di Mario Catalano e Cristina Piazza
Abstract:
Questo articolo illustra la collaborazione in corso tra l’istituto comprensivo “Pascoli–De Stefano” di Erice e la prestigiosa Technical University di Monaco di Baviera, Germania. Questa partnership, promossa e coordinata dal docente Mario Catalano, riguarda un ambizioso progetto di ricerca e formazione, “Exploring AI and Robotics: Engaging Primary School Students in Computer Vision and Socially Inclusive Prostheses Research”. Il progetto intende far avvicinare gli studenti delle classi quinte della scuola primaria alle tematiche del machine learning, della computer vision e del design di protesi robotiche all’avanguardia.
Attraverso attività laboratoriali e un percorso creativo di storytelling digitale, i giovani partecipanti impareranno a simulare la catena “intenzione di movimento – classificazione tramite sensori e modelli di machine learning – azionamento di una protesi robotica (mani e arti bionici)”, vivendo in prima persona l’esperienza di una tecnologia che si pone l’obiettivo di migliorare il benessere umano, favorendo l’inclusione sociale.
Introduzione
Nel panorama dell’innovazione didattica, la cooperazione tra ricerca avanzata e formazione scolastica rappresenta una sfida stimolante e al contempo necessaria per preparare le nuove generazioni ad affrontare le complessità del mondo tecnologico contemporaneo e le sue sfide etiche. La recente collaborazione tra l’istituto comprensivo “Pascoli–De Stefano” di Erice (in cui opero come docente ed animatore digitale) e la Technical University di Monaco di Baviera (School of Computation, Information and Technology and the Munich Institute of Robotics and Machine Intelligence) costituisce un esempio virtuoso di sinergia, tra scuola e mondo accademico, sul tema dello sviluppo di protesi robotiche controllate da sistemi di machine learning.
Questo progetto non solo permette agli studenti di entrare in contatto con tecnologie di frontiera, ma promuove anche una riflessione profonda sul ruolo dell’intelligenza artificiale per il benessere del genere umano.
La Technical University di Monaco di Baviera è riconosciuta a livello internazionale per la sua eccellenza nei settori della robotica e della medicina riabilitativa; grazie alla supervisione della Prof.ssa Cristina Piazza, esperta in questo ambito di ricerca, sarà possibile, per gli studenti, sperimentare processi scientifici reali e comprendere le sfide e le potenzialità derivanti dalla progettazione di protesi robotiche funzionali ed esteticamente personalizzate.
Il progetto educativo: obiettivi e metodologie
Il fulcro dell’iniziativa è rappresentato da un progetto, ideato dal docente Mario Catalano in collaborazione con la Prof.ssa Cristina Piazza, per coinvolgere gli studenti delle classi quinte della scuola primaria in un percorso di apprendimento che integri aspetti scientifici, tecnologici, artistici ed etici. In particolare, l’obiettivo è duplice:
• gli alunni avranno l’opportunità di esplorare lo sviluppo delle protesi robotiche per gli arti superiori, studiando come il machine learning possa interpretare le intenzioni di movimento dei soggetti con disabilità motoria e tradurle in azioni coerenti dell’arto robotico. Gli allievi simuleranno tale processo attraverso l’addestramento di modelli di computer vision, capaci di riconoscere input visivi che rappresentano semplici movimenti del braccio e della mano.
• Accanto all’aspetto scientifico-tecnologico, il progetto prevede la programmazione di un cartoon digitale intitolato “Il mio primo abbraccio”. La storia narra la vicenda di un ragazzino privo di parte del braccio sinistro che, grazie al supporto e alla guida di Cristina, una giovane e creativa scienziata, riesce ad ottenere un arto robotico personalizzato. Il racconto mette in luce un’evoluzione verso l’inclusione sociale: in un primo momento, il braccio bionico appare come un elemento standard, freddo e metallico, suscitando repulsione e distacco negli altri ragazzi; successivamente, l’intervento creativo degli studenti, trasforma il dispositivo in un elemento unico e personalizzato, in linea con gli interessi del protagonista. Gli studenti si serviranno creativamente dell’intelligenza artificiale generativa per concepire la nuova forma dell’arto robotico.
