Pensamiento Computacional
1
Industria farmacéutica
PASA NTÍA
Nombr e y A.: Susan Fecha S. de cum pleaño Ocupa s: 20/0 ción: e 6 studia nte Áreas d e inter és: cie Habilid ncias, químic ades/c a ompet crítico e n cias: p , capac e nsamie idad de para la nto obser v resolu a c c i i ó ó n n y análi de pro Pasant sis blema e en: in s dustria farmac Anális is de la eútica situa E
ción n mis o bserva ciones había del lab alguno oratori s error o, pude clasif ic es al m ar med notar q o m e nto de icamen ue estas a t c o o s, y qu ntabili ctivida e z a e d ry l tiemp es era allí tra o desti demas bajan n i n a a d d o e o . Los c cesitan a maner ientíf ic que es a autom o t s a q t a á ue rea sea tica y v Soluci eloz. realiza ón pro d a de puesta Incorp orar nu evas te la indu cnolog stria fa ías a r m a c de aho éutica, rrar tie a f in mpo y clasif ic agiliza ación d r la e medi camen tos.
¿Cómo puede ayudar la tecnología a optimizar la industria de la salud? 23
Fabricación de medicamentos
Un proceso complejo La industria farmacéutica se dedica a la investigación, el desarrollo y la producción de medicamentos. En el proceso de fabricación se analizan diversas características: el peso, el color, la temperatura, el pH y la densidad, las reacciones químicas entre elementos, entre otros aspectos. De estas características, el color es uno de los factores más relevantes, ya que la distinción de los medicamentos por colores es un método visible y práctico para reconocer y clasificar diferentes elementos o componentes. El proceso de clasificación por colores puede ser automatizado con el uso de tecnologías aptas para el reconocimiento de colores. En este capítulo veremos cómo funcionan estas tecnologías.
Agroindustria robotizada
¿Sabías qué?
En la agroindustria también se usan robots capaces de identificar colores, por ejemplo, para separar tomates verdes de rojos. Esta clasificación y separación permite agilizar los tiempos de cosecha, ya que evita tener que hacer dichas tareas manualmente.
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Introducción
1. Escanea el QR para ver el video “¿Qué es el pH? ” y responde las siguientes preguntas en tu carpeta. a. ¿A qué se denomina pH? b. ¿Para qué sirve? c. ¿Cómo se suele llamar a las sustancias muy ácidas? ¿Y a las muy básicas? d. ¿Cuál es el pH del agua? 2. Observa los ejemplos del gráfico y responde las preguntas: a. ¿Cuál es el producto comestible más ácido? b. ¿Cuál es el producto más alcalino? c. ¿Cuál es el producto neutro? 3. Conversen entre todos: ¿Por qué piensan que el ácido estomacal tiene un valor tan bajo en la escala de pH? Escala de pH Batería
Video: ¿Qué es el pH?
Ácido estomacal Limón Refresco
ÁCIDO
Tomate Café Leche
Agua
NEUTRAL
Sangre Clara de huevo Tabletas estomacales Amoníaco
ALCALINO
Jabón
Los valores de la escala nos permiten comparar diversos elementos según su nivel de acidez.
Blanqueador Limpiador de cañerias
Investiga 1. Investiga en internet métodos de medición de pH. a. ¿Cuáles son los métodos de medición más comunes? b. ¿En qué consiste cada uno? 2. Profundiza en el método de medición por colorimetría. a. ¿Cómo funciona? b. ¿Qué elementos son necesarios para hacer una medición de pH por color? c. ¿Qué indica cada color resultante?
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Profundizamos
Conociendo el sensor de COLOR El principio básico de funcionamiento de un sensor de color es el mismo que el de un sensor de luz: mide la intensidad lumínica y la transforma en un valor numérico. Para detectar los colores, necesita combinar varios sensores de luz con filtros de rojo, verde y azul. De esta forma, es capaz de identificar el valor de cada componente de la luz.
Video Miren el video y respondan: • ¿Cómo funciona? • ¿Para qué sirve? • ¿Dónde se utiliza?
Se puede utilizar para detectar el color de una fuente de luz o el color de un objeto a partir de la radiación reflejada. Detectar el color de una fuente de luz
Detectar el color de un objeto
LED apagado.
LED encendido y enfocado sobre el objeto.
La fuente de luz debe dirigirse directamente al sensor.
El sensor interpreta el color reflejado por el objeto.
