A malha Galvanizada hexagonal e a tela plástica foram utilizadas para confeccionar um pequeno lago no terrário. No lago será possível realizar algumas medições relacionadas ao pH, oxigénio dissolvido e salinidade da água. A malha permite a passagem regular da água através de suas aberturas, mas também impede que a terra se misture ao lago deixando a água

limpa e susceptível a análise, como ilustrado na Figura 1 (legenda n. 6).

3.2 Formação do Solo A montagem do solo foi organizada em camadas que reproduzem da forma mais fiel possível as diversas divisões da crosta terrestre. O ECOBOT foi dividido em cinco camadas:

Figura 1. Formação do solo do ECOBOT

Legenda: 1° Humus; 2º Mistura de carvão e adubo orgânico; 3º Areia; 4º Mistura de terra, areia e pequenas pedras; 5º Pedras grandes; 6º Formação do

lago.

A Figura 1 ilustra a distribuição das camadas no ECOBOT. Cada camada vai funcionar como um filtro natural, além de servir como fonte de nutrientes para as plantas. A faixa 5 da figura simboliza as rochas (rochas matrizes) que não sofreram tanto com o intemperismo químico e físico. A quarta faixa é a rocha fragmentada (ou regolito) que sofreu um desgaste maior que a rocha matriz, a terceira camada é a faixa do solo que sofreu maior desgaste em relação as outras já a segunda e primeira camada possuem a matéria orgânica.

Figura 2. Taxonomia do solo

Fonte: (adaptado de EBAH, 2012)

3.3 Vegetação As formações vegetais são tipos de vegetação facilmente identificáveis na paisagem e que dominam extensas áreas. É o elemento mais importante na classificação de biomas e este, por sua vez, são sistemas em que o solo, clima, relevo, fauna e demais elementos da natureza interagem entre si formando tipos semelhantes de cobertura vegetal (SENE & MOREIRA, 2010).

O solo do terrário, que é composto de cascalho de rio, areia, carvão vegetal triturado, um pouco de húmus são os melhores substrato para as plantas que serão desenvolvidas no ecossistema "engarrafado". O tipo de planta indicado para ser utilizado em um ecossistema fechado seria da espécie das briófitas. As briófitas são plantas pequenas que não passam de 5cm e vivem geralmente em lugares úmidos e sombreados. Um exemplo de briófitas bem conhecida são os musgos, que formam longos tapetes verdes em florestas tropicais ou em outros ambientes bastante úmidos (AMABIS & MARTHO, 2009).

3.4 Lençol Freático Conforme UNB (2012), "o lençol freático é a superfície que delimita a zona de saturação da zona de aeração, abaixo da qual a água subterrânea preenche todos os espaços porosos e permeáveis das rochas e/ou solos". O lençol freático tende a acompanhar o modelo topográfico e sofre oscilações durante o


ano pois ele depende das estações do ano. Um dos principais fatores que mantém o lençol freático “vivo” é a cobertura vegetal que: § evita a erosão do solo preservando o fluxo lento do lençol § o sombreamento das árvores diminui a temperatura do

solo § a cobertura vegetal alivia o impacto da chuva, as raízes

seguram o solo e impedem de assorear os rios e riachos

4 DESENVOLVIMENTO DO ECOBOT O ECOBOT é um sistema de automatização de processos (monitoramento e controle) acoplado a um terrário que permite explorar, desde as primeiras séries, os passos da investigação científica: observação, problematização, levantamento de hipóteses, experimentação, registro, análise e conclusão. Esses passos testam e comprovam que os estudantes fazem ciência exatamente como os cientistas. As mudanças estruturais aconteceram devido a visualização e problemas na montagem do solo.

4.1 Controlador Lógico Programável (NXT) O NXT (controlador lógico programável), chamado de "bloco inteligente" é o responsável pelas decisões do robô. As informações captadas no ambiente (percepção) através dos sensores são processadas, o que permite uma tomada de decisão (reação) do robô. O NXT possui três portas de saída para atuadores/efetuadores (motor e LED) e quatro portas de entrada para que se possa "plugar" sensores dos mais diversos (Mindstorms, Mindsensors, Hitechnic, Vernier, etc.). O NXT pode estabelecer comunicação via Bluetooth e pela porta USB 2.0 (ver Figura 3).

