¿ NOS ATREVEMOS A DISEÑAR UN CASCO ESPACIAL? Este cuaderno pertenece a: ..................................................................
Edad: 12-14 años
¿ Nos atrevemos a diseñar un casco espacial?
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Comenzaremos con el diseño básico en 3D de nuestro casco, utilizando OpenSCAD, al que también añadiremos mejoras o detalles, pero teniendo en cuenta que debemos incorporar varios componentes del kit.
En este proyecto…
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3 HAREMOS: Investigaremos qué características deben cumplir los cascos espaciales para proteger a los astronautas, realizaremos un debate entre toda la clase y reflexionaremos sobre cuáles de estas características podemos controlar utilizando los componentes del kit de electrónica. Finalmente, realizaremos un boceto detallado de nuestro casco.
2 | ¿Nos atrevemos a diseñar un casco espacial?
CREAREMOS:
HAREMOS: En esta parada, incluiremos los espacios para los componentes que vayamos a incluir en nuestro casco y generaremos el archivo .gcode que entregaremos a nuestro docente para su impresión. También haremos la programación del sensor de luz y los LED de manera que, cuando haya poca iluminación, los LED se enciendan automáticamente.
5 CONSTRUIREMOS: Procederemos al montaje de nuestro casco, incluyendo los distintos componentes. Realizaremos pruebas de su funcionamiento para intentar detectar problemas o posibles errores de diseño. Durante esta parada, también podremos traer distintos materiales con los que decorar nuestros cascos.
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6 CREAREMOS:
Investigaremos qué niveles de temperatura y humedad son los adecuados para el bienestar humano. De esta forma, podremos completar la programación del sensor de temperatura y humedad, así como de la alarma que indicará el problema que se ha detectado.
EL TOQUE FINAL: Grabaremos y maquetaremos un cortometraje que muestre, de forma original y creativa, el funcionamiento de nuestro casco. Podremos traer de casa el atrezzo que queramos, incluyendo juguetes o muñecos que puedan llevar puesto el casco. Finalmente, visualizaremos los vídeos del resto de los compañeros.
Itinerario | 3
¿ Nos atrevemos a diseñar un casco espacial? —Y ha pasado a la final del concurso… ¡Myke Mar Ciano! Al instante, Myke saltó de su silla para subir al estrado. Gracias a su proyecto, había llegado a la final del concurso Jóvenes astronautas, cuyo premio consistía en una beca para asistir al campamento de la NASA en el Centro Espacial Kennedy, en Cabo Cañaveral (EEUU), donde simularán la vida en el espacio. El sueño de Myke siempre había sido viajar al espacio, y asistir a este campamento podría abrirle muchas puertas, así que aceptó el reto con mucho entusiasmo. Para ser unos de los diez ganadores del concurso, debía diseñar y construir una maqueta funcional de su proyecto, un casco de astronauta. La organización del concurso le facilitaría una impresora 3D, un kit de electrónica y todo el filamento necesario. Sin tiempo que perder, Myke se puso manos a la obra. ¿Qué tal si ayudamos a Myke a diseñar un casco espacial?
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Primera parada | 5
1 Primera parada Investiga Debemos investigar, individualmente, qué características tiene que cumplir un casco de astronauta y anotarlas cada uno en nuestro cuaderno:
¿Sabías que...? Dentro de los vehículos espaciales, la atmósfera es similar a la que encontramos en la Tierra a nivel del mar (1 atmósfera o 1 atm, que equivale a 1,033 kg/cm2), pero los trajes espaciales operan a una presión muy por debajo, lo que podría ocasionar una embolia al astronauta, al formarse burbujas de nitrógeno en la sangre. Es el mismo peligro al que se enfrentan los submarinistas, solo que el riesgo se produce antes de la actividad y no al final de la misma.
6 | ¿Nos atrevemos a diseñar un casco espacial?