SENSOR DE COLOR SENSOR DE COLOR
SENSOR DE COLOR SENSOR DE COLOR
Se conecta a un pin IIC Iluminación OFF Iluminación OFF
Iluminación ON Iluminación ON
Fuente de luz Fuente de luz
Su rango de medición para
Luz difusa cada componente de color Luz difusa Objeto
Objeto
es de 0 a 255.
Ejemplos en lo cotidiano
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Industria productiva
Escáner
Utiliza este sensor para automatizar la separación de productos por color o etiqueta.
Incluye un sensor de color que le permite barrer la imagen y obtener su información de color.
Cámaras fotográficas
Aplicaciones para personas daltónicas
El sensor se encarga de interpretar los colores detectados, para luego traducirlos a una imagen fotográfica.
El sensor es utilizado para captar la frecuencia de los colores y traducirlos a una frecuencia sonora audible.
Robótica
¡A experimentar! En esta primera experimentación, utilizaremos el sensor de color para realizar mediciones de color. Organizados en grupos, prepararemos el escenario de experimentación.
Componentes necesarios PC Placa controladora Cable USB Cables de conexión Sensor de color
Conexiones 1. Conectar el sensor de color al pin 0. 2. Conectar la placa a la PC utilizando el cable USB.
Programación del sensor de color El sensor de color nos permite obtener la intensidad de cada uno de los canales rojo, verde y azul (RGB) por separado. Para programar el sensor de color, podemos utilizar dos bloques.
Número de pin
Entradas digitales
Color RGB
Selector de color
Número de pin
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Robótica
Programa de experimentación Armen el siguiente programa en Robots
y cárguenlo en la placa.
1. Busquen la instrucción “Esperar” y modifiquen el tiempo a 1000 milisegundos. ¿Qué sucede? ¿Por qué?
2. Expliquen las diferencias entre estos bloques.
3. Escaneen objetos de diferentes colores y completen la tabla de valores con los datos de color aportados por el sensor para cada canal RGB. Objeto amarillo Canal rojo Canal verde Canal azul
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Objeto violeta
Objeto naranja
Objeto rosa
Objeto negro
Robótica
Momento maker ¡Es hora de trabajar con el kit! Realizaremos un sistema de clasificación y conteo automático de medicamentos. En el primer desafío, trabajaremos la identificación y clasificación de pastillas según el color; luego, incorporaremos un sistema que nos permita contabilizar cuántos elementos ingresan de cada color.
Componentes necesarios PC Placa controladora Cable USB Cables de conexión Sensor de color Servomotor x2 Pantalla LCD
logosqr.com/st601
En el segundo desafío, tendremos que agregar el siguiente componente:
Pantalla LCD Pantallas
Función: proyectar textos.
PIN IIC
Actuador
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Pensamiento computacional
ANÁLISIS DEL PROBLEMA Para desarrollar nuestro sistema clasificador comenzaremos por descomponer el problema en pequeñas acciones: • Ingresar la pastilla en la máquina. D1 • Identificar el color de la pastilla ingresada. D1 • Contabilizar y visualizar la cantidad total de pastillas en la pantalla. • Direccionar la pastilla según el color. D2
D2
DISEÑO DEDE SOLUCIÓN DISEÑO SOLUCIÓN En la página siguiente se presenta un diagrama de flujo con el funcionamiento de la máquina. Analízalo y resuelve estas actividades: 1. Marca cuáles de los siguientes comportamientos se utilizan para resolver la primera parte del proyecto y cuáles para la segunda parte. 2. ¿En qué ángulo se debe ubicar la rampa para enviar la pastilla al contenedor rojo? 3. El brazo que desplaza la pastilla posee tres posiciones predefinidas. Une cada posición con la acción correspondiente.
Posición (ángulo)
Acción
0 grados
Zona de sensado
60 grados
Posición inicial
80 grados
Desechar pastilla
4. ¿Por qué se pregunta si el sensor de color detecta “Rojo”? ¿Qué otra condición podría utilizarse? ¿Qué cambios implica en el diagrama de flujo?
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Pensamiento computacional
DISEÑO DEDE SOLUCIÓN DISEÑO SOLUCIÓN El siguiente diagrama de flujo contiene todos los comportamientos necesarios para desarrollar nuestro proyecto.