Tabela 1. Mapeamento de Sensores e Efetuadores do ECOBOT

NXT 1 NXT 2

Leitura (sensor) Leitura (sensor) Efetuador (motor)

1. HID 1. Numeric Pad Motor da Tampa Porta A e B

2. Multiplex Sensor: § Porta 1) Temperatura

do Solo; § Porta 2) Umidade

Relativa do Ar; § Porta 3) Salinidade; § Porta 4) Oxigênio

Dissolvido

2. Multiplex Motor: § Garrafa 1 § Garrafa 2

Motor da Trava Porta C

3. Multiplex Sensor: § Porta 1) Umidade do

Solo § Porta 2) Temperatura

Ambiente § Porta 3) pH § Porta 4) Luminosidade

3. Multiplex Motor: § Garrafa 3 § Garrafa 4

4. Oxigênio 4. Multiplex Motor: § Câmera § Switch de Luz

(On/Off)

4.2 Comunicação via Bluetooth A troca de mensagens via bluetooth acontece devido a necessidade de criar uma interação entre robôs, o que proporciona uma rede de associação de dados entre o NXT que está responsável pela monitoração e o NXT que controla o ambiente. As mensagens apenas solicitam uma ação, contudo, o NXT (controle) que recebe a mensagem sabe o que fazer. O NXT (monitorador) identifica a necessidade de intervenção no ambiente, transmite o comando e o NXT de controle executa. O sistema é chamado de mestre-escravo, pois um NXT comanda as ações de modificar e o outro executa as intervenções no terrário.

4.3 Estrutura de Acrílico Antes de adotarmos a estrutura de acrílico, utilizamos um garrafão de vinte litros (fora da validade para reutiliza-lo), devido a experiência realizada nas aulas de ciências do 6º Ano do Ensino Fundamental que monta o terrário reutilizando os garrafões. Contudo, após a utilização nas versões do ECOBOT 0.5 (protótipo) e 1.0 (robô), percebemos a dificuldade de se visualizar os fenômenos, limitando a investigação científica dos alunos.

4.3.1 ECOBOT 0.5 (protótipo)

A versão 0.5 do ECOBOT (protótipo) era composto pelo garrafão de vinte litros, no qual o terrário foi montado, sendo monitorado pelo LabQuest (ver tópico 4.9). ECOBOT 1.0 (robô)

4.3.2 ECOBOT 1.0 (robô)

O Protótipo 1.0 já era monitorado pelo robô e possuia um controle wireless para abrir a tampa do terrário.

Figura 4. ECOBOT 1.0 e Protótipo 0.5

Legenda: (da esquerda à direita) 1. Monitor exibindo leitura do robô; 2. ECOBOT 1.0 (robô); 3. ECOBOT 0.5 (protótipo)

4.3.3 ECOBOT 1.5 (protótipo)

A mudança do garrafão de 20L pelo acrílico, apesar do apelo de sustentabilidade da versão anteiror, facilita a observação e permite modelar melhor a montagem do terrário, que otimiza a distribuição do terreno e proporciona um aumento no número de experiências. Neste protótipo, assim como na versão 0.5, realizamos a verificação dos valores dos sensores através do LabQuest.

4.3.4 ECOBOT 2.0 (robô)

O robô ECOBOT 2.0 manteve praticamente a mesma estrutura do protótipo 1.5, porém suas dimensões foram alteradas (aumentou de tamanho). A parede do fundo se prolongou devido a necessidade do suporte do Sistema de Irrigação (ver tópico 4.4.) e a parte superior que estava improvisada é presa a estrutura, tendo apenas uma abertura para inserir ou extrair elementos (animais, plantas, pedras, etc.) do terrário e é o


suporte do Sistema de ilumonação Artificial (ver tópico 4.5.). Em anexo ao terrário, a central de controle que se trata de uma caixa de acrílico que contém so NXT's (ver Tabela 1), o Numeric Pad (ver tópico 4.7. item A) e o Módulo de Controle da Luz (ver tópico 4.5., item A).

