ABC tehnike broj 645 za svibanj 2021. godine

Rubrike

I Kodiranje - BBC micro:bitI I Shield-A, učilo za programiranje I I Mala škola fotografije I

Cijena 10 KN KNI;; 1,32 EUR EURI;; 1,76 USD; USD;I 2,52 BAM; BAM;I 150,57 RSD; RSD;I 80,84 MKD

Izbor I Prva europska 3D tiskana kuća I I Igra pikulamaI I Tržišni neuspjeh pionira I Prilog

IS tolni držač I IR obotski modeli za učenje kroz igru u STEM-nastavi - Fischertechnik (39) I

www.hztk.hr ČASOPIS ZA MODELARSTVO I SAMOGRADNJU

Broj 645 I Svibanj / May 2021. I Godina LXV.

3D TEHNOLOGIJE

Prva europska 3D tiskana kuća Nastavak na 33. stranici

U OVOM BROJU Prva europska 3D tiskana kuća . . . . . . . . . . . . 2 Fotografija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Biljno carstvo – nova perspektiva robotike?. . . 5 BBC micro:bit [18]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Igra pikulama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Robotski modeli za učenje kroz igru u STEM-nastavi - Fischertechnik (39) . . . . . . 13 Mala škola fotografije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Pogled unatrag. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Analiza fotografija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Gigantski teleskop Magellan (GMT). . . . . . . . 21 Shield-A, učilo za programiranje mikroupravljača (15). . . . . . . . 23 Svjetlila i svjetiljke (2). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Prva europska 3D tiskana kuća . . . . . . . . . . . 33 Tržišni neuspjeh pionira. . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Nacrt u prilogu: Robotski modeli za učenje kroz igru u STEM-nastavi - Fischertechnik (39) Stolni držač

Nakladnik: Hrvatska zajednica tehničke kulture, Dalmatinska 12, P. p. 149, 10002 Zagreb, Hrvat­ ska/Croatia Glavni urednik: Zoran Kušan Uredništvo: Ivan Jurić – Zagrebačka zajednica tehničke kulture, Sanja Kovačević – Društvo pedagoga tehničke kulture Zagreb, Neven Kepenski – Modra Lasta, Zoran Kušan – urednik, HZTK, Danko Kočiš – ZTK Đakovo DTP / Layout and design: Zoran Kušan Lektura i korektura: Morana Kovač Broj 9 (645), svibanj 2021. Školska godina 2020./2021.

Naslovna stranica: Polarna svijetlost, na sjeveru se naziva Aurora Borealis (sjeverna zora), prema rimskoj božici svitanja Aurori i grčkom bogu sjever­ nih ili sjeveroistočnih vjetrova, Boreju. Na jugu se naziva Aurora Australis (južna zora).

Uredništvo i administracija: Dalmatinska 12, P.p.

149, 10002 Za­greb, Hrvatska telefon (01) 48 48 762 i faks (01) 48 46 979; www.hztk.hr; e-pošta: abc-tehnike@hztk.hr “ABC tehnike” na adresi www.hztk.hr Izlazi jedanput na mjesec u školskoj godini (10 brojeva godišnje) Rukopisi, crteži i fotografije se ne vraćaju Žiro-račun: Hrvat­ska zajednica tehničke kul­ture HR68 2360 0001 1015 5947 0 Devizni račun: Hrvatska zajednica tehničke kulture, Zagreb, Dalmatinska 12, Zagre­bačka banka d.d. IBAN: 6823600001101559470 BIC: ZABAHR2X Cijena za inozemstvo: 2,25 eura, poštarina uključena u cijeni Tisak: Alfacommerce d.o.o., Zagreb

Ministarstvo znanosti i obrazovanja preporučilo je uporabu “ABC tehnike” u osnovnim i srednjim školama

