Machine learning, protesi robotiche ed inclusione: un ponte fra scuola e ricerca

L'iniziativa si pone come modello replicabile per l’educazione STEAM nella scuola primaria, dimostrando come temi ad alta complessità scientifica possano essere accessibili, significativi e coinvolgenti anche per i più piccoli, se veicolati con approcci narrativi e creativi orientati verso aspetti sociali che li riguardino. Il progetto mira a far sì che gli allievi delle classi quinte della scuola primaria possano:

• “Riscoprire” contenuti ed abilità curricolari e farne delle risorse per realizzare un progetto che li appassioni, sviluppando così nuove competenze (nell’ambito di “micromondi incubatori di conoscenza”).
• Scoprirsi capaci di realizzare progetti originali – con e per gli altri – mettendo in gioco fantasia e razionalità.
• Vedere la tecnologia come un mezzo per esprimersi e contribuire al progresso e all’inclusione dei più fragili.
• Comprendere la logica dell’Intelligenza Artificiale (in particolare, machine learning e apprendimento supervisionato) e saper sviluppare semplici ed efficaci modelli di classificazione determinando con intelligenza la quantità e qualità dei dati necessari.
• Riflettere, per esplorazione, sul fenomeno del bias algoritmico, ossia gli effetti sull’accuratezza e sulla capacità di generalizzazione del modello di eventuali problemi nei dati di addestramento.
• Capire che i sistemi d’intelligenza artificiale, nel perseguire gli scopi prescelti dai loro creatori, possono influenzare in modo differente i vari gruppi d’interesse coinvolti e possono avere delle implicazioni etiche rilevanti.
• Imparare a servirsi dell’intelligenza artificiale generativa come mezzo per amplificare, sviluppare e non sostituire la propria immaginazione.

Gli strumenti utilizzati comprendeno l'ambiente di programmazione visuale a blocchi MBlock (MakeBlock), simile al popolare linguaggio di programmazione Scratch, nonché la sua teachable machine integrata per l'addestramento di modelli di computer vision. Inoltre, sotto l'attenta sorveglianza e supervisione del docente, gli allievi si sono serviti di tecnologie di intelligenza artificiale generativa per trasformare i loro progetti creativi su carta di arti robotici personalizzati in immagini digitali di valore artistisco.

Il fulcro dell’iniziativa è rappresentato da un progetto, da me ideato, per coinvolgere gli studenti delle classi quinte della scuola primaria in un percorso di apprendimento che integri aspetti scientifici, tecnologici, artistici ed etici. In sintesi, l’obiettivo è duplice:

· gli alunni hanno 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 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 della Prof. 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 della scienziata, 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, sono 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 è 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 fa 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 impara gradualmente a risolvere specifici problemi, per raggiungere, alla fine, la capacità di esprimere la sua intelligenza con un elevato grado di autonomia.

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 da me e dalla Professoressa Cristina Piazza, si impegnano in attività di simulazione in cui sono 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 può 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 è integrato in un’esperienza di storytelling digitale, realizzata mediante la programmazione visuale a blocchi, che può conseguire un duplice beneficio. Da un lato, consente agli studenti di sviluppare il pensiero computazionale, dall’altro, può 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.

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.

Quest’avventura educativa, iniziata a marzo del 2025, è in pieno svolgimento e abbraccerà anche il prossimo anno scolastico. Al momento, si può mettere in luce che gli studenti:

• Stanno sviluppando le loro capacità, in particolare rispetto all’ideazione e programmazione di storie digitale interattive le cui traiettorie narrative dipendano dal fruitore e dall’intelligenza artificiale.
• Hanno riscoperto le conoscenze acquisite nel corso dello studio del corpo umano, con particolare riguardo al sistema nervoso, e se ne sono serviti per comprendere i principi di funzionamento di una protesi robotica governata dall’intelligenza artificiale nel ruolo di classificatore dei segnali elettromiografici generati dalle intenzioni di movimento.
• Hanno ulteriormente sperimentato quanto la diversificazione degli esempi per l’addestramento di un modello di machine learning sia fondamentale per la sua accuratezza e generalizzazione.
• Hanno compreso, simulandola, la catena di funzionamento di una protesi robotica, dalla generazione dell’intenzione di movimento alla classificazione dei segnali mediante l’intelligenza artificiale e, infine, all’azionamento dell’arto bionico.
• Hanno scoperto, durante un meeting formativo con la Prof. Cristina Piazza, che la sua passione scientifica nasce da una vocazione e da una sensibilità verso i problemi dei più fragili maturata sin da bambina, grazie alle testimonianze del contesto famigliare.
• Hanno potuto riflettere, insieme al docente, su quanto le tecnologie emergenti, come la robotica e l’intelligenza artificiale, seppure presentino rischi rilevanti sul piano etico, rappresentino un’opportunità straordinaria per il genere umano e il benessere dei più deboli.
• Hanno iniziato a sperimentare l’intelligenza artificiale generativa nel ruolo di supporto e non surrogato della loro creatività.

Di seguito, il link a un video-report che mostra uno dei cartoon digitali sviluppati dagli studenti, con la programmazione visuale e ispirandosi alla storia "Il mio primo abbraccio", nonché una selezione dei loro progetti creativi su carta di protesi robotiche personalizzate e le relative evoluzioni digitali realizzate con l'intelligenza artificiale generativa:

https://drive.google.com/file/d/1Yvg2JAxYREazoSpnkAqlmneuBUCWH_-x/view?usp=sharing

Di seguito, il link a un video-report che mostra uno dei cartoon digitali sviluppati dagli studenti, con la programmazione visuale e ispirandosi alla storia "Il mio primo abbraccio", nonché una selezione dei loro progetti creativi su carta di protesi robotiche personalizzate e le relative evoluzioni digitali realizzate con l'intelligenza artificiale generativa:

https://drive.google.com/file/d/1Yvg2JAxYREazoSpnkAqlmneuBUCWH_-x/view?usp=sharing