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Como a Lego está construindo a próxima geração de engenheiros

Não há canetas de granada esferográfica, nem armas de dardos montadas no pulso, nem Aston Martins com telas de fumaça, vidro à prova de balas, placas giratórias ou assentos ejetores. Ainda assim, as engenhocas geek aprovadas nas instalações de pesquisa e desenvolvimento da Lego em Billund, na Dinamarca, são tão invejáveis ​​quanto qualquer coisa preparada pela Q Branch.

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A empresa de brinquedos forneceu ao mundo mais de 600 bilhões de minúsculos tijolos de plástico - cerca de 80 para cada habitante da Terra. (Usado com permissão, © 2012 THE LEGO GROUP) Esta coleção de 1953 foi a primeira a baptizar os brinquedos dinamarqueses Lego Mursten - Lego Bricks. (Usado com permissão, © 2012 THE LEGO GROUP) Em uma competição de robótica em janeiro, mais de 100 equipes de seis estados e dois países disputaram o domínio do Lego. (Eli Meir Kaplan) Dentro do laboratório de P & D da Lego em Billund, na Dinamarca, 150 designers criam as próximas engenhocas do Lego. (Usado com permissão, © 2012 THE LEGO GROUP) O novo kit Mindstorms EV3 da Lego permite aos usuários construir 17 robôs diferentes e programá-los diretamente através de um "tijolo inteligente" (Ian Allen).

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Q Branch, é claro, é a seção do Serviço Secreto de Sua Majestade (MI6), que fornece James Bond com uma bugiganga fantasiosa. A sede do MI6 é uma fortaleza em forma de zigurate, conhecida dentro da comunidade de inteligência como Legoland. Recebeu o nome da empresa de brinquedos que forneceu à terra mais de 600 bilhões de minúsculos tijolos de plástico - cerca de 80 para cada habitante. O QG da própria empresa Lego é um campus modesto, tão limpo e bem organizado quanto uma equação quadrática. Enormes tijolos coloridos - um aceno corporativo à arte - estão espalhados em pilhas arrumadas, e prédios retangulares simples levam nomes como Idea House e Head Office.

O próprio MI6 da Lego, seu laboratório de P & D ultrassecreto, fica no segundo andar de uma estrutura de tijolos chamada Tech Building. No interior, redutores de jeans e pulôveres de lã são cercados por gânglios eletrônicos suficientes para dar o pontapé inicial no monstro de Frankenstein. Em meio a um espaguete de fios e uma explosão de blocos vermelhos, verdes, azuis, amarelos e roxos, há uma incrível variedade de protótipos de robôs, todos capazes de exasperar comportamentos. Algumas dessas maravilhas se impulsionam em rodas de Lego; outros deslizam pelas pernas de Lego. Há um robô parecido com um escorpião que gira bruscamente, prende suas garras e procura por um "farol" de infravermelho. Há um andróide moicano que lança pequenas bolas vermelhas ao roncar. E há uma cobra robô com presas que, com a onda de um smartphone, treme, sacode e rola. Pendure sua cela na frente da cabeça da serpente e ela se lança para te morder.

Todos os três aparelhos são personagens do Mindstorms EV3, a mais recente atualização de um kit do tipo "faça você mesmo" que permite à Edison montar robôs, programá-los em PCs e Macs e controlá-los via Bluetooth, aplicativos para download e comandos de voz. Como qualquer outro Lego, o Mindstorms EV3 é uma mistura de peças (quase 600 elementos separados) que podem ser conectados de várias maneiras. O brinquedo, que custa US $ 350 e estará nas lojas neste outono, vem com instruções de construção interativas 3D para 17 bots diferentes que andam, falam e perseguem. E, sendo este Lego, as crianças empreendedoras são encorajadas a cortar e transformar os componentes em tudo o que possam imaginar.

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Era uma vez, os professores não tinham as ferramentas para excitar e envolver os alunos na engenharia. E o know-how tecnológico necessário para montar um robô de trepidação limitou o público a estudantes do ensino médio e universitário. Tudo isso mudou em 1998, quando a Lego lançou sua primeira onda de bots programáveis. Na segunda onda, em 2006, a linguagem de programação tornou-se visual e as crianças podiam fazer bots fazerem praticamente qualquer coisa simplesmente unindo diretivas em um computador. "Hoje, um aluno da segunda série pode fazer seu próprio tricerátopo evitando paredes em 20 minutos", diz Chris Rogers, professor de engenharia mecânica da Universidade Tufts.