Fotografija Rijetke su današnje poštanske marke koje ne prikazuju vizuale fotografija. Ovaj podatak ne treba čuditi s obzirom da se one mogu reducirati na manje formate, gotovo ih svatko može snimiti zahvaljujući napretku tehnike, vizualno su privlačne i sl. No do prije stotinjak godina nije bilo tako. Najbolje to svjedoče vizuali na poštanskim markama koji dokumentaristički prikazuju njezin razvoj: fotoaparati s početka XX. stoljeća (Francuska, 2014.), fotoaparat američkog industrijskog dizajnera Waltera Dorwina Teaguea (SAD, 2011.), tehničke inovacije iz Lihtenštajna ‒ fotoa- Slika 1. Jednostavna boksparat Carena Narrow -kamera Brownie američkog iz 1946. (Lihtenštajn, proizvođača Kodak s početka 2006.), fotoaparat XX. stoljeća, namijenjena je Le Parvo Andréa bila amaterskim fotografima Debriea iz 1930. (Litva, 2006.), izumitelj prve fotografije na svijetu ‒ Joseph Nicéphore Nièpce (Mauricijus, 2018.), 100 godina od prvog spomena naziva fotografija (Francuska, 1939.), Louis Jacques Mandé Daguerre, izumitelj dagerotipije, fotografskog postupka za dobivanje trajne slike (Surinam, 1989.), William Henry Talbot, engleski matematičar i kemičar zaslužan za izum umno-

TEHNIČKE POŠTANSKE MARKE žavanja fotografskih snimaka (Brazil, 1989.), George Eastman, američki tvorničar i utemeljitelj fotografske industrije u SAD-u; uveo prvi fotoaparat za amatersku upotrebu (Kodak 1888.) i preobratni film (dijapozitiv 1889.) (SAD, 1954.), 50 godina od utemeljenja Svjetskog saveza umjetničke fotografije, fr. Fédération Internationale de l’Art Photographique – FIAP (Andora, 1999.), 75. obljetnica fotografskog društva Fotoklub (Filipini, 2003.) i dr.

Na markama su prikazivane i čuvene fotografije nastale zahvaljujući spontanim trenucima te brzim i spretnim reakcijama njihovih autora.

Marke prepričavaju njihove priče: postavljanje američke zastave na japanskom otoku Iwa Jima tijekom II. svjetskog rata na Pacifiku, autora Joea Rosenthala čest je motiv američke filmske i likovne umjetnosti (SAD, 1945.); fotografija Claudea Detloffa: Čekaj me, tata! (engl. Wait for Me, Daddy; fr. Attends-Moi, Papa) snimljena 1.

Slika 3. Fotografija koja prikazuje poljubac američkog mornara snimljena je slučajno, a akteri na njoj su, unatoč različitim špekulacijama, čini se još uvijek nepoznati

Slika 2. Francuski izumitelj Joseph Nicéphore Nièpce smatra se izumiteljem prve fotografije na svijetu: Pogled s prozora u Grasu

listopada 1940. u gradu New Westminsteru prikazuje kolonu vojnika, njihove obitelji i prijatelje na ispraćaju neposredno prije ukrcavanja na brod i odlazak na ratište. Na fotografiji dominira petogodišnji dječak koji pušta ruku svoje majke i trči prema ocu koji stoji u nepreglednoj koloni za ukrcaj u brod (Kanada, 2014.); među najpoznatije i najreproduciranije fotografije koje prikazuju proslavu završetka II. svjetskog rata svakako je ona američkog fotografa Alfreda Eisenstaedta koja prikazuje euforiju na ulicama američkih

3

gradova, odnosno poljubac američkog mornara s nepoznatom medicinskom sestrom na Times Squareu u New Yorku. Nakon objave fotografije u američkom časopisu Life stekla je veliku popularnost te je reproducirana tisućama puta na različitim mjestima. Čak je i napisana knjiga The Kissing Sailor posvećena ovom neobičnom događaju. U neposrednoj blizini mjesta gdje je fotografija nastala, 2010. podignut je osam metara visok kip koji predstavlja marinca i medicinsku sestru čiji je čvrsti zagrljaj i strastveni poljubac postao simbol pobjede SAD-a (SAD, 1995.). Fotografija Ernesto Guevara de la Serne, argentinskog revolucionara, heroja i kultne ličnosti studentske pobune na Zapadu, nastala 1960., jedna je od najreproduciranijih u svijetu (Irska, 2017.) i sl.

deklaraciju iz 1950. U njoj je francuski političar Robert Schuman predložio ujedinjenje europske proizvodnje ugljena i čelika pod upravom zajedničke nadnacionalne institucije (Europska zajednica za ugljen i čelik, preteča današnje Europske unije), nastojeći time potaknuti suradnju između europskih država. Ujedno, ovaj dan je izravno povezan s njemačkom kapitulacijom u II. svjetskom ratu, 9. svibnja 1945., čime je službeno završio rat u Europi.