Figura 6. Esboço do ECOBOT 2.0

4.4 Sistema de Irrigação: simulação e controle de fenômenos

O sistema de irrigação do ECOBOT foi baseado em sistemas presentes em estufas agrícolas, onde a pressão do líquido dentro de tubos muitos finos faz com que a água possa percorrer uma distância maior no terrário. Para isso, utilizamos um equipo de soro, muito utilizado em hospitais para regular a quantidade de soro aplicada no paciente. Esse mecanismo permite que possamos controlar a quantidade de água substâncias aquosas que serão usadas para irrigar o terrário.

Figura 7. Sistema de Irrigação - Protótipo (versão 1.5)

4.4.1 Lista de Materiais

1) Garrafa 2) Equipo de Soro 3) Válvula de Saída de Água

Figura 8. Esboço do Sistema de Irrigação - ECOBOT 2.0

4.4.2 Liberação de CO2

O ácido acético ou etanóico (vinagre) será liberado através de um tubo para reagir com bicarbonato de sódio, que estará num recipiente. O produto desta reação é o CO2 (gás carbônico), que será liberado por um segundo tubo para o terrário. Assim, a reação de produção do Gás Carbônico através da reação entre

vinagre e bicarbonato de sódio é: CH3COOH + NaHCO3 → CH3COONa + CO2 + H20.

O produto da reação será liberado através de tubos para dentro do terrário. Infelizmente, o sensor de CO2 que temos não é compatível com a tecnologia Mindstorms NXT (9797) da LEGO. Assim, a leitura do nível de CO2 será realizado pelo LABQuest.

4.4.3 Acidez e Alcalinidade

As soluções são armazenadas em garrafas, como mostrado na figura 8. A partir dos dados obtidos nas leituras dos sensores, o ECOBOT tomar a decisão de liberar ou não a solução ácida ou básica para combater a acidez ou a alcalinidade.

4.4.4 Salinidade

Como queremos monitorar e controlar a salinidade da água do terrário será acrescentado uma solução com vários sais para problematizar e realizar pesquisas baseadas no antes e depois. Contudo, o sensor de salinidade estará instalado no lago do terrário, pois a água que forma o lago virá do solo. Através do equipo de soro essa solução introduzida no terrário, alcançando o solo.

4.5 Sistema de Iluminação Artificial: simulação e controle de fenômenos

Como não é viável o ECOBOT estar sempre na presença de luz solar, foi construído um sistema de iluminação artificial para representar a luz do sol. A luz artificial ajudará a simular o efeito estufa e a fotossíntese das plantas, por exemplo. A lâmpada escolhida foi a Halogénas Dicróica, porque além da luminosidade ela também aquece (LUME ARQUITETURA, 2012).

Figura 11. Esboço do Sistema de Iluminação - ECOBOT 2.0

4.5.1 Luminosidade

A luminosidade é um fator muito importante não só para o desenvolvimento do terrário, mas para o meio ambiente em geral. As plantas, por serem seres produtores, sem a luz tem o seu desenvolvimento comprometido. Elas necessitam da luz para realizar fotossíntese, produzindo energia para si.

4.5.2 Módulo de Controle da Luz (on/off)

O módulo de controle de luz nada mais é que um motor servo da Mindstorms NXT ligado a uma switch (chave) que tem a função de ligar e desligar a luz do terrário. O robô vai ficar alternado entre ligado e desligado, simulando a fase clara e escura (dia/noite) para observar a reação do micro-ecossistema.

4.6 Sistema de Abertura do ECOBOT O ECOBOT é um micro-ecossistema que precisa ser mantido fechado e lacrado, pois a troca de matéria com o ambiente externo deve ser a mínima possível para não influenciar nos dados obtidos pelos sensores.


4.6.1 Dispositivo de Senha de Acesso e Entrada de Dados

O procedimento de abertura do terrário será através da utilização do Numeric Pad for NXT (MINDSENSORS, 2012), um dispositivo eletrônico que, neste caso, permite o acesso ao robô através da inserção de uma senha previamente definida. Esse sensor nos possibilita segurança e confiabilidade no gerenciamento autônomo do robô, que após montado, lacrado estará protegido por senha. Pelo mesmo dispositivo pode-se entrar com dados para solicitar a liberação de subsâncias para simular fenômenos.

4.6.2 Dispositivo de Tranca

O sistema de tranca tem um importante papel no ECOBOT, pois com ele iremos vedar hermeticamente o terrário. O dispositivo de tranca possui dois motores ligados a um NXT, estes possuem uma caixa de redução para aumentar a torque criando mais força na hora de lacrar o terrário. Um terceiro motor fica encarregado de travar (internamente) a abertura do terrário.

