Desenvolvimento e implementação de um kit didático para o treinamento prático em aplicações de visão computacional

Abstract

A Inteligência Artificial (IA) é uma das tecnologias mais influentes da atualidade, desempenhando um papel crucial na transformação do mercado de trabalho e na economia global. A educação, essencial para preparar indivíduos para este novo cenário, encontra no STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts, and Mathematics) uma metodologia eficaz para desenvolver habilidades de resolução de problemas, criatividade e pensamento crítico. Integrando IA no STEAM, este trabalho visa capacitar estudantes para os desafios da Indústria 4.0. Este projeto desenvolve e implementa um kit didático inovador que simula uma linha de produção integrada, unindo automação, robótica e IA. O kit inclui uma esteira transportadora com um manipulador e uma ESP32-CAM, oferecendo uma experiência prática na identificação e manipulação de objetos. Essa configuração permite a aplicação de algoritmos de IA para reconhecimento de padrões e automação de processos, proporcionando uma abordagem prática, lúdica e acessível às tecnologias da Indústria 4.0. A metodologia do TCC abrangeu desde a concepção e montagem dos componentes até a implementação de algoritmos de reconhecimento de objetos. Testes extensivos garantiram a integração eficiente do sistema. O kit foi testado em uma turma do mestrado profissional em Engenharia de Controle e Automação do IFES campus Serra e em treinamentos de IA na GainTech Tecnologia LTDA, demonstrando sua eficácia como ferramenta educativa. Os resultados indicam que o kit é uma solução prática e acessível para o ensino de automação e IA, equipando estudantes com habilidades críticas para o mercado de trabalho. Com componentes de baixo custo e uso de bibliotecas opensource, o projeto oferece uma oportunidade única para integrar teoria e prática em um contexto educacional e industrial, destacando-se como uma ferramenta valiosa para o ensino moderno.

ABSTRACT Artificial Intelligence (AI) is one of the most influential technologies today, playing a crucial role in transforming the job market and the global economy. Education, essential for preparing individuals for this new scenario, finds in STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts, and Mathematics) an effective methodology for developing problemsolving skills, creativity, and critical thinking. By integrating AI into STEAM, this work aims to equip students for the challenges of Industry 4.0. This project develops and implements an innovative educational kit that simulates an integrated production line, combining automation, robotics, and AI. The kit includes a conveyor belt with a manipulator and an ESP32-CAM, offering practical experience in object identification and manipulation. This setup allows for the application of AI algorithms for pattern recognition and process automation, providing a practical, engaging, and accessible approach to Industry 4.0 technologies. The methodology of this final project covered the entire process from the conception and assembly of the kit components to the implementation of object recognition algorithms. Extensive testing ensured the efficient integration of the system. The kit was tested in a professional master’s class in Control and Automation Engineering at IFES Serra campus and in AI training sessions at GainTech Tecnologia LTDA, demonstrating its effectiveness as an educational tool. The results indicate that the kit is a practical and accessible solution for teaching automation and AI, equipping students with critical skills for the job market. Using low-cost components and opensource libraries, the project offers a unique opportunity to integrate theory and practice in an educational and industrial context, standing out as a valuable tool for modern education. Keywords: Robotics, Computer Vision, Artificial Intelligence, STEAM, ESP32-CAM, Conveyor Belt, Educational Kit.