Proslava Dana Europe uglavnom se provodi u organizaciji institucija Europske unije: ljudi posjećuju institucije EU-a u Bruxellesu i Strasbourgu, sudjeluju u raspravama i drugim događanjima radi podizanja svijesti o Europskoj uniji koja danas broji 27 članica (skoro 450 milijuna stanovnika), pet je država kandidatkinja,

Europa

Ime Europa potječe od asirske riječi ereb (zalazak Sunca, zapad), koju su Grci preuzeli od Feničana. Europa se od davnine smatra posebnim, tzv. Starim kontinentom. U političkom i socijalnom smislu Europa je jedan od najrazvijenijih i najdinamičnijih dijelova svijeta. U njoj danas živi oko 800 milijuna stanovnika i 60 domicilnih naroda u pedesetak država. Religijska slika uglavnom se oblikovala potkraj I. tisućljeća, kada je završena kristijanizacija Europe. Procjenjuje se da oko 82% europskog stanovništva (bez Rusije) pripada kršćanstvu. S prosječnom nadmorskom visinom od 300 m Europa je najniži kontinent.

Svake se godine, od 1985., 9. svibnja obilježava Dan Europe kao spomen na tzv. Schumanovu

Slika 4. Osim što je najrazvijeniji i najdinamičniji, Europa je prometno glavni i središnji dio svijeta

4

Slika 5. Zvijezde simboliziraju ideale jedinstva, solidarnosti i sklada među narodima Europe

a dvije su potencijalne. O važnosti obilježavanja Dana Europe svjedoče i poštanske marke koje su dobile posebnu temu: Europa. Izdaju se tradicionalno u svibnju, svake godine na drugu podtemu: izumi (1994.), mir i sloboda (1995.), nacionalni festivali (1998.), nacionalni parkovi i parkovi prirode (1999.), voda – prirodno bogatstvo (2001.), gastronomija (2005.), astronomija (2009.), šume (2011.), narodna glazbala (2014.), dvorci (2017.) i dr. Tiskano ih je do sada skoro šest tisuća različitih. Ove marke spadaju u kategoriju najpopularnijih među filatelistima zbog kulturne, gospodarske i političke uloge Europe u svijetu.

Da su zanimljive govori i podatak kako se svake godine bira najljepša poštanska marka. Ove godine većina europskih država izdat će marke Europa na temu: ugrožene životinjske vrste.

Ivo Aščić

TEHNIKA I PRIRODA

Biljno carstvo – nova perspektiva robotike?

Prigodno uz nedavno obilježavanje Dana planeta Zemlje (22. travnja), diljem vrtića grada Zagreba djeca sade mlade sadnice biljaka po vlastitu izboru. Vrtićka se dvorišta diče novim nasadima jaglaca, maćuhica, potočnica, pelargonija i gumbeka, dok vitice mladih jagoda mjesečarki probijaju svoj put uz ograde brojnih starinskih zagrebačkih dvorišta “s dušom”. Biljke su sveprisutne, baš kao i ovo proljeće, pa će prve asocijacije pri njihovu spomenu vjerojatno biti vezane uz neko idilično seosko zelenilo, proizvodnju kisika i hrane, iskoristivost u vidu građevnog materijala, ali, zbog njihova radikalno različitog operativnog sustava u usporedbi sa životinjama, mnogima čak i dosadne...

Ipak, upravo su one simbol Zemlje, kao i ovog našeg današnjeg teksta čiji je cilj pokazati koliko su zapravo neistražene, podcijenjene, fascinantne i, nadasve ‒ važne!

Usprkos, ili upravo zahvaljujući svome “sjedećem” načinu života, biljke su razvile sposobnost odgovoriti na širok spektar signala i učinkovito se prilagoditi promjenjivim uvjetima okoliša.