Inicio
Declarar variable GLOBAL “Rojo” como entero Declarar variable GLOBAL “Azul” como entero Mover el servo 1 a su posición inicial de 0 grados Esperar 10 segundos
Mover el servo 1 a 60 grados para dezplazar la pastilla hasta la zona de sensado Esperar 1 segundo
¿El COLOR es rojo? Repetir
sí
Mover servo 2 a 0 grados para ubicar la rampa en el primer contenedor Sumar 1 a “Rojo”
no
Mover servo 2 a 80 grados para ubicar la rampa en el segundo contendor Sumar 1 a “Azul”
Mover servo 1 a 80 grados para tirar la pastilla Esperar 1 segundo Mover el servo 1 a 0 grados para volver a su posición inicial Esperar 1 segundo Escribir en la pantalla LCD la cantidad de pastillas rojos y azules
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Programación
Sistema de control de pastillas
D1
En este desafío crearemos el sistema de control e identificación de pastillas. Para ello, utilizaremos dos servomotores que controlarán el ingreso y clasificación de pastillas, y un sensor de color que determinará su ubicación. Ángulo Código | Posicionar en el grado
90
el SERVO en el pin
{}
1
servo_A3.write(90);
Posicionar
Motores
Nombre si
es
=
a
0
Código
, entonces
{}
si no
1 2 3 4
a
0
Control
5
if(dato == 0){ //condici�n correcta; }else{ //condici�n incorrecta; }
Idea clave Código
, entonces
{}
1 2 3 4 5
!
Las estructuras de programación están delimitadas entre llaves { }. En el caso de los condicionales, se utiliza un par de llaves para agrupar el código que se ejecuta si la condición es correcta y otro par para agrupar el código si la condición no es correcta.
if(dato == 0){ //condici�n correcta; }else{ //condici�n incorrecta; }
Ejemplo En este programa, se evalúa si el color detectado por el sensor es azul. Si la condición es correcta, el servomotor se posiciona en 0°; si no, se posiciona en 80°. Inicio
Repetir
si
| COLOR en el pin
IIC
, entonces
es
| Posicionar en el grado
0
el SERVO en el pin
1
| Posicionar en el grado
80
el SERVO en el pin
1
si no
32
Programación
Para realizar nuestro sistema de clasificación primero debemos identificar los servomotores y sus posiciones. Servo 1: Brazo que controla la posición de las pastillas.
Servo 2: Rampa de clasificación
0 grados: En esta posición permite liberar una pastilla.
0 grados: Ubica la rampa en el contenedor de la derecha.
60 grados: Permite desplazar la pastilla hasta el área de sensado.
80 grados: Ubica la rampa en el contenedor de la izquierda
80 grados: Permite colocar la pastilla en la rampa.
1. Completa el programa con la letra de los bloques que correspondan. Utiliza el diagrama de flujo como guía y completa con la información de los puntos anteriores. | Posicionar en el grado
Inicio
| Posicionar en el grado
0
el SERVO en el pin
| COLOR en el pin
Repetir Inicio
| Posicionar en el grado
0
, entonces
| Posicionar en el grado
| Posicionar en el grado 60 el SERVO en el pin
el SERVO en el pin
0 0
a
| Posicionar en el grado [ms] 0 Esperar
b
| COLOR en el pin
IIC
el SERVO en el pin 10000
0
IIC
es
| Posicionar en el grado
80
el SERVO en el pin
c
Esperar [ms]
10000
| COLOR en el pin
IIC
es
1000 | Posicionar en el grado , entonces
si
80
| Posicionar en el grado 0 el SERVO en el pin Esperar [ms] 1000
el SERVO en el pin
1
d
| Posicionar en el grado
80
el SERVO en el pin
0
1
e
si no
| COLOR en el pin
IIC
es
| Posi | Posicionar en el grado 80 el SERVO en el pin Esperar [ms] 1000
Esperar [ms]
1000
Esperar [ms]
1
1000
| Posi Esperar [ms]
1000
Esperar [ms]
1000
0
es
1
si no Esperar [ms]
el SERVO en el pin
0
si
Repetir
el SERVO en el pin
60
| Posicionar en el grado 0 el SERVO en el pin Esperar [ms] 1000
0
0
Con el kit
2. Armen el programa en Robots y cárguenlo a la placa. 3. Respondan las siguientes preguntas: ¿Qué sucede si no colocan las pastillas cuando el servo 1 se encuentra en su posición inicial? ¿Qué sucede si colocan una pastilla de otro color?¿Qué sucede si no colocan ninguna pastilla? 4. Trabajen sobre el código del programa. Marquen con una cruz la opción correcta: La etiqueta “delay” hace referencia al bloque...