Com tijolos, ação e tons vibrantes como o pôr do sol tropical, a Lego criou uma maneira de os novatos aprenderem o básico da engenharia estrutural: órtese, tensão e compressão, restrições de carga, construção em escala. Combinando tijolos Lego a sensores, servomotores e microprocessadores, os novatos podem agora explorar tudo, desde polias e correias básicas até a programação de computadores. “O Mindstorms EV3 faz com que os equipamentos consertem mais uma vez”, diz Ralph Hempel, autor do Manual de Treinamento do Agente Secreto Lego Spybiotics .

Mindstorms incentiva jovens experimentadores a entrar na robótica. "Não põe limites às suas fantasias", diz Niels Pugholm, um estudante universitário dinamarquês que joga com Legos desde que tinha idade suficiente para saber que não deveria engoli-los. “A maioria dos brinquedos conta uma história; Mindstorms é exploratório e não tem regras definidas. Se eu construir um robô rover de Marte, posso reconstruí-lo em um braço robótico e depois em um humanóide robótico. A robótica Lego é uma maneira educada de aprender sobre design, planejamento, construção e, mais importante, reconstrução. ”Na Dinamarca, ele diz, é obrigatório que uma criança construa uma Torre de Babel fora de Legos que“ inevitavelmente seja demolida ”.

O EV3 é a terceira geração de Mindstorms demolishables, e o segundo é o crowdsource. "O poder de muitos", diz Marc-André Bazergui, um dos desenvolvedores de uma dezena de cidadãos da Lego - que se intitulam os 12 Macacos - com o intuito de projetar a última edição. Ao longo dos anos, muitos criaram bots Lego que resolvem os Cubos de Rubik, classificam os M & M's por cores e convertem os banheiros convencionais em lavadores robóticos.

Parte do chamado "movimento criador", a comunidade online fanática da Mindstorms compartilha ideias enviando planos para novas criações para fóruns da Lego e postando vídeos no YouTube. Em todo o mundo, as crianças da escola pertencem a ligas e realizam torneios em que as equipes são desafiadas a projetar, construir e programar um robô Lego para completar uma tarefa específica relacionada a um tema como controle climático ou segurança no transporte. Nos Estados Unidos, as competições são dirigidas pela FIRST (For Inspiration and Recognition of Science and Technology), uma organização sem fins lucrativos fundada pelo inventor aparentemente inesgotável Dean Kamen (criador da scooter Segway). Toda primavera, a FIRST possui campeonatos em quatro divisões de robótica, com idades entre 6 e 18 anos. Na festa de três dias do Lego Edward Jones Dome em St. Louis, 650 equipes disputaram superioridade robótica e mais de US $ 16 milhões em bolsas de estudo para 140. faculdades.

Metade de todas as escolas secundárias e cerca de um quarto de todas as escolas de ensino fundamental e médio integraram as Mindstorms em seus currículos. O Massachusetts Institute of Technology tem uma cadeira Lego, que não é um chesterfield feito de tijolos Lego, mas uma cátedra no laboratório de mídia da faculdade. Na Tufts, os conjuntos robóticos evocaram um número igual de dissertações e dissertações com títulos cativantes como "Ensinando mecânica básica cardio-vascular com modelos Lego: um estudo de caso do ensino médio".

Rogers trabalhou com a Lego para desenvolver o Robolab - uma abordagem robótica para aprender ciências e matemática - que tem sido usada em cerca de 50.000 escolas em todo o mundo e foi traduzida para 15 idiomas. Ele enfatiza o design thinking, a ideia de que você define um problema imaginando primeiro sua solução. Sua abordagem é baseada em demonstração, crítica e iteração: tudo pode ser feito melhor, até mesmo o fracasso. "As crianças fazem um palpite e depois fazem experimentos para provar suas teorias", diz ele. “Eles vêem que não há resposta certa ou errada, apenas um número infinito de maneiras de resolver um problema. Aprender isso é tão importante para a engenharia quanto para a vida. ”

Samuel Beckett exortou: “falhe melhor”.