Debate Ahora que ya conocemos algunas características, vamos a compartir la información que hemos encontrado con el resto de la clase. Descubriremos que hemos encontrado mucha información, así que debemos anotar las conclusiones cada uno en nuestro cuaderno:
¿Qué sensores y actuadores tenemos que nos pueden servir para cumplir esos requisitos? Anotaremos, de forma individual en nuestro cuaderno, las funciones y componentes en la siguiente tabla:
FUNCIÓN A REALIZAR
COMPONENTE
Primera parada | 7
Diseña Ahora que tenemos claros los requisitos que debe cumplir y los componentes que va a incorporar nuestro casco, realizaremos un boceto, cada uno en nuestro cuaderno, pero poniéndonos de acuerdo con nuestro grupo de trabajo:
Nota Una vez que tengamos nuestro boceto, realizaremos una foto y la subiremos al ePortfolio.
Estas son algunas ideas para la estructura principal de nuestro casco:
8 | ¿Nos atrevemos a diseñar un casco espacial?
Auditoría creativa
Hoy me he sentido…
ALEGRE
2 ¿He tenido alguna dificultad para encontrar información sobre las características que deben cumplir los cascos de los astronautas?
TRISTE
CONFUSO
ENFADADO
SORPRENDIDO
Con el proyecto Con el grupo
1 ¿Qué he aprendido hoy? De todo lo que he aprendido, ¿qué es lo más importante?
3 ¿Me he puesto de acuerdo con mi grupo para diseñar el boceto del casco de un astronauta?
Primera parada | 9
2 Segunda parada Diseña Vamos a comenzar, junto con nuestro grupo, con el diseño de nuestro casco, utilizando la herramienta de diseño 3D OpenSCAD. Para obtener la estructura básica, comenzaremos aprendiendo el código para las formas geométricas básicas (cubo, esfera y cilindro), a partir de las que podremos obtener el resto: Cubo: Para obtener un cubo de 20 mm de arista. Podemos cambiar las dimensiones para obtener un polígono rectangular, cambiando los valores de width, depth o height (anchura, profundidad o altura) del comando cube([width,depth,height], center).
Esfera: Para obtener una esfera de 20 mm de radio.
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Cilindro: Para obtener un cilindro de 10 mm de radio y 20 mm de altura.
¿Sabías que...? Dentro de los trajes EVA (Extravehicular Activity) hay un pequeño depósito con agua o bebidas isotónicas para que el astronauta pueda reponer las sales minerales perdidas con el sudor. Existe incluso la opción de colocar una pequeña barrita energética dentro del casco para recuperar fuerzas.
Y el código para los movimientos espaciales: centrar, trasladar y rotar.
Centrar: Puesto que puede interesarnos que el origen sea el mismo para todas las formas que creemos.
Segunda parada | 11
Trasladar: Para mover una figura debemos decirle cuánto queremos que se mueva en x, cuánto en y, y cuánto en z, respectivamente. Debemos utilizarlo antes de la figura que queremos trasladar.
Rotar: Para rotar una figura debemos decirle cuántos grados debe girarse y a través de qué eje, antes del código de la figura.
Por último, el código para las operaciones booleanas entre figuras: unión, diferencia e intersección. Unión: Sirve para unir dos figuras, de manera que los cambios que se efectúen afecten a las dos figuras. El código se añade antes de las figuras que se quieren unir.
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Diferencia: La diferencia nos va a servir para restar una figura a otra, de manera que si, por ejemplo, quisiéramos hacerle un agujero a un cubo, podríamos restarle un cilindro. Para realizar esta operación, debemos colocar primero el objeto principal y después la forma que queremos restarle.
Intersección: Si queremos mantener la parte común de dos figuras, podemos aplicar la intersección. Esto nos va a permitir, por ejemplo, obtener una forma lenticular como la de la imagen, correspondiente a la intersección de dos esferas.
Nota Debemos pulsar F5 para un renderizado rápido, que permita previsualizar el diseño, y F6 cuando queramos compilar y realizar un renderizado completo, necesario para poder obtener el archivo .stl.