4.7 Sistema de Monitoramento Remoto (live stream)

Objetivo de desenvolver o Sistema de Monitoramento Remota para o ECOBOT foi para:

§ acompanhamento técnico do funcionamento do robô (verificação de falhas);

§ auxiliar os estudantes do 6º Ano em atividades de casa (observação);

§ Sistema de Segurança.

4.7.1 Módulo de Controle da Câmera

O módulo de controle da câmera tem a função de observar o ECOBOT. A webcam está acoplada ao robô com um servo motor NXT ligado a uma estrutura giratória que realiza um movimento de 360° sobre o próprio eixo.

4.8 Sensoriamento do Terrário Os sensores tem a finalidade de monitorar o terrário, fornecendo as taxas que servirão para determinar qualquer tipo de intervenção do robô e tabulação dos dados e geração de gráficos demonstrativos, que indicará a ocorrência de fenômenos macroscópicos e, principalmente, microscópicos. Esses dados permitem observar se o ambiente estará favorável à manutenção da vida dentro do terrário.

4.9 Validação de Leitura dos Sensores O LabQuest é a plataforma da Vernier compatível com os sensores, projetado para ler com precisão os valores que estão sendo detectados. Comparamos os dados que obtivemos no LabQuest com os valores do NXT para verificar se há alguma alteração (inconsistência entre as leituras). Em caso de alteração é realizada a calibragem dos sensores e se necessário alteramos a programação.

O LabQuest também é um tipo de interface autônomo que é intuitiva nos estudos de ciências. É um instrumento que tem compatibilidade com mais de 50 sensores da Vernier.

5 FENÔMENOS E SIMULAÇÕES Por ser a representação de um ecossistema haverá fenômenos da natureza naturalmente. Alguns fenômenos podem ser reconhecidos sem o auxilio de um sensor ou qualquer outro equipamento e outros fenômenos só podem ser percebidos através de um instrumento (microscópicos).

5.1 Fenômenos Macroscópicos O fenômeno macroscópico é todo fenômeno que pode ser observado “a olho nu”, ou seja, sem a necessidade de sensores ou outras ferramentas.

5.1.1 Ciclo da Água

Segundo o químico francês Antoine Lavoisier, “na Natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”. Essa frase resume muito bem o que é o ciclo hidrológico, que é um movimento perpétuo da água que ocorre principalmente por fatores naturais (UNICAMP, 2012).

O ciclo da água acontece de forma natural no ECOBOT, a água adquire energia do ambiente evapora e fica suspensa na micro atmosfera e ao encostar-se com as paredes de acrílico que estão mais frias se condensam e voltam ao estado liquido. Com o tempo, o acumulo de água nas paredes é grande e formam-se gotas que são puxadas pela gravidade em direção ao solo criando a “chuva”.

5.1.2 Agentes Decompositores

Em biologia, decomposição é o processo de transformação da matéria orgânica em minerais, que podem ser assimilados pelas plantas para a produção de matéria viva, fechando assim os ciclos biogeoquímicos. Este processo é realizado com a ajuda de fungos e bactérias (decompositores). Através da decomposição, os nutrientes que fazem parte de um ecossistema são continuamente reciclados.

Dentre os agentes decompositores, o fungo, por ser um dos mais conhecidos agentes biodegradantes, produz diversos tipos de enzimas, que aceleram o processo de decomposição dos organismos. A atividade desses agentes está intimamente relacionada à temperatura e taxa de acidez do ambiente a ser estudado (UFSC, 2012).

5.1.3 Formação de Lençol Freático

O interior da Terra funciona como um reservatório para acumulação e circulação de água que fica nesta área. O subsolo é formado por rochas que poucas vezes são maciças, nelas contem poros, rachaduras, fraturas onde a água pode escoar e forma os aquíferos ou lençóis freáticos.

Por causa da infiltração, a água da chuva na superfície terrestre penetra no sol e com a ação da gravidade sofre um movimento descendente atingindo uma área onde os poros estão totalmente preenchidos de água. Esta área é uma zona saturada ou freática (UFJF, 2012).