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Em dinamarquês, Lego é pronunciado LEE-go. Em inglês, a mania de construção que tomou conta do mundo civilizado é pronunciada LEEgoMAINIA. Um artista italiano meticulosamente recriou as obras de antigos mestres em Legos, incluindo Mona Lisa, de Da Vinci, e Girl With a Pearl Earring, de Vermeer . Um artista de Chicago projetou conjuntos de miniaturas de Lego da Casa Branca, da Ópera de Sydney e de outros 15 edifícios eminentes. Outros se esforçaram extraordinariamente para montar a maior ponte Lego do mundo (122 pés), a maior linha de trens de Lego do mundo (4.923 pés) e a torre de Lego mais alta do mundo (106 pés, sete polegadas; 450.000 tijolos). Levaria 40 bilhões de tijolos de oito garras para construir uma pilha até a lua, embora ninguém tenha tentado isso.

Não apenas todas as novas espaçonaves e missões da NASA agora geram seu próprio modelo de Lego, mas os astronautas a bordo da Estação Espacial Internacional os construíram em órbita. Há relógios Lego Darth Vader, videogames Lego Ninjago e um jogo de quadribol Lego. Daqui a um ano o filme de aventura de animação LEGO: The Piece of Resistance é lançado nos cinemas. Apresentando personagens dublados por Will Ferrell e Morgan Freeman, o desenho animado promete ser um verdadeiro sucesso de bilheteria. Na última contagem, quatro dos 10 melhores livros de capítulos infantis da lista de best-sellers do New York Times eram da Lego. Um deles, The Lego Ideas Book, traz o slogan “Unlock Your Imagination”.

A imaginação é o que guiou a Lego desde a sua fundação em 1932 por Ole Kirk Kristiansen, um carpinteiro de Geppetto com uma pequena oficina em Billund, uma aldeia rural na Jutlândia com a topografia de uma panqueca. Em uma tentativa de vencer a Grande Depressão, Kristiansen começou a fabricar carros de madeira de cores vivas e puxar os patos. Tendo concluído que sua empresa de brinquedos precisava de um nome mais evocativo do que Billund Maskinsnedkeri, ele truncou a expressão leg godt, dinamarquesa por "jogar bem". Em uma coincidência fortuita, Lego significa "eu junto" em latim.

Lego, como entendido pela maioria dos adultos, começou em 1949, logo depois que Kristiansen comprou a primeira máquina de moldagem por injeção da Dinamarca e começou a produzir brinquedos com algumas peças plásticas. De acordo com a lenda de Lego, ele encontrou alguns blocos ocos de fabricação britânica chamados Kiddicraft, que inspiraram o seu próprio Automatic Binding Bricks, o precursor do tijolo Lego. O avanço do design foi um mecanismo de pregos e tubos que permitiu que os tijolos se encaixassem, se mantivessem firmes e, de alguma forma, se separassem facilmente. "Legos são os símbolos finais do caráter dinamarquês", diz Niels Pugholm. “São pequenos objetos despretensiosos que dependem da lógica e da geometria. Talvez porque a Dinamarca tenha poucos recursos naturais, a engenhosidade é valorizada ”.

Em 1958 - o ano da morte de Kristiansen - a Lego patenteou sua tecnologia de encaixe por clique, que a empresa chama de “poder da embreagem”. A chave é a engenharia de precisão; a tolerância dos dentes da Danish Modern da Lego é de um quinquagésimo de milímetro, dez vezes mais fina que um cabelo humano. Durante o próximo meio século Lego se tornou um dos brinquedos mais adorados do mundo. Cerca de metade dos pais do planeta foram acordados por uma perturbação no meio da noite, correram atordoados para o quarto de seus filhos e pisaram descalços em um tijolo de Lego.

"As crianças são pequenas criaturas fantásticas", disse Mads Nipper, chefe de marketing da empresa. “Ao lado de pessoas bêbadas, elas são as únicas pessoas realmente honestas na Terra.” Com a aproximação do milênio, a Lego explorou essa honestidade fazendo um bender de marca. A empresa familiar fez incursões em roupas infantis, produtos para bebês, jóias, videogames e parques temáticos.