Vamos a utilizar toda esta información básica para crear la estructura principal de nuestro casco. Nos juntaremos todos los miembros del grupo y comenzaremos a diseñar. Una vez que tengamos la estructura principal de nuestro casco, subiremos el archivo .scad a nuestro ePortfolio. Segunda parada | 13
Crea Ahora que ya tenemos la estructura principal de nuestro casco, dedicaremos el tiempo restante a incorporar mejoras o detalles, poniéndonos de acuerdo con nuestro grupo. Algunas ideas que podríamos añadir son:
• Una pequeña antena. • Unas esferas en la zona auricular. • Unos salientes que simulen botones.
Recuerda Debemos tener en cuenta que en la siguiente parada vamos a tener que incorporar varios componentes del kit de electrónica a nuestro casco.
Nota Una vez que hayamos terminado de incluir los detalles, subiremos el archivo formato .scad a nuestro ePortfolio.
14 | ¿Nos atrevemos a diseñar un casco espacial?
Auditoría creativa
Hoy me he sentido…
ALEGRE
2 ¿He tenido alguna dificultad para entender cómo se diseña en 3D con OpenSCAD?, ¿cuál?
TRISTE
CONFUSO
ENFADADO
SORPRENDIDO
Con el proyecto Con el grupo
1 ¿Qué he aprendido hoy? De todo lo que he aprendido, ¿qué es lo más importante?
3 ¿Me he puesto de acuerdo con mi grupo a la hora de decidir detalles o mejoras para nuestro casco?
Segunda parada | 15
3 Tercera parada Diseña Incorporaremos a nuestro diseño los espacios para colocar los componentes que vayamos a utilizar, siempre poniéndonos de acuerdo con nuestro grupo de trabajo. Podemos, por ejemplo, incluir agujeros que coincidan con los de los componentes para sujetarlos con tornillos a nuestro casco, o bien crear formas cilíndricas para este mismo fin. Para esto, podemos utilizar los componentes que están en el archivo “componentes_ayuda.scad” y que nos van a ayudar en el diseño. Para asegurarnos de que las medidas entre los agujeros son las correctas, debemos medir esta distancia (ver imagen de la derecha). Una vez que tengamos el diseño definitivo de nuestro casco, que incluya los detalles y los espacios para colocar los componentes, subiremos el archivo en formato .scad y .stl a nuestro ePortfolio.
Nota Comprobaremos si todos los componentes tienen la misma distancia entre los agujeros. Si es así, podremos utilizar el mismo diseño para todos los taladros.
Crea Una vez que tengamos nuestros diseños acabados, debemos utilizar un programa de laminado (Slic3r, Cura, etc.) para obtener el archivo en formato .gcode y entregárselo a nuestro docente para que pueda imprimirlos para la próxima parada. Una vez que tengamos el archivo en formato .gcode, lo subiremos al ePortfolio.
Experimenta Debemos incorporar una luz a nuestro casco que se encienda automáticamente cuando la iluminación sea escasa. Para conseguir esta iluminación automática, programaremos el funcionamiento de nuestro casco. Para ello, debemos abrir un nuevo proyecto de Bitbloq y programar que:
• Si la intensidad de luz es baja se enciendan los LED. • De lo contrario se apaguen los LED.
Buscaremos los bloques de Bitbloq necesarios para programar este funcionamiento y construiremos la programación correcta. Finalmente, probaremos que nuestro casco funciona, cargando el programa en nuestra placa controladora.
16 | ¿Nos atrevemos a diseñar un casco espacial?
Recuerda Debemos eliminar las piezas que hayamos utilizado del archivo “componentes_ayuda.scad” antes de obtener el .stl, puesto que, sino también se imprimirían.
Auditoría creativa
Hoy me he sentido…
ALEGRE
2 ¿Me he puesto de acuerdo con mi grupo a la hora de diseñar cómo incorporar los componentes?
TRISTE
CONFUSO
ENFADADO
SORPRENDIDO
Con el proyecto Con el grupo
1 ¿Qué he aprendido hoy? De todo lo que he aprendido, ¿qué es lo más importante?
3 ¿He tenido alguna dificultad para programar la luz inteligente de nuestro casco?, ¿cuál?