Servomotor
Sensor de color
Esperar 33
0
Programación
Sistema de control de pastillas
D2
En esta segunda etapa del desafío crearemos un sistema que nos permita contabilizar y visualizar cuántas pastillas ingresan de cada color. Para ello, necesitaremos generar una variable e incorporar una pantalla LCD. Pin
Duración
Texto Código
lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("abc");
Escribir
Pantallas
{}
Fila y columna
Variables
Nombre
Tipo
Número de pin
Texto
Idea clave
Valor
!
Todo lenguaje de programación posee una sintaxis propia, es decir, ciertas palabras claves para que el sistema “entienda” lo que queremos decir. Estas se visualizan de colores diferentes, para poder identificarlas. Por ejemplo, “int”, “lcd.setCursor” y “lcd.print” comparten el color porque las dos son funciones dentro del código arduino.
Ejemplo Al inicio del programa se declara la variable global “Contador” de tipo entero con valor “0”. Luego, dentro de “Repetir” se muestra el valor de la variable y se espera un segundo. Finalmente, se suma en “1” el valor de la variable “Contador”.
34
o
o
Programación
Nuestro sistema funcionará de la siguiente manera: Si el color detectado por el sensor es rojo, se sumar 1 a la variable “Rojo”. Si no, sumar 1 a la variable “Azul”. 1. En primer lugar, debemos crear dos variables: “Rojo” y “Azul”. ¿En qué parte del programa deben ser creadas? ¿Por qué?
2. Analiza el siguiente fragmento del programa y señala con flechas en qué lugar va cada bloque faltante. Utiliza el diagrama de flujo como guía. | COLOR en el pin
IIC
| Posicionar en el grado si | COLOR en el pin
IIC
, entonces
es
0
el SERVO en el pin | COLOR en el pin
IIC
, entonces
es
, entonces
| Posicionar en el grado
| Posicionar en el grado 0 el SERVO en el pin
0 1
| Posicionar en el grado
80
1
el SERVO en el pin
a
1 es
el SERVO en el pin
1
si no
| Posicionar en el grado
| Posicionar en el grado 80 el SERVO en el pin
80 1
el SERVO en el pin
Var
Rojo
Rojo
Var Var
Rojo Azul
Rojo Azul
Var
Azul
Azul
+
Var
b
1
Rojo ++
11
Azul +
1
Rojo
+
1
Var
Azul
+
3. Luego de ubicar la pastilla dentro del contenedor, debemos mostrar la cantidad de pastillas rojas y azules que hay en total. Analiza el siguiente fragmento de código y completa la información faltante para mostrar la cantidad de pastillas azules.
| Escribir
" ROJO "
| Escribir
| Escribir
Rojo
" AZUL "
| Escribir
en la fila
0
y columna
0
del LCD en el pin
IIC
en la fila
1
y columna
1
del LCD en el pin
IIC
en la fila
0
y columna
12
del LCD en el pin
IIC
del LCD en el pin
IIC
en la fila
y columna
100 101 102 103 104 105 106 107 108
lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("ROJO"); lcd.setCursor(1, 1); lcd.print(Rojo); lcd.setCursor(12, 0); lcd.print("AZUL"); lcd.setCursor( , ); lcd.print( );
Con el kit 2. Armen el programa en Robots y cárguenlo a la placa. 5. Resuelvan las siguientes consignas: ¿Qué sucedería si utilizaran una variable local? ¿Cómo pueden reiniciar el sistema?
1
35
1
Proyecto integrador
Cierre de proyecto Una vez finalizado el proyecto, ya es posible clasificar y contabilizar las pastillas rojas y azules. Debatan entre ustedes cómo se podría mejorar el proyecto. Aquí les dejamos algunas sugerencias, y espacio para agregar otras que se les ocurran. Modificar la posición en la que se muestra la cantidad de pastillas de cada color. Modificar el programa para que muestre los diferentes estados del sistema en la pantalla LCD. Sumar la clasificación de otro color además de rojo y azul.
8:30
En el proceso de la selección de la opción, evalúen:
09.36
Tu historia
Milo
Tati
Susan S.
artARTUR
Eli Euper Sta
a. ¿Qué aspectos del sistema quisiéramos mejorar? b. ¿Es posible mejorar estos aspectos? c. Entre estos aspectos, ¿cuál está más a nuestro alcance? (Tener en cuenta si se tienen los elementos y herramientas necesarias para llevar estas mejoras adelante). d. ¿Cuál de las opciones nos permiten abordar el aspecto que queremos mejorar? e. ¿Cuánto tiempo y qué tareas nos implicaría esta opción? f. ¿Los beneficios a obtener justifican el tiempo invertido y la cantidad de tareas a realizar?
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Autoevaluación
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