Scopri la robotica

Testi: Rob Colson Cartotecnica: Geoff Rayner / Bag of Badgers Ltd Illustrazioni: Eric Smith / Beehive Art Agency Titolo originale: Engineer Academy - Robotics Per l’edizione originale: © 2018 Quarto Children’s Books Ltd. Tutti i diritti riservati.

Per l’edizione italiana: © 2019 Editoriale Scienza srl via Bolognese, 165 – 50139 Firenze – Italia via C. Beccaria, 6 – 34133 – Italia Prima edizione: settembre 2019 Traduzione: Leo Budinich Impaginazione: Studio Link www.editorialescienza.it www.giunti.it Fabbricante e distributore: Editoriale Scienza srl, via Bolognese, 165 – Firenze – Italia Stampato in Cina

Le parole in grassetto vengono spiegate nel glossario alle pagine 62-63.

ATTIVITÀ, ESPERIMENTI E GIOCHI

Rob Colson

INDICE SI INIZIA!........................................ 6

PROGETTARE UN ROBOT............ 8

SOLLEVARE PESI.........................26

Crea

IL PANTOGRAFO......................10

Crea

L’ARGANO................................ 28

Prova

L’ARMONOGRAFO................... 12

Prova

LA RUOTA IDRAULICA........ 30

PROGRAMMARE UN ROBOT....14

COPIARE I NOSTRI CORPI.........32

Crea

LE SCHEDE PERFORATE....... 16

Crea

IL DITO ROBOTICO................34

Prova

IL TREMOLBOT........................ 18

Prova

IL BRACCIO MOBILE............36

ENERGIA E MOVIMENTO........ 20 Crea

Prova

IL PONTE MOBILE................. 22 IL RIMORCHIATORE A ELASTICO.............................24

ARTI DI RICAMBIO.....................38 Crea

IL GIUNTO CARDANICO...... 40

Prova

LA GIUNTURA A SFERA......... 41

ROBOT INDUSTRIALI..................42

ROBOT DA SALVATAGGIO......58

Crea

LA PINZA IDRAULICA........ 44

Crea

IL MONTACARICHI IDRAULICO.............................. 59

Prova

LA PINZA ESTENSIBILE........45

Prova

LA SFIDA FRA SETOLBOT..... 61

ROBOT AL FRONTE......................46 Crea

Prova

LA CATAPULTA........................48 LA FIONDA A TOFFOLETTE........................ 50

VEICOLI ROBOTICI.....................52 Crea

Prova

LA GRU IDRAULICA..............54 L’AUTO A REAZIONE............56

GLOSSARIO.................................62 INDICE DEGLI ARGOMENTI.....64

SI INIZIA!

Fai attenzione quando rimuovi i pezzi dal supporto di cartone e durante l'incastro, in modo da non romperli.

I dieci capitoli che seguono ti mostreranno l’incredibile varietà della robotica, dalle protesi controllate con il pensiero ai robot che nuotano come pesci. Ogni capitolo include dei modelli da costruire e testare per conto tuo mentre scopri il mondo dell’ingegneria robotica.

Crea

Prova I dieci esperimenti e i modelli da costruire richiedono materiali e strumenti che puoi trovare in casa.

Ti aiuteranno a testare le idee esposte nel corso del capitolo e ti mostreranno alcuni dei problemi che gli ingegneri robotici devono affrontare.

All’interno del vassoio troverai nove fogli di cartoncino, due cordicelle, due siringhe di plastica, un tubicino di plastica e otto paia di viti e dadi di plastica. Questi sono tutti i pezzi di cui avrai bisogno per costruire i tuoi modelli. Per ogni modello, prima di iniziare raccogli i pezzi di cui hai bisogno dai supporti di cartoncino. Costruirai nove modelli mobili, fra cui una mano robotica, una catapulta e una gru idraulica. Preparerai anche un set di schede con cui codificare dei comandi da impartire a un robot.

AVVISO DI SICUREZZA

6

Infila Stacca i pezzi dai supporti di cartone e incastrali insieme, non c’è bisogno di colla.

Viti e dadi Nel tuo kit sono incluse viti e dadi per stringere l’una all’altra le parti dei tuoi robot.