5.2 Fenômenos Microscópicos Ao analisarmos os fenômenos que ocorrem no terrário, podemos fazer uma comparação com o que acontece na realidade, devido às proporções e consequências do que será observado no interior do ECOBOT. Muitos fenômenos são observáveis a "olho nú", mas que serão monitorados e os dados coletados ajudam a compreender momento em que tais fenômenos acontecem. Os fenômenos observados são:


Fotossíntese, Formação de Lençol Freático, Acidez do Solo, Tolerância a Salinidade e o Nível de Oxigênio da Água.

5.2.1 Fotossíntese

A fotossíntese é o processo celular pelo qual os seres autotróficos (plantas, alguns protistas, bactérias fotossintetizantes e cianobactérias) sintetizam compostos orgânicos (geralmente glicídios) a partir da presença de luz, água e gás carbônico. A maior parte do gás oxigênio existente na atmosfera terrestre atual é produzida na fotossíntese. As substâncias orgânicas que os seres autotróficos produzem na fotossíntese fornecem energia e a matéria prima necessárias à vida dos seres heterotóficos. Além disso, o oxigênio produzido nesse processo é necessário para a maioria dos seres vivos (AMABIS & MARTHO, 2012).

A equação básica para esse processo é representada por:

Figura 22. Reação da Fotossíntese

Fonte: (VESTIBULANDO WEB, 2012)

5.2.2 Formação de Lençol Freático

O Efeito Estufa é fenômeno natural, onde os gases da atmosfera (dióxido de carbono, metano, óxido nitroso e clorofluorcarboneto) absorvem a radiação infravermelha refletida pela superfície terrestre. Essa absorção leva o aprisionamento de calor na Terra, consequentemente, elevando a temperatura em torno de 30º Celsius (USP, 2012a).

5.2.3 Acidez do Solo

A acidez de um solo caracteriza-se pelo valor de seu pH. O caráter ácido aumenta na medida que o pH do solo diminui, e o aumento do pH indica um teor alcalino (básico). Nos dois casos, o cultivo de plantas é prejudicado, pois o pH altera o funcionamento dos micro-organismos e interfere na reserva de nutrientes da terra (entre os problemas de um solo ácido, destacam-se a menor disponibilidade de alguns nutrientes), especialmente fósforo e molibdênio e a toxidez de alumínio e manganês (UFSM, 2012).

O pH do solo é a concentração de íons H+ presente na solução do solo e um dos indicadores de sua fertilidade. A faixa de pH ideal dos solos para a agricultura é entre 5,5 e 6,5, isto porque é nesta faixa que os nutrientes ficam mais disponíveis às plantas.

5.2.4 Tolerância a Salinidade

O excesso ou a falta de sais dissolvidos na água podem causar desequilíbrios ecológicos na fauna e flora, tanto em solo quanto na própria água. O excesso de sais no solo provoca a falta de permeabilidade da água no solo dificultando o desenvolvimento das plantas.

5.2.5 Nível de Oxigênio da Água

A quantidade de oxigênio dissolvido na água é de fundamental importância para a manutenção da vida aquática. Se por acaso existir uma baixa na quantidade de oxigênio dissolvido na água ocorrerá um desequilibro ecológico, pois cada espécie aquática necessita de uma determinada quantidade de oxigênio para realizar os processos metabólicos.

6 TRANSMISSÃO DOS DADOS (HID) O HID (Human Interface Device) é um dispositivo de interface humana desenvolvido pela Mindsensors, que irá nos auxiliar como interface para a comunicação entre humanos e o robô. A utilização do HID possibilita o envio de eventos que são percebidos pelo robô e mandado para o computador que pode executar em um programa, desde que esse tenha suporte a digitação.

6.1 Tabulação dos Dados (Planilha) Foi utilizado uma planilha de cálculo (Microsoft Excel), na qual se armazena o valores obtidos pelos sensores. Os dados foram tabulados (em tempo real) pelo robô através do HID, que transmiti os valores a serem armazenados nas células da planilha selecionada.

6.2 Monitoramento do Sensores (Gráficos) Após os dados serem tabulados nas células da planilha, os gráficos serão gerados automaticamente, pois já estarão previamente formatados e configurados. O objetivo é ampliar a percepção dos dados para melhor compreensão dos fenômenos relacionados aos sensores.