Budući da biljke, za razliku od životinja, ne mogu pobjeći, pri kretanju one zapravo rastu i istežu se u smjeru koji je za njih sigurniji i povoljniji, kontinuirano prilagođavajući svoju morfologiju vanjskom okruženju. Najbolji primjer takvog rasta možda je onaj koji se događa u viticama biljaka penjačica, a koje se mogu smotati (ili odmotati) oko vanjskih nosača. Nadalje, već i samo korijenje biljaka raste uravnotežujući potragu za hranjivim tvarima s potrebom izbjegavanja prepreka i štetnih tvari. Naime, korijeni biljaka izvrsni su prirodni kopači, čije su glavne karakteristike prilagodljiv rast, kretanje uz minimalnu potrošnju energije i mogućnost prodiranja u zemlju pod bilo kojim kutom. Ukratko, vrh korijena raste dodavanjem novih stanica koje se kreću od meristema do tzv. zone produljenja, gdje se aksijalno šire zbog vode apsorbirane procesom osmoze te usmjerenog propuštanja stanične stijenke. Ova akcija stvara sučelje između tla i vrha korijena, što omogućava korijenu da prodre dublje u tlo malim dijelom tijela (vrhom), dok je ostatak strukture stacionaran (zrela regija). Dlačice koje se stvaraju na rubu korijena učvršćuju strukturu za tlo i povećavaju dostupnu

površinu za unos vode i hranjivih sastojaka.

Pritom na podjelu stanica i morfologiju korijena utječe sam prirodni okoliš, pa tako proces rasta usmjeren ka njegovu vrhu omogućava korijenu da se prilagodi uvjetima okoline, poput teksture tla ili mehaničke impedancije.

Biljke su, kako možete vidjeti iz priloženog, zapravo sposobne pokazati znatnu “plastičnost” u svojoj morfologiji i fiziologiji, kao odgovor na varijabilnost utjecaja u njihovu okruženju.

Takve fenomenalne prilagodbe biljaka rezultiraju pokretima koje karakteriziraju energetska učinkovitost i velika gustoća, odnosno, ukoliko promatramo biljne materijale kao takve, brzo uočavamo koliko su zapravo optimizirani za smanjenje potrošnje energije tijekom kretanja.

Danas mnoga strukturna, funkcionalna i fiziološka svojstva biljaka i biljnih dijelova predstavljaju revolucionarni izvor inspiracije u znanosti najrazličitijih grana jer se temelje na evolucijskim strategijama usmjerenima na smanjenje potrošnje energije i optimizaciju korištenja lokalnih resursa.

Prvi multidisciplinarni istraživački napor u ovom smjeru usredotočio se na robotska rješenja koja se nazivaju plantoidi, odnosno, robotski sustavi opremljeni distribuiranim senzorima, aktiviranjem i inteligencijom za obavljanje zadataka istraživanja i praćenja tla. Istraživači su pritom posebno analizirali kako biljke koriste transport vode unutar samih sebe u svrhu kretanja, uspijevajući reproducirati fascinantan mehanizam osmoze, čime je rođen prvi tzv. soft robot. U početku stvoren je samo virtualni, matematički model, a zatim izgrađen in vivo u obliku male vitice, sposobne izvoditi reverzibilne pokrete odmotavanja i namotavanja, baš kao što se to događa i u prirodi!

Međutim, istraživanjima mogućnosti simultanog djelovanja biljaka i robota tu nije kraj; štoviše, to je tek početak! Naime, na njemačkom sveučilištu u Lübecku tim znanstvenika već neko vrijeme nastoji pronaći u kojim se uvjetima biljke i roboti mogu povezati i formirati samoorganizirane, samorazumske strukture prihvatljive za život ljudi, koje ujedno predstavljaju kuće budućnosti! Urbanizam koji

5

objedinjuje tehnologiju i prirodu bez presedana poznat je pod nazivom Flora Robotica i europski je projekt koji želi razviti simbiotsku vezu između biljaka i robota kako bi stvorili arhitektonske strukture i, u konačnici, domove. Ovaj europski projekt financirala je Europska unija do 2020. godine, a temelji se na konfiguraciji koja promiče simbiozu između prirodnih biljaka i plantoida, na način da se razvoj tih hibridnih struktura može odvijati samostalno i dovesti do samoorganiziranih stambenih prostora. Princip ovog projekta je, sam po sebi, vrlo jednostavan.