Mas algo estava apodrecendo no estado da Dinamarca. Em 2004, a Lego tomara algumas decisões financeiras e estava à beira da falência ou da aquisição da Mattel, a maior varejista de brinquedos do mundo. Kjeld Kirk Kristiansen, CEO e neto do fundador, nomeou o ex-consultor administrativo Jorgen Vig Knudstorp para substituí-lo e reconstruir Lego, tijolo por tijolo. O que a Knudstorp fez, cortando custos, demitindo funcionários, reduzindo pela metade o tempo de desenvolvimento, eliminando a divisão de software e reduzindo as linhas de produtos. Aparentemente relegado ao Grande Sótão de Brinquedo no Céu, Lego fez uma reviravolta notável.

Uma linha que Knudstorp deixou intocada foi Mindstorms, que começou a vida há 15 anos em colaboração com o MIT Media Lab. “A patente original do nosso tijolo intertravado expirou em 1975”, diz Nipper. “A única maneira de continuarmos nos diferenciando de nossos concorrentes foi através da criatividade.” E não necessariamente da própria criatividade da Lego: a empresa terceirizou a inovação da Mindstorms para sua base de fãs hard-core.

A relação entre Mindstorms e seus entusiastas sempre foi simbiótica. Alguns meses após o lançamento do kit de robótica em 1998, Kekoa Proudfoot, estudante de pós-graduação da Universidade de Stanford, fez engenharia reversa de seus microprocessadores proprietários e publicou os segredos do design. Outros hackers aproveitaram suas descobertas, projetaram novos softwares e sistemas operacionais e compartilharam ajustes de desempenho com o resto da Internet. Enquanto a equipe de gestão e jurídica da Lego debatia sobre como lidar com a violação, Nipper sugeriu que a empresa encorajasse o fornecimento aberto.

Processar os modders, ele argumentou, poderia alienar os amadores adultos da Lego, que respondiam por quase metade das vendas da Mindstorms e estavam, essencialmente, dispostos a trabalhar de graça. No novo paradigma de negócios da empresa, o desenvolvimento deve ser controlado por ventilador e controlado por ventilador, com muito pouca supervisão da Lego. Tão pouco que um "direito de hackear" foi escrito na licença do software Mindstorms. “Chegamos a entender que limitar a criatividade é o oposto de nossa missão”, diz Nipper. “Nosso objetivo é estimular a investigação e a engenhosidade.” A estratégia deu resultado: o Mindstorms se tornou o produto mais vendido na história da Lego.

Em 2005, com o kit devido a uma atualização de design, a Lego controlou os fóruns online e sites para fanboys adultos dispostos a fazer parte de um Mindstorms User Panel, ou MUP. Os quatro finalistas - todos juraram segredo - e a divisão de engenharia da Lego passou 11 meses trocando e-mails sobre tudo, desde o firmware até as portas de entrada. Em troca de suas contribuições, os MUPpets foram pagos em Legos. "É o melhor relacionamento possível", diz o palestrante Ralph Hempel, engenheiro profissional especializado em design de sistemas embarcados. “O dinheiro complicaria a questão. Não há outra marca no mundo que eu consideraria fazer um trabalho similar sem custo. Receber cópias antecipadas de kits de robótica é apenas a cereja do bolo para mim ”.

Para a versão mais recente do Mindstorms, a Lego expandiu seu painel de usuários para uma dúzia de brickheads (os 12 Monkeys) e estudou como as crianças interagem com os brinquedos robóticos. Camilla Bottke, gerente sênior de marketing da empresa, diz que as crianças não veem os robôs como objetos, nem como extensões de si mesmos, coisas com caráter e personalidades. “Eu acho que é um ótimo conceito, até que a criança tenha que construir o robô e programá-lo”, oferece Hempel. “É quando a realidade afunda o quanto de pensar e mexer em fazer um trabalho de design.”

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"Você diz que quer uma revolução", cantou um cético John Lennon. "Bem, você sabe, todos nós queremos mudar o mundo." O problema com a revolução digital, repete Dean Kamen, é que a capacidade de brincar com a tecnologia é muitas vezes confundida com a capacidade de compreendê-lo.