Lungo il cammino formativo, saranno impiegate strategie ispirate alla didattica per problemi, che facciano leva sulla dimensione interdisciplinare degli stessi e sulla ricerca di conflitti cognitivi. Inoltre, l’apprendimento degli allievi sarà favorito attraverso un approccio costruttivista, con particolare riferimento al modello pedagogico-didattico dell’apprendistato cognitivo, così come delineato nell’ambito della teoria del costruttivismo sociale: il docente farà seguire ad una fase iniziale, in cui è il protagonista come modello di azione per l’alunno, una fase dell’apprendimento nella quale quest’ultimo imparerà gradualmente a risolvere specifici problemi, per raggiungere, alla fine, la capacità di esprimere la sua intelligenza con un elevato grado di autonomia.
Il percorso laboratoriale
L’elemento distintivo del progetto risiede nella sua capacità di integrare la riflessione su processi scientifici e tecnologici complessi nell’ambito di un’esperienza narrativa emozionante, ispirata ai valori dell’empatia e dell’inclusione sociale.
Gli studenti, guidati dal docente Mario Catalano e dalla Prof.ssa Cristina Piazza, si impegneranno in attività di simulazione in cui saranno addestrati modelli di machine learning per il riconoscimento di illustrazioni artistiche di semplici movimenti del braccio e della mano, nonché nella stesura di codici di programmazione visuale per trasformare le suddette classificazioni nelle animazioni digitali dei movimenti di un arto robotico. Così, ogni alunno potrà comprendere, immergendosi in una sperimentazione diretta, il funzionamento reale di una protesi robotica guidata dall’intelligenza artificiale nel ruolo di classificatore dei segnali elettromiografici generati dalle intenzioni di movimento di un individuo che abbia perso la mano o parte del braccio.
Il percorso descritto sarà integrato in un’esperienza di storytelling digitale, realizzata mediante la programmazione visuale a blocchi, che potrà conseguire un duplice beneficio. Da un lato, consentirà agli studenti di sviluppare il pensiero computazionale, dall’altro lato, potrà favorire l’espressione creativa e la sintonia con storie che valorizzino la diversità e l’inclusione sociale. Il cartoon digitale “Il mio primo abbraccio”, infatti, si articola in due momenti fondamentali: l’iniziale presentazione di un arto robotico freddo e standardizzato, che ostacola le relazioni interpersonali, e la sua successiva evoluzione in un dispositivo personalizzato, che rispecchi la personalità e i desideri del protagonista e ne favorisca la calda accoglienza da parte dei compagni di gioco del vicino parco divertimenti.
Fig. 1: Gli studenti rappresentano graficamente gli input visivi per addestrare un modello di computer vision alla classificazione di semplici movimenti di un braccio robotico.
Fig. 2: Gli studenti addestrano un modello di computer vision alla classificazione di semplici movimenti di un braccio robotico.
Fig. 3: Una scena del cartoon digitale “Il mio primo abbraccio”, sviluppato con la programmazione visuale.
La trasformazione del braccio bionico, nella storia, si realizza all’interno dell’“officina della fantasia” presente nel centro di ricerca della coprotagonista, la scienziata Prof. Cristina. Gli allievi, divisi in gruppi e ispirandosi a differenti descrizioni della personalità dello sfortunato ragazzino, saranno chiamati ad immaginare forme personalizzate per il braccio robotico, rappresentarle graficamente, derivare da tali rappresentazioni una descrizione testuale e, infine, servirsene per esplorare diverse possibilità creative con il supporto dell’intelligenza artificiale generativa e delle tecniche di prompt engineering.
Conclusioni
Al di là delle conoscenze e competenze in ambito STEM, il progetto descritto mira a generare un impatto significativo sulla crescita umana dei ragazzi. Il racconto “Il mio primo abbraccio” è molto più di una semplice narrazione: è un invito alla riflessione sul valore della diversità, dell’inclusione e del benessere emotivo. La trasformazione dell’arto robotico da una forma fredda e standardizzata a un modello personalizzato, realizzato con la collaborazione degli studenti, simboleggia il potere della creatività di umanizzare le tecnologie e le macchine del nostro tempo.
La collaborazione con la Technical University di Monaco di Baviera apre nuove prospettive, rappresentando un’opportunità preziosa per mettere in luce il potenziale delle tecnologie emergenti e per formare una generazione capace di affrontare le sfide del futuro con competenza, immaginazione e senso di responsabilità in ambito etico.
Mario Catalano :: Ricercatore, Docente, Editore Scientifico.
Cristina Piazza ::Professore di Healthcare and Rehabilitation Robotics, Technical University di Monaco di Baviera, Germania.