Naime, biljke su osjetljive na svjetlost općenito, što ima za posljedicu ubrzavanje metabolizma, a time i rast i razvoj. Znanstvenici su stoga napravili umjetne strukture sastavljene od robotskih modula opremljenih LED-svjetlima koja će voditi smjer rasta biljke. Ovakvi organizmi biljaka robota trebali bi se, kroz interakciju s ljudima, pretvarati u arhitektonske strukture (zidove, krovove, klupe) nudeći značajke kao što su hlad, bolja kvaliteta zraka i sl. Prvotno ispitivanje ovakvog tipa u Danskoj je proveo tim arhitekata koji je istraživao upotrebu pletenih mreža kao suportivnog medija za rast biljaka, kako bi se dvije strukture povezale zajedno za stvaranje određene konstrukcije. Vlakna od fiberglasa također su testirana kako bi razvila lake trodimenzionalne strukture koje mogu promijeniti oblik, a koje bi vodile rast biljke.

Prema promotorima projekta, životni prostori stvoreni takvim hibridnim strukturama mogli bi ugledati svjetlo dana u idućih 30-ak godina, a jedan od fascinantnih aspekata ovog koncepta je jedinstvena sinergija tehnologije i prirode, dakle ‒ one dvije osnovne komponente budućeg postojanja na Zemlji, koje su ujedno i okosnica praktički svakog našeg članka! I, dok su roboti svakako čuda suvremene znanosti, same biljke drevna su čuda same Prirode, što u svojoj knjizi Što biljke znaju navodi i dr. sc. Daniel Chamovitz,

6

svjedočeći o zanimljivostima vezanima za razne sposobnosti biljaka o kojima teško da smo se donedavno usudili i sanjati! Jedna od njih je da biljke mogu “njušiti” mirise. Znanstvenik Richard Gane sa sveučilišta Cambridge otkrio je da zrak u neposrednoj blizini jabuka koje dozrijevaju sadrži etilen, a kasnija istraživanja potvrdila su da je taj plin zapravo hormon koji u malim količinama ispuštaju sve biljke kad im dozrijevaju plodovi. Ono što je pritom posebno zanimljivo jest činjenica da će svaka biljka, kada u svojoj blizini “nanjuši” miris etilena, “protumačiti” da je situacija u okolini pogodna za dozrijevanje, te će i njena reakcija biti brže dozrijevanje vlastitih plodova. Nadalje, biljke itekako osjećaju, baš kao što međusobno i komuniciraju i upozoravaju jedna drugu na opasnost. Dr. Dianne Bowles sa Sveučilišta u Leedsu, dokazala je da biljke reagiraju na bol. Otkrila je, naime, da će biljka rajčice, nakon što je doživjela oštećenje jednoga lista, poslati električne i kemijske signale svim ostalim listovima upozoravajući ih na opasnost i ubrzano stvarajući kemijske spojeve u stabljici i listovima kojima će im pokušati ojačati otpornost.

Budući da ne može pobjeći od izvora bola, biljka će nastojati izbjeći ponovno oštećenje tako što neće rasti na mjestima gdje očekuje bol, već će u svom budućem rastu izdanke tjerati na onoj strani na kojoj nije doživjela “ranjavanje”.

Još zanimljivije ponašanje biljaka potvrđuju i znanstvenici David Rhoades i Gordon Orians sa Sveučilišta u Washingtonu, koji su opazili da vrbe koje su napale gusjenice, počinju proizvoditi veliku količinu fenolnih i taninskih spojeva koji listove čine gusjenicama neukusnima. Ipak, činjenica koja je posebno zapanjila znanstvenike jest otkriće da ova napadnuta biljka, ispuštanjem malih količina određenoga plina koji potom ostale biljke “nanjuše”, šalje upozorenje svima u okolici o pojavi gusjenica. Pogađate, ostale biljke, kada prime signal, započinju kemijski obrambeni

proces, iako same još uopće nisu napadnute!

Cleve Backster 60-ih je godina prošloga stoljeća bio najbolji američki stručnjak za policijska i druga ispitivanja pomoću detektora laži. Jednom se prilikom odlučio na mali eksperiment sa svojom uredskom dracenom koja mu se učinila žednom. Odlučio ju je zaliti, ali tako da joj istovremeno na list priključi detektor laži, odnosno galvanometar, kako bi vidio kako će izgledati njezina reakcija na dobivenu vodu.