O engenheiro de 62 anos de idade, empresário e empresário detém a partir de uma casa em forma de hexágono de seu próprio projeto nos arredores de Manchester, New Hampshire. Ele veste o que é praticamente seu uniforme: uma camisa jeans de gola aberta e calças jeans.

Kamen abandonou a faculdade para desenvolver a primeira bomba de insulina wearable do mundo. Ele passou a criar o Segway; uma cadeira de rodas robótica de seis rodas com auto-equilíbrio, capaz de subir e descer escadas; e um gerador elétrico que pode funcionar com esterco de vaca e produzir água potável ao lado. De todas as suas invenções - e Kamen detém 441 patentes estrangeiras e domésticas - a que ele mais se orgulha é FIRST, um esporte largamente mental baseado em robótica competitiva.

Ele começou pela FIRST em 1989 para desmistificar a engenharia e desenvolver uma geração de inovadores. "Muitas crianças do ensino médio neste país, particularmente mulheres e minorias, abandonam as aulas de ciências e matemática", diz ele. “Não há incentivo, não há encorajamento.” Na verdade, ele argumenta, há todo tipo de desincentivos e desânimos sutis. “As crianças precisam ter acesso a projetos desafiadores e práticos que resultam em um produto tangível. Em vez de dizer por que conceitos abstratos como álgebra ou trigonometria são importantes, os professores de ciências deveriam dizer: 'Vamos construir um robô Lego!' Com um pouco de ajuda, as crianças constroem uma e isso resolve um problema. De repente, eles percebem que matemática e ciência são ferramentas muito poderosas. De repente, a matemática e a ciência são relevantes e divertidas ”.

Kamen prevê uma época em que os jovens reverenciam os cientistas pioneiros tanto quanto, digamos, os astros da NBA. "A única coisa que a cultura americana celebra é heróis esportivos", diz ele. “Muitos adolescentes atléticos acham que vão ganhar uma fortuna saltando uma bola de basquete e se tornando o próximo LeBron James. Isso não é realista, mesmo para a menor porcentagem deles. Tornar-se um engenheiro é. ”Ainda assim, Kamen admite que as diferenças inatas entre as salas de aula e os campos de jogos ajudaram a tornar as carreiras esportivas mais atraentes do que as de tecnologia. "Quando os atletas trabalham juntos, é chamado trabalho em equipe", diz ele. "Se você trabalha em conjunto na aula de ciências, é chamado de trapaça".

A competição de robótica - o equivalente das ligas principais da FIRST - começa em janeiro, quando um comitê de engenheiros revela o jogo e as regras daquele ano. Supervisionados por engenheiros, cientistas ou outros mentores adultos, equipes de alunos do ensino médio têm seis semanas para projetar e construir máquinas pequenas e deselegantes a partir de kits. As únicas restrições são o peso (o robô não pode exceder 150 libras) e o custo. (Para mitigar vantagens econômicas, e não de engenharia, Kamen estabeleceu uma espécie de teto salarial de US $ 4.000 em partes adicionais.)

Embora cada equipe enfrente o mesmo desafio, eles criam soluções de design muito diferentes. Os vencedores locais avançam para uma das 58 regionais, onde seus bots lutam pela chance de se classificar para as finais em St. Louis. O campeonato é estruturado como o March Madness, o torneio de basquete masculino da Divisão I da NCAA. Kamen chama isso de "NCAA de inteligência". Cada uma das quatro divisões tem o nome de um cientista famoso (Arquimedes, Curie, Galileu e Newton). O Final Four é jogado no campo de Einstein.