Alcuni passaggi delle sezioni “Prova” possono essere pericolosi, ad esempio quando bisogna tagliare degli oggetti. Segui le istruzioni con attenzione e chiedi a un adulto di aiutarti quando vedi questo simbolo:

SIRINGHE IDRAULICHE

2020 55 55

53 53

5757

54 54

56 56

105 105

6262

1717

2121

6060

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5959 6565 104 104 1616

1515

6363

6464

6161

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1919

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scheda 4

scheda 1

6969

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scheda 7 7676

2626

7171 2222

7575 7272

106 106

107 107

108 108

109 109

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Alcuni dei modelli vengono azionati grazie a un sistema idraulico. Un sistema idraulico trasferisce l’energia da un luogo a un altro usando dei liquidi.

Segui queste istruzioni per assemblare il sistema idraulico usando le siringhe e il tubicino di plastica.

7878

7474

111 111

112 112

113 113

8181

8080

82 82

110 110

7979

8484

114 114

115 115

116 116

117 117

8585

2525

8888

2424

83 83

8686

1

Spingi lo stantuffo di entrambe le siringhe fino in fondo.

2

Riempi d’acqua un secchio o un lavandino.

3

Immergi il tubicino di plastica nell’acqua e lascia che si riempia completamente. Se noti delle macchioline argentee all’interno del tubicino, si tratta di bolle d’aria rimaste intrappolate. Muovi il tubicino qua e là sott’acqua e dagli dei colpetti fino a quando le bolle non escono.

4

Mentre tieni immerse entrambe le siringhe nell’acqua, tira lo stantuffo di una delle due per riempirla d’acqua.

5

Tenendo sia le siringhe sia il tubicino completamente immersi nell’acqua, collega le estremità del tubicino alle punte delle due siringhe. Se il risultato è come quello del disegno qui sotto, allora il tuo sistema idraulico è pronto!

2323 118 118

119 119

120 120

2727

121 121

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33

22

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scheda 8

scheda 5

scheda 2

2828

2929

9292

9393

9494

8989 3232 3030

9595

3131 3333 3838

77

3535

9696

4242

3434

9090

9797

4040

66

44

3636

55

3737 3939

4141 4343

9898 9999 9191

4444

4545

4646

100 100 1414

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1111

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1010

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1313 99

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scheda 9

Otto dadi

Tubicino di plastica

Due cordicelle

Otto viti

Scatola

Le punte

e base

Lo stantuffo

Vassoio Due Elastico

siringhe

Acqua 7

PROGETTARE UN ROBOT I robot e le macchine robotiche possono avere dimensioni e forme molto diverse a seconda del compito per cui vengono progettati. Quello che hanno tutti in comune è la capacità di svolgere una serie di azioni in modo automatico. Alcuni funzionano grazie a programmi informatici, altri avvalendosi di meccanismi ingegnosi.

IL CANE ROBOT Alcuni dei robot più sofisticati imitano i movimenti degli umani o di altri animali.

SpotMini è un robot che si muove come un cane. È in grado di salire le scale e aprire le porte.

8

IL COMPUTER, UN ALLEATO PREZIOSO I robot moderni vengono progettati al computer. Gli ingegneri usano software specifici per testare diversi progetti senza doverli costruire davvero e sperimentano varie componenti e materiali.

I progettisti inoltre usano i computer per conferire ai loro robot dei movimenti più efficaci studiando i movimenti degli animali.

Globulo rosso

Coda per nuotare

L’ala di pipistrello Questa ala di pipistrello robotica, denominata Ro-bat, è stata progettata per imitare il modo di volare dei pipistrelli della frutta.

Può essere usata su mini-robot che trasportano telecamere e altri strumenti in luoghi difficili da raggiungere.

COPIARE LE LETTERE Alcune delle prime macchine robotiche vennero usate per copiare le lettere. Il terzo presidente degli Stati Uniti, Thomas Jefferson (1743-1826), usava un poligrafo per fare delle copie delle sue lettere mentre le scriveva.

Jefferson scrisse quasi 20 000 lettere durante la sua vita, e questa macchina robotica gli permise di conservarne delle copie esatte.

Farmaco Microcamera

Mini-robot Nel futuro per somministrare alcuni farmaci necessari potrebbero essere usati dei nanorobot lunghi solo qualche milionesimo di centimetro. Nuotando nel flusso sanguigno potranno portare i farmaci direttamente alle cellule che ne hanno bisogno.