Tercera parada | 17
4 Cuarta parada Investiga Las condiciones en el espacio pueden variar de forma extrema y nuestro casco debe detectar si en el interior hay problemas de deshidratación o pérdida/aumento de calor. Investigaremos, con nuestro grupo, cuáles son los niveles óptimos que debemos mantener:
TEMPERATURA Mínima
HUMEDAD Máxima
Mínima
Máxima
Reflexiona Una vez que tengamos estos datos, programaremos una alarma que nos avise cuando alcancemos niveles de temperatura o humedad fuera de los rangos que hemos considerado adecuados.
18 | ¿Nos atrevemos a diseñar un casco espacial?
¿Sabías que...? En el espacio, el traje de un astronauta está sometido a temperaturas extremas que van desde los 140 ºC hasta los -200 ºC. El traje aisla al astronauta, pero en ausencia de regulación térmica, el traje alcanzaría una temperatura similar a la temperatura corporal, unos 37 ºC. Para refrigerarlo, el astronauta debe llevar puesto un traje interno dotado de multitud de tubos (Liquid Cooling and Ventilation Garment, LCVG) por los que corre agua. Además, dentro del traje espacial, los astronautas disponen de aire con oxígeno suficiente para respirar, pero en poco tiempo este aire se satura de la humedad que transpira la piel. Por ello, es importante que el traje esté provisto de un dispositivo que controle la humedad.
Para poder entender lo que vamos a programar, completaremos el siguiente diagrama de flujo:
Cuarta parada | 19
Crea Ahora que sabemos lo que debemos programar para que funcione la alarma, dedicaremos el resto de la parada a programarla, junto con nuestro grupo de trabajo, utilizando los bloques de Bitbloq. Abriremos el programa que creamos en la parada anterior y comenzaremos a incluir los bloques necesarios para programar nuestra alarma.
Nota
Para la siguiente parada, debemos recordar traer todo el material que queramos para decorar nuestro casco (pinturas acrílicas, pegatinas, papel de aluminio, etc.).
20 | ¿Nos atrevemos a diseñar un casco espacial?
Para facilitar la programación de esta actividad, podemos crear dos variables: una que guarde el valor de la temperatura y otra el de humedad.
Auditoría creativa
Hoy me he sentido…
ALEGRE
2 ¿Me he puesto de acuerdo con mi grupo a la hora de tomar decisiones sobre la programación de la alarma?
TRISTE
CONFUSO
ENFADADO
SORPRENDIDO
Con el proyecto Con el grupo
1 ¿Qué he aprendido hoy? De todo lo que he aprendido, ¿qué es lo más importante?
3 ¿He tenido alguna dificultad para encontrar información sobre los valores óptimos de temperatura y humedad?
Cuarta parada | 21
5 Quinta parada Construye ¡Por fin ha llegado el momento de comenzar con el montaje de nuestro casco! Debemos incorporar, junto con nuestro grupo de trabajo, los componentes que hemos estado programando a lo largo del proyecto.
Experimenta Una vez que tengamos todo montado y los componentes bien sujetos en sus posiciones, debemos probar si su funcionamiento es correcto y el diseño es el adecuado. Para probar el funcionamiento de nuestra programación, tendremos que modificar las condiciones, es decir:
• Aumentar o disminuir la iluminación ambiental. • Calentar o enfriar el sensor de temperatura. • Aumentar o disminuir los niveles de humedad ambiental.
¿Se nos ocurre cómo podemos modificar estas condiciones?
22 | ¿Nos atrevemos a diseñar un casco espacial?
¿Sabías que...? Los problemas con los que se puede encontrar un astronauta, si fallan los sistemas de control de humedad de su traje durante una caminata espacial, pueden originar desde que se empañe el visor del casco impidiendo la visibilidad hasta disminuir la concentración de oxígeno provocando la asfixia.
A medida que vayamos comprobando el funcionamiento y el diseño, debemos marcar con una X si se cumplen o no las siguientes funciones en nuestro casco:
¿Los LED del frontal se encienden automáticamente?
¿La alarma suena cuando la temperatura es muy baja?
¿La alarma suena cuando la temperatura es elevada?
¿La alarma suena cuando la humedad ambiente es demasiado baja o alta?