Backster, koji je u svom životu vidio izuzetno mnogo rezultata ispitivanja ljudi detektorom laži, ostao je zapanjen kada je shvatio da njegova dracena reagira slično kao i čovjek podvrgnut kratkotrajnom pozitivnom emocionalnom podražaju, budući da je galvanometar zapisao osjećaj koji prevodimo kao zadovoljstvo. Naravno, odmah se zapitao kakvo bi očitanje galvanometra dobio na negativan podražaj, odnosno, očitava li detektor zaista svaki emocionalni doživljaj biljke! Što bi, naravno, prije svega dokazalo da biljke zaista imaju emocije! Razmišljajući kako da to učini, pomislio je da će biljka zasigurno nekako reagirati i ako joj list sprži plamenom.

U trenutku kad je zamislio kako će plamenom spržiti list, pisaljka galvanometra spojena s biljkom naglo se pomaknula ostavivši iza sebe dugačku liniju. Backster nije mogao vjerovati!

Biljka ne samo da emocionalno reagira na neki određeni pozitivan ili negativan događaj, već reagira i na samu misao, odnosno, određenu predstojeću namjeru! George Washington Carver, američki poljoprivredni znanstvenik i izumitelj, smatrao je sasvim prirodnim da biljke mogu otkrivati svoje skrivene tajne čovjeku, ako on to zna od njih zatražiti. Naravno, ovo su

davno prije njega znali i mnogi indijski jogiji ili južnoamerički šamani, kao i sjevernoamerički Indijanci, no nisu imali znanstveno utemeljenje svojih tvrdnji. Proces je, baš kao što smo i prije pisali dotaknuvši se komunikacije sa životinjama, u potpunosti intuitivan. Carver je osnovao malu eksperimentalnu poljoprivrednu stanicu u Alabami, u kojoj je satima sjedio i komunicirao s biljkama, dok bi ujedno svakoga jutra, još prije svitanja, šetao šumom i slušao što mu biljke govore. Napomenimo i da je u to vrijeme zemlja u Alabami bila iscrpljena dugogodišnjom sadnjom pamuka, te je trebalo hitno pronaći način kako je oporaviti. Tu, dakle, upada Carver, otkrivši da će se zemlja oporaviti ako se umjesto pamuka počne uzgajati kikiriki. Pritom, prema njegovim vlastitim riječima, same su mu biljke kikirikija otkrile kako ih najbolje iskoristiti! A što mislite, tko je izumio maslac od kikirikija? Točno! Prije Carvera to nikome nikada nije palo na pamet; konkretno, do tada se kikiriki upotrebljavao samo kao hrana za životinje! Ali tu nije kraj.

Budući da je za vrijeme Prvoga svjetskog rata u Americi vladala nestašica boja za tkanine, Carver je, opet šećući šumom, zamolio same biljke da mu otkriju koja je od njih pogodna za spravljanje boja. Iz listova, korijenja, stabljika i plodova 28 vrsti biljaka koje su mu kazale da ih može iskoristiti u te svrhe, dobio je čak 536 različitih boja koje su se mogle upotrebljavati za bojenje vune, pamuka, lana, svile i kože! Sam Carver ova otkrića nikada nije patentirao. Baš poput biljaka samih, ostao je ponizan i skroman, smatrajući da sve što su mu biljke otkrile pripada čitavom čovječanstvu te da on za to nema ama baš nikakvih posebnih zasluga, dok su se zahvaljujući ovim otkrićima naknadno obogatili mnogi drugi.

I tako, šećući šumom ovoga članka, kao da i mi sami, krajičkom uma, naziremo itekako smislen šapat bilja oko nas koji bi bilo predivno zaista i razumjeti, dok promatrajući predivne mistične bršljane što obavijaju pročelja starih zgrada lako zamišljamo naš Florapolis. Međutim, ako nas pitate hoće li se jedan takav Florapolis stvarno i realizirati, ne ovisi toliko o znanstvenicima (usprkos svom iskazanom geniju projekta) već primarno o samoj prirodi, za razumijevanje čijeg jezika nam ipak treba nešto daleko kompleksnije od bilo kojeg računalnog programa, pa čak i samog ljudskog uma – srce!