Um recente estudo da Brandeis University mostra que crianças que participam de competições de robótica têm duas vezes mais chances de seguir uma carreira em ciência e tecnologia, e quase quatro vezes mais chances de buscar uma em engenharia. "O robô é apenas um veículo", diz Kamen. “Em seis semanas, você não pode dar a uma criança uma educação significativa em robótica, tecnologia ou engenharia. Mas construindo robôs, você pode construir autoconfiança e uma compreensão séria de como é a vida das pessoas que trabalham e resolvem problemas complexos. Para muitas crianças, a robótica tem o potencial de mudar onde eles colocam seu tempo e atenção. ”

Nesta tarde de janeiro, cerca de 750 crianças de lugares tão distantes como Cingapura estão dedicando seu tempo e atenção ao PRIMEIRO torneio da Universidade de Delaware. Um cruzamento entre uma feira de ciências e uma fantasia de "Big Bang Theory", é um dos maiores eventos de robótica de um dia no país. Os participantes vieram vestidos como cientistas malucos, bonecos de testes de colisão e grotesco variados que nem mesmo o Dr. Seuss teria inventado.

A tecnologia da Tinkertoy transformou uma casa de campo em um verdadeiro empório de hardware. Os cubículos de oficina estão abarrotados de catracas presas e chaves enferrujadas; grandes aglomerados cinzentos de rodas, polias e braços de extensão; e em todo lugar, em todo lugar Legos. Banners trazem nomes de times como Bricktastic Builders, o Fellowship of the Brick, Lego-Nardo da Vinci.

Na quadra da Competição de Robótica, a confederação mais conspícua - um quarteto de rapazes de Nova Jersey conhecidos como Carbonauts - está usando óculos de segurança, tênis de corrida e o que parece ser macacões de prisão laranja. "Legos me inspiram e me trazem de volta à realidade", diz Ibrahim Elshahawi, um estudante do ensino médio que planeja uma carreira em engenharia biomédica. “Eu aprendi que não posso simplesmente construir um robô. Minhas ideias precisam ser mais organizadas e sequenciais. ”

Os concorrentes mais jovens são cerca de metade do sexo feminino. Na competição de robótica, as garotas são poucas e distantes entre si. “As garotas são mais estéticas, logísticas, orientadas para detalhes”, oferece um Carbonaut chamado Charles Verhoog. "Não estamos em pontos de estilo."

"Os caras estão fazendo coisas sensacionais", diz o companheiro de equipe CJ Geering.

Uma adolescente em outra equipe - suas madeixas rosadas trançadas com armadilhas de dedo chinesas - aparece com a cabeça no amontoado do Carbonaut e racha: "Você ficaria surpreso".

Uma campainha toca. Empurrado nas arquibancadas, torcendo por seções e pais hiperventilando, as equipes colocaram seus robôs folklift em movimento no percurso. O objeto: para arrebatar anéis de borracha de uma pilha vertical e depositá-los em raios horizontais. O bot de Carbonaut agarra, derruba, trava, bate nas paredes e ainda assim de alguma forma ... ganha o calor.

Como um stock car desgastado, o bot triunfante é revertido para os “pits”, onde os Carbonauts brincam com o algoritmo, mudando as variáveis ​​de velocidade e direção. Perguntado se ele já participou de um torneio marcado por um escândalo de doping robótico, o companheiro de equipe CJ Geering disse: “Os juízes ocasionalmente nos pedem amostras de eletricidade, mas até o momento nenhuma delas foi contaminada. A última coisa que queremos é ter que aparecer em um especial de TV com a Oprah.

Em uma divisória, Austin Hwa e Thomas McClure, vestidos com gravatas carmesim, toques e jaquetas de chef, ficam ao lado de uma pirâmide de tijolos de Lego. Eles são membros do Chef-Bot-Ardees, um contingente de ensino médio de Chadds Ford, Pensilvânia.

O Lego League Challenge deste ano é para resolver problemas enfrentados pelos idosos. Os cozinheiros prepararam um andador robótico equipado com uma bandeja magnética.

“A bandeja é magnetizada para impedir que facas e garfos caiam”, explica Hwa.

"E colheres", acrescenta McClure, prestativo.

Hwa, de treze anos, diz que a robótica da Lego o colocou na pista da tecnologia. McClure, que tem 10 anos, não tem tanta certeza se a engenharia está em seu futuro. "Não sair do assunto", diz ele, "mas não acho que necessariamente vou entrar nessa linha de trabalho".

Ele contempla o Lego através da rede de seus dedos. "Eu estou na banda da quinta série, a seção de percussão", diz ele. "Há uma chance muito grande que eu vou crescer para ser um baterista de rock."

Como a Lego está construindo a próxima geração de engenheiros