¿El LED RGB parpadea en diferentes colores cuando se activa la alarma?
¿El diseño permite incorporar los componentes fácilmente?
Quinta parada | 23
A continuación, anotaremos los problemas detectados y la solución adoptada:
PROBLEMA DETECTADO
SOLUCIÓN
Nota
Construye Podemos dedicar el tiempo restante a decorar nuestro casco con el material que hayamos traído de casa.
24 | ¿Nos atrevemos a diseñar un casco espacial?
En la siguiente parada, debemos grabar y maquetar un cortometraje que muestre, de forma original y creativa, el diseño y el funcionamiento de nuestro casco. Para ello, podremos traer de casa todo el atrezzo que queramos, incluso juguetes o muñecos que puedan llevar puesto el casco.
Auditoría creativa
Hoy me he sentido…
ALEGRE
2 ¿Me he puesto de acuerdo con mi grupo a la hora de tomar decisiones sobre el montaje de nuestro casco?
TRISTE
CONFUSO
ENFADADO
SORPRENDIDO
Con el proyecto Con el grupo
1 ¿Qué he aprendido hoy? De todo lo que he aprendido, ¿qué es lo más importante?
3 ¿He tenido alguna dificultad para saber cómo probar el funcionamiento de la programación que hemos desarrollado?, ¿cuál?
Quinta parada | 25
6 Sexta parada Diseña Con el objetivo de mostrar el diseño y el funcionamiento de nuestro casco desarrollaremos, entre todos los miembros del grupo, el Storyboard de nuestro cortometraje. Esto nos facilitará su posterior grabación. Dibujaremos en las siguientes seis viñetas y anotaremos una breve descripción debajo. Podemos inventarnos la historia que queramos, pero lo más importante es mostrar el diseño de la estructura y todas las funcionalidades electrónicas que tiene.
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¿Sabías que...? Un Storyboard es un conjunto de ilustraciones mostradas en secuencia, a modo de guion gráfico, para entender una historia, poder previsualizar una animación o estructurar una película antes de comenzar a grabarse.
Crea Vamos a grabar nuestro cortometraje! Para ello, prepararemos el escenario con el atrezzo que hayamos traído de casa y seguiremos el Storyboard creado. Antes de finalizar la parada, visualizaremos en clase todos los cortometrajes realizados.
¿Sabías que...? En el proyecto Safe&Cool, del Programa de Transferencia Tecnológica de la ESA, se utiliza una estructura textil 3D a base de fibras térmicas que impiden la sensación de humedad, un sistema que elimina el calor mediante el uso de tubos de circulación de líquido dentro del textil 3D y un polímero absorbente de agua que elimina el exceso de humedad.
¡Debemos intentar ser lo más originales y creativos posible!
Recuerda
Los recursos necesarios para este proyecto están disponibles en la web.
Sexta parada | 27
Auditoría creativa
Hoy me he sentido…
ALEGRE
2 ¿Me he puesto de acuerdo con mi grupo a la hora de maquetar el cortometraje realizado?
TRISTE
CONFUSO
ENFADADO
SORPRENDIDO
Con el proyecto Con el grupo
1 ¿Qué he aprendido hoy? De todo lo que he aprendido, ¿qué es lo más importante?
3 ¿Hemos observado en los cortometrajes de los compañeros, ideas o programaciones originales o interesantes?, ¿cuáles?
28 | ¿Nos atrevemos a diseñar un casco espacial?
Auditoría creativa del proyecto
Hoy me he sentido…
ALEGRE
TRISTE
2 ¿Qué he aprendido en el proyecto?, ¿qué es lo que considero más importante?
CONFUSO
ENFADADO
SORPRENDIDO
Con la temática del proyecto Cuando empezamos el proyecto Al terminar el proyecto Con el grupo
1 Reflexiono sobre mis emociones (cómo me sentía al principio, cómo me siento ahora y cómo mis sentimientos han ido cambiando). Con la creación del proyecto 3 ¿Qué dificultades he encontrado a la hora de realizar el proyecto?, ¿cómo las he solucionado?
Con el trabajo en grupo
Auditoría creativa del proyecto | 29