Ivana Janković, Croatian Wildlife Research and Conservation Society

7

BBC micro:bit [19]

KODIRANJE

Poštovani čitatelji, u prošlom ste nastavku programirali mobilnu aplikaciju BBC_pedometar kojom ste brojali korake. Na kraju teksta predložen je zadatak za samostalan rad koji glasi: proširite mobilnu aplikaciju tako da se osim koraka prikazuju i prijeđeni metri.

Kako odrediti dužinu koraka? U učionici ili na školskom igralištu izmjerite udaljenost od 10 m.

Početak i kraj označite komadom samoljepljive trake. Napomena, prisjetite se kako je u prošlom nastavku serije dogovoreno da će se korakom smatrati kad zakoračite lijevom i desnom nogom.

Pobrojite koliko koraka napravite u tih 10 m.

Izračunajte dužinu koraka formulom Δl = 10 metara/broj koraka. U MIT AI prepravite i proširite postojeći kôd. Na Slici 19.1. vidljivo je što trebate dodati, a što prepraviti.

Najprije imenujte novu promjenljivu, “initialize global udaljenost_u_metrima to 0”. Kako ste već prije ugodili prag, više vam ne treba prikaz podatka s akcelerometra pa iskoristite “set Label2y. Text to…” za prikazivanje prijeđene udaljenosti u metrima. Na slici je vidljiva crvena strelica koja ukazuje na broj 1,66. To je dužina jednog koraka (lijevom i desnom nogom!) autora ovih redaka. Vi upišite svoju dužinu. Aplikaciju isprobajte. Ako je sve kako valja, trebali biste,

osim broja koraka vidjeti i prijeđenu udaljenost u metrima.

Element Microbit_Led

U nastavku lekcije možete isprobati MIT AI element “Microbit_Led”. Pokrenite novi projekt te ga imenujte, na primjer “BBC_LEDmatrica”.

Iz palete do virtualnog mobitela dovucite uobičajene elemente za Bluetooth te dodajte još jedan “Button”, a potom ga preimenujte u “Button1PRVI_POKUSAJ”. Kod svojstva “Text” upišite “Prvi pokušaj”. Učitajte ekstenzije za Bluetooth i za Microbit. Do virtualnog mobitela dovucite BluetoothLE i Microbit_Led. Kod svojstva “BluetoothDevice” za “Microbit_Led1” označite “BluetoothLE1…” te kliknite na OK. U prikazu “Blocks” iz ruksaka izvucite sve blokove koje trebate za uparivanje Bluetoothom, a nakon toga dodajte kôd sa Slike 19.2.

Slika 19.2. Ove blokove trebate za paljenje određenih LED-ica na LED-matrici BBC micro:bita

Slika 19.1. Na ovoj su slici vidljive sve potrebne preinake koda iz prošlog nastavka serije, crvena strelica nije dio koda

8

Program preuzmite i otpremite do vašeg mobitela.

Za pločicu BBC micro:bita trebate programski kôd sa Slike 19.3.

Program preuzmite i otpremite do pločice BBC micro:bita. Preko Bluetootha uparite BBC

micro:bit i mobitel te na mobitelu pokrenite aplikaciju “BBC_LEDmatrica”.