9

PROGETTARE UN ROBOT

IL PANTOGRAFO

Crea

Un pantografo è una macchina per la copiatura robotica. Questo pantografo ti permetterà di eseguire una copia di un’immagine grande il doppio dell’originale. Tienine ferma un’estremità mentre ricalchi l’immagine da copiare, la matita

1

Avvita un dado fino in fondo su una vite e fallo passare attraverso il pezzo 99 come nella figura. Poi fai ruotare il dado in modo che le sue ‘orecchie’ si blocchino nella posizione giusta.

2

Infila il pezzo 96 nel pezzo 95 come indicato.

ne traccerà una copia ingrandita a lato.

Avrai bisogno di: 72

96 99 Sei viti

13

14

Cinque dadi

92

93

95

10

Tieni ferma questa vite in un punto con la tua mano sinistra.

3

Infila i pezzi 92 e 93 sulle linguette dei pezzi 95 e 99 come nel disegno. Assicurati che la testa della vite stia all’interno.

4

Unisci i pezzi 13, 14, 72 e 95 con viti e dadi come indicato, ma non stringerli troppo. Attenzione: la vite alla fine del pezzo 72 deve restare senza dado.

La matita traccia una copia ingrandita

Usa questa vite per ricalcare l’immagine che vuoi copiare

5

Inserisci una matita dentro il sostegno e ruota la filettatura della vite per stringere la presa.

11

PROGETTARE UN ROBOT

Prova

L’ARMONOGRAFO

Obiettivo: Costruisci una macchina per disegnare e osserva come dei pendoli in oscillazione possano creare dei motivi geometrici.

Avrai bisogno di: Nastro adesivo

Un pennarello con la punta di feltro

1

Ritaglia un pezzetto di cartoncino di circa 2,5 per 2,5 centimetri e con una puntina facci un foro al centro. Poi incolla con il nastro adesivo il cartoncino al bastoncino circa a metà della sua lunghezza. Questa sarà la staffa dell’armonografo.

2

Modella un contrappeso con la plastilina e appiccicalo a un’estremità del bastoncino. Fai in modo che lo si possa spostare: questo sarà il contrappeso regolabile del braccio dell’armonografo. Ora, ripeti i passi precedenti per costruire l’altro braccio.

Spago Libri

Il telaio di una porta

Carta e cartoncino

Due puntine

Piega qui il foglio Plastilina

3 Due bastoncini lunghi circa 30 cm Due pesi più o meno delle stesse dimensioni, come due ciottoli.

12

Ritaglia un pezzo triangolare di cartoncino alto circa 7,5 centimetri e largo circa 12,5 e piegalo a metà come nella figura. Questo sarà il cardine dell’armonografo.

Fissalo con il nastro adesivo all’estremità dei bastoncini e poi, sempre con il nastro adesivo, fissaci sopra il pennarello come nel disegno.

4

Fissa un foglio di carta sulla copertina di un libro con il nastro adesivo e poi mettilo sopra ad altri due o tre volumi appoggiati sul pavimento. Annoda ciascuno dei due pesi a un lungo pezzo di spago e poi fallo passare attraverso il foro delle staffe dell’armonografo, in modo che ci sia un peso sotto ognuno dei due bracci.

5

SCUOL A DI INGEGNERIA

Ricapitolando: progettare un robot Lega lo spago alle puntine e chiedi a un adulto di attaccarle all’architrave del telaio della porta, in modo che i pesi siano appesi in verticale. Posiziona le varie parti dell’armonografo come indicato nella figura e regola lo spago e i contrappesi in modo che la penna si poggi delicatamente sulla carta.

Poi fai oscillare delicatamente i pesi in varie direzioni e osserva quali motivi geometrici riesci a far apparire sulla carta. Sperimenta un po’ variando il moto con cui oscillano i pesi.

• I meccanismi robotici possono svolgere dei compiti in modo automatico.

• I robot sono progettati al computer, il che permette di testare nuove idee.

• Copiando i movimenti degli animali, i robot riescono a imitare la natura.

Conclusione Oscillando, i pendoli fanno muovere il pennarello lungo diversi assi e creano così dei motivi geometrici a spirale sulla carta.

13