Arquitetura de dispositivos inteligentes aplicada em laboratórios de experimentação remota

Abstract

A experimentação dos conhecimentos teóricos em laboratórios tende a melhoraro processo de ensino-aprendizagem, no entanto, para suprir a falta destes,surgem alternativas como os laboratórios virtuais e remotos. Destaca-seque na manipulação dos laboratórios remotos, o resultado obtido em cadaexperiência é real, sendo influenciado por variáveis do ambiente. Os benefíciosde seu uso vão além do pedagógico, como a disponibilidade de acessopela Internet, compartilhamento de infraestrutura e possível economia de recursosfinanceiros. De modo geral, tais laboratórios são desenvolvidos demaneira fortemente acoplada e sem padronização, para atender necessidadesespecíficas. Esta falta de padrão dificulta seu compartilhamento, diminuindoa possibilidade de ampliação dos benefícios gerados por seu uso, partindodesta dificuldade, este trabalho propõe a utilização da arquitetura de dispositivosinteligentes como alternativa a esta lacuna, desenvolvendo um protótipopara comunicação de laboratório remoto, para que possa ser utilizado comoreferencial no desenvolvimento de novos experimentos ou na readequaçãode existentes, visando a padronização dos experimentos. Este trabalho contacom uma revisão da literatura a cerca da arquitetura de dispositivos inteligentesaplicada em laboratórios e o desenvolvimento de protótipos. Utilizou-seo plano inclinado do laboratório RExLab como ponto de partida, pois possuisensores e atuadores manipulados pelos usuários, possibilitando uma implementaçãomais ampla. As tecnologias computacionais utilizadas foram oNode.js no lado do servidor, o WebSockets como meio de comunicação, porsua característica assíncrona, e o formato JSON como padrão para intercâmbiode dados, já os clientes, para plataforma Web em linguagem HTML e JavaScript,nas linguagens C# e Java para desktop. Os protótipos mostraram-sefuncionais, não interferindo nos requisitos de funcionamento do experimento.A adoção deste modelo como padrão mostrou-se viável, pois é independentede plataforma de hardware e linguagem de programação, possuindo ferramentascompatíveis para as plataformas mais utilizadas no desenvolvimentode experimentos remotos.

Abstract : The experimentation of theoretical knowledge in laboratories tends to improvethe teaching-learning processes, however, to overcome the lack of these,there are alternatives such as virtual and remote laboratories. It is noteworthythat in the manipulation of the remote laboratories, the result obtained ineach experiment is real, being influenced by environmental variables. Thebenefits of its use go beyond pedagogical, such as the availability of Internetaccess, sharing of infrastructure and possible savings of financial resources.In general, such laboratories are developed in a strongly coupled and nonstandardizedway to meet specific needs. This lack of standard makes it difficultto share, reducing the possibility of increasing the benefits generated byits use, starting from this difficulty, this work proposes the use of the architectureof smart devices as an alternative to this gap, developing a prototypefor remote laboratory communication, to which can be used as a referencein the development of new experiments or in the re-adaptation of existingones, aiming at the standardization of the experiments. This work relies ona review of the literature on the architecture of intelligent devices applied inlaboratories and the development of prototypes. The inclined plane of theRExLab laboratory was used as a starting point, since it has sensors and actuatorsmanipulated by the users, allowing for a broader implementation. Thecomputational technologies used were Node.js on the server side, WebSocketsas communication medium, asynchronous feature, and JSON format asstandard for data exchange, as well as clients, forWeb platform in HTML andJavaScript language, in the C# and Java desktop languages. The prototypesproved to be functional, not interfering with the operation requirements of theexperiment. The adoption of this model as a standard has proven to be feasible,since it is independent of hardware platform and programming language,having compatible tools for the most used platforms in the development ofremote experiments.