di Alfonso D’Ambrosio

 

Buongiorno,

l’articolo in questione non vuole essere tecnico e non vuole insegnare nulla, vuole solo essere di stimolo e di ispirazione.

Parliamo di robot e di robotica e guardiamo ad essi sotto il profilo meccanico.

La maggior parte dei robot costruiti dall’uomo, pur efficaci e complessi per la sensoristica e il software, hanno una struttura esterna ancora troppo statica, oserei dire quasi impacciata quando si tratta di simulare i movimenti di esseri viventi.

Ci si potrebbe chiedere cosa potrebbe mai riguardare la robotica ed il fatto che questi siano statici con la didattica e con la Scuola?

Ebbene immaginiamo di poter realizzare un robot “morbido” che possa adattarsi a le varie situazioni del terreno, che possa simulare i movimenti di un essere vivente, allora non saremmo di fronte a un percorso multidisciplinare che lega la Matematica, la Fisica, l’informatica e la Biologia?

Parlemo quindi di RoboBiologia!

Con questo primo articolo, iniziamo un percorso che ci auguriamo possa essere di collaborazione con vari docenti e scuole italiane.

Iniziamo con il realizzare il più semplice robot biologico: un insetto robotico.

Occorrente:

3V-9V 7400 GIRI Micro Motore RF-130CH-09520 (reperibile anche in un vecchio giocattolo e sostituibile con un motorino vibro per cellulari)

Fili di Ferro, cavetti conduttori

Led

Una pila da 3V

4 molle

Resistenze

Colleghiamo la Pila da 3V (se ne trovano diverse in edicola, consiglio quelle rotonde dal diametro più piccolo possibile) al nostro micro motore, attaccando con del nastro adesivo isolante un cavo da un lato ed uno dal lato opposto.

Attaccare al nostro micromotore le zampette del nostro insetto.

In questa fase esistono diverse varianti. Io ne ho scelte due: uno in cui l’asse di rotazione è perpendicolare al piano di appoggio del mio insetto, l’altro in cui l’asse di rotazione è parallelo al piano di appoggio.

Per le zampette ho scelto di usare due led (in totale 4 zampette), altri due led possono essere usati in parallelo al micromotore per costruire i due occhi “accesi” del nostro insetto (ma non è necessario).

20160619_073506

20160619_073511

A questo punto per creare la “vibrazione” sul nostro insetto occorre posizionare sull’asse di rotazione un corpo asimmetrico (è questa una fase didattica molto interessante, perché si può discutere con gli studenti di rotazione, momento angolare, ma anche di momento di inerzia, di sbilanciamento, di vibrazione durante la guida di una macchina, di “masse” da applicare sull’albero motore e così via…), io ho scelto di attaccarvi dello scotch con all’estremità un corpo di metallo, ovvero una resistenza arrotolata.

Pronti?

Colleghiamo i fili elettrici ai due poli del micromotore ed osserviamo l’insetto muoversi.

Quando tocchiamo l’asse di rotazione, l’urto crea effetti davvero interessanti.

Un esempio è reperibile in questo video:

https://www.youtube.com/watch?v=H60skWgYfOk

Versione simile a quella reperibile su istructionables (dove viene usato efficacemente un condensatore carico al posto della mia pila da 3V):

http://www.instructables.com/id/Insect-Bot/

https://www.youtube.com/watch?v=zbypz0VfjRc

 

Un robot del genere può essere modificato con un numero di zampe a piacere, ma presenta un problema: è assolutamente statico!! Le zampine sono rigide, su un terreno tortuoso cadrebbe e non è assolutamente un buon modello biologico!

Come creare un semplice robot morbido? Con zampe flessibili e che si addattino alle diverse condizioni del terreno?

In questa fase ci viene in soccorso la fisica e la matematica.

Un qualunque sistema fisico di forze è approssimabile al primo ordine ad un oscillatore armonico (questo lo sa bene chi si occupa di Meccanica quantistica o ha visto uno sviluppo in serie di Taylor).

Eureka: una molla!!!

Faccio un rapido giro in rete e cerco di capire se e come un elastico possa intervenire nel movimento di un insetto e scopro delle cose interessanti.

http://www.webalice.it/leonardo.melchionda/atterigoti.htm

Atterigoti

Gli insetti che fanno parte di questa sottoclasse sono i più primitivi, perché atteri (cioè senza ali), inoltre, non subiscono mute né metamorfosi (ametaboli), praticamente, dall’uovo nasce un piccolo individuo simile all’adulto, ne differisce solo per le dimensioni più piccole, poi man mano che cresce, raggiunge le dimensioni dell’adulto senza particolari cambiamenti. La loro costituzione pur primitiva presenta una struttura particolare, per la presenza di un appendice addominale biforcuta (forcula), normalmente ripiegata sotto il corpo, la quale permette all’insetto di saltare col suo rapido movimento, tipo una molla

Scopro il libro di Linneo sulla storia naturale degli insetti

E scopro che l’idea di un robot insetto non è poi così tanto vecchia

http://it.euronews.com/2015/01/28/ecco-ettore-il-robot-insetto/

A questo punto non ci resta che procurarci delle molle (è un sistema fisico semplice, che non ha memoria della sollecitazione, a meno che non vada in isteresi, ma potete usare anche varianti con molle e silicone o pongo).

Si trovano facilmente all’interno di penne a scatto.

Colleghiamole ai nostri vecchi arti statici e studiamo il comportamento del nostro insetto al variare dell’asse di rotazione del nostro micromotore e della posizione delle zampe.

20160619_142343

20160619_075711

20160619_14310220160619_143704

Nel mio caso, sono riuscito a far saltare il mio insetto (con una vibrazione perpendicolare al piano di appoggio) o farlo muovere in avanti. Il sistema in esame è capace di muoversi su superfici sconnesse e se “cade” da un gradino resta in piedi e potete divertirvi a vedere cosa accada se mettete le molle solo sulle zampe anteriori o posteriori o su una …..

20160619_143613

Le molle hanno la funzione di assorbire parte dell’energia scaricata dall’insetto su movimento e apre una fase stimolo , da un punto di vista didattico, per affrontare lo studio delle articolazioni dei sistemi biologici.

Insomma attaccate delle molle ai vostri robot!

E se volessimo davvero realizzare un insetto robot programmabile?

Beh ci bastano due o più servo motori, un Arduino nano o Leonardo (giusto per questioni di leggerezza) ed un sensore Ir o ultrasuoni a cui potete attaccare cicalini, vibro motori etc .

 

20160619_163756

Ma questa è un’altra storia…..

 

Per qualsiasi dubbio o suggerimento scrivetemi ad alfonsodambrosio@yahoo.it

 

 

 

 

Vai alla barra degli strumenti