§ Gráfico do Processo de Fotossíntese (O2 e Luminosidade)

§ Gráfico do Ciclo da Água (Temperatura Ambiente e Umidade Relativa do Ar)

§ Gráfico da Vida Aquática (Oxigênio Dissolvido, Salinidade e pH)

§ Gráfico dos Fatores de Desenvolvimento da Vida Vegetal (Umidade do Solo, Temperatura do Solo, Salinidade e pH)

7 UTILIZAÇÃO DO ECOBOT EM AULAS DE CIÊNCIAS NATURAIS

Mais que a importância de os alunos observarem e levantarem hipóteses, eles aprendem a discutir, argumentar, ler e escrever em atividades a serem exploradas nas aulas de Ciências e Robótica, através das discussões para a resolução de uma situação-problema e nos registros do experimento, por exemplo: a alfabetização científica deve ser prioridade de todo projeto pedagógico para que os alunos descubram o mundo ao seu redor (REVISTA ESCOLA, 2010).

Figura 26. Aula experimental com alunos do 6º Ano - Protótipo 1.5

Desenvolvido como ferramenta para o ensino, O ECOBOT tem o intuito de significar a aprendizagem de ciências naturais. Na primeira versão do ECOBOT os estudos sobre a natureza e seus fenômenos eram feitos através do monitoramento de taxas de O2, temperatura do ambiente e do solo, salinidade e umidade relativa do ar e do solo. A segunda versão do robô apresenta o módulo de controle mediante o monitoramento.


8 CONSIDERAÇÕES FINAIS O desenvolvimento do ECOBOT permite ampliar a investigação científica pelos alunos do 6º Ano do Colégio Cândido Portinari, por possibilitar a observação de fenômenos microscópicos e acompanhar os fenômenos macroscópicos através dos dados monitorados, que culminam em planilhas e gráficos que representa o ambiente do micro-ecossistema. Nesta versão, acrescentou-se o módulo de controle, que a partir dos dados obtidos pelo monitoramento é possível intervir no terrário após determinados fenômenos. Os sistema de controle do robô, a exemplo do Sistema de Iluminação Artificial, Sistema de Monitoramento Remoto e Sistema de Irrigação foram implantados para suprir os déficits naturais de um ecossistema e estabelecer um acompanhamento do terrário em atividades de casa pelos estudantes.

REFERÊNCIAS

AMABIS, José Mariano; MARTHO, Gilberto. Biologia. Biologia das células. 3ed, v. 1. São Paulo: Moderna, 2009

________. Biologia. Biologia dos organismo. 3ed, v. 2. São Paulo: Moderna, 2009, p.157

EBAH. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAvDMAH/levantamento-solos>. Acesso em: 22 ago. 2012.

INPE. SINDA. Disponível em: <http://sinda.crn2.inpe.br/PCD/>. Acesso em: 05 set. 2012.

LAKATOS, Eva Maria; MARCONI, Mariana de Andrade. Fundamentos de metodologia científica. 7ed. São Paulo: Atlas, 2010.

LUME ARQUITETURA. Disponível em: <http://www.lumearquitetura.com.br/pdf/ed04/ed_04_Aula.pdf>. Acesso em: 23 ago. 2012.

MINDSENSORS. Disponível em: <http://www.mindsensors.com/index.php?module=pagemaster&PAGE_user_op=view_page&PAGE_id=138>. Acesso em: 31 ago. 2012.

REVISTA ESCOLA. Disponível em: <http://revistaescola.abril.com.br/ciencias/pratica-pedagogica/terrario-pedaco-natureza-426134.shtml>. Acesso em: 01 set. 2012.

SENE, Estáquino de; MOREIRA, João Carlos. Geografia Geral e do Brasil: espaço geográfico e globalização. São Paulo: Scipione, 2010.

UFJF. Nugeo. Disponível em: <http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/GF12-Ocorrencia-de-agua-subterrenea-2008.pdf>. Acesso em: 22 ago. 2012.

UFSC. Disponível em: <http://www.enq.ufsc.br/labs/probio/disc_eng_bioq/trabalhos_pos2003/const_microorg/fungos.htm>. Acesso em: 31 ago. 2012

UFSM. Disponível em: <http://w3.ufsm.br/solos/antigo/PDF/fertilidade%20do%20solo/resumo%20aula%202%20-

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