Nakon skeniranja i spajanja tapkajte po tipki “Prvi pokušaj”. Ako je sve kako valja, na LED-matrici BBC micro:bita treSlika 19.4. Brojevi iznad LED-matrice ukazuju na pozicijbali biste vidjeti ske vrijednosti, a brojevi s desne strane LED-matrice su animaciju koja se brojevi koje treba upisati kod “make a list” jer kazuju BBC neprekidno ponavmicro:bitu koje LED-ice treba u određenom retku upaliti. lja sto puta. Što ćete Bijelo polje označava ugašenu LED-icu, a crveno polje vidjeti? Kad se tapka označava upaljenu LED-icu Slika 19.3. Ovo je kôd koji “Button1PRVI_ trebate za pločicu BBC po POKUSAJ”, s blokom + 2 + 0], odnosno 10. U drugom retku trebate micro:bita “call Microbit_Led1. stanje 00000 koje daje vrijednost 0. U trećem WriteLEDMatrixState…” proziva se BBC micro:bit retku također trebate stanje 00000 koje daje te mu se serijski šalju brojevi s liste “make a list”. vrijednost 0. U četvrtom retku trebate stanje Nakon prvog bloka šalju se podaci s drugog, 10001, a za to morate poslati vrijednost [16 + 0 a potom i s trećeg bloka “call Microbit_Led1. + 0 + 0 + 1], odnosno 17. U petom retku trebate WriteLEDMatrixState…”. Sve se to ponavlja sto stanje 01110, a za to morate poslati [0 + 8 + 4 + puta zbog bloka koji je zadužen za brojanje “for 2 + 0], odnosno 14. each number from 1 to 100 by 1”. Čemu služe brojevi upisani kod “make a list”? Mora postojati lista od pet brojeva koji idu od 0 do 31 kako bi se BBC micro:bitu naznačilo koje LED-ice matrice treba upaliti. Potrebno ih je pet jer na LED-matrici postoji pet redaka LED-ica. Slijeva nadesno, pozicijske vrijednosti LED-ica su 16, 8, 4, 2, 1. Koje brojeve upisati kod “make a list”? Uz primjer će sve biti jasnije.

Ako želite da se na LED-matrici nacrta, na primjer, Smješko kao na Slici 19.4., trebate u prvom retku uključiti LED-ice tako da je stanje 01010 (gdje je 0 = ugašena LED-ica, a 1 = upaljena LED-ica). Za to ne šaljete nule i jedinice (binarni broj), već zbroj pozicijskih vrijednosti (odnosno binarni broj pretvoren u dekadski broj). Drugim riječima, morate poslati vrijednost [0 + 8 + 0 Slika 19.5. Izgled virtualnog mobitela. Sve “Button” preimenujte kako je vidljivo na slici

9

Sad kad ste upoznali osnove krenite malo žešće i pripremite mobilnu aplikaciju preko koje će se paliti LED-ice koje ćete vi označavati tapkanjem.

U postojećoj aplikaciji uklonite sve blokove koje ste maloprije dodali prema Slici 19.2. te se vratite u prikaz “Designer”. Uklonite tipku “Button1PRVI_ POKUSAJ”.

Ispod tipke “Izlaz” ubacite “TableArrangament”.

U svojstvima ugodite “Columns” na 5 i “Rows” na 5. Unutar “TableArrangament1” ubacite dvadeset i pet “Button”, u svakom redu po Slika 19.6. Trebate 25 promjenpet.

Preimenujte ljivih koje ćete imenovati kako je ih. U svojstvima vidljivo na slici im promijenite “BackgroundColor” u crno, “Height” ugodite na 9% i “Width” na 20%. Kod “Text” izbrišite postojeći tekst. Dobro proučite Sliku 19.5.

Ispod “TableArrangament1” ubacite još jedan “Button”. Preimenujte ga u “ButtonPOSALJI”. U svojstvima kod “Text” upišite “Pošalji”. To je sve,

krenite s kodiranjem. Uz postojeće blokove za Bluetooth najprije dovucite dvadeset i pet promjenljivih te im dodijelite imena prema Slici 19.6.

Nakon svega trebate dvadeset i pet blokova “when button …….. click do”, po jedan za svaku tipku iz “TableArrangament1”, Slika 19.7.

Unutar svakog od navedenih blokova trebate uvijek jedan te isti kôd. Jedino što u svakom bloku trebate izmijeniti, jesu imena promjenljivih. Na Slici 19.8. prošireno su prikazana dva primjera koda za dva nasumice izabrana bloka.

Iz prostornih razloga nije prikazano svih dvadeset i pet. Vi se potrudite i ispravno ih kodirajte. Na što trebate pripaziti? Unutar bloka, svi

Slika 19.8. Prikazana su dva primjera koda unutar bloka “when button …….. click do”. Na vama je da sve druge prepravite prema logici koja slijedi upisane brojeve

Slika 19.7. Ovo je suženi prikaz 25 blokova “when button …….. click do”

10

Slika 19.9. I ovdje je iz prostornih razloga dio blokova u suženom prikazu

brojevi (osim nula) trebaju biti isti. Na primjer, za “ButtonPRVI_RED16” sve promjenljive moraju biti “global PRVI16” (zaokruženo zelenom bojom) i sva svojstva za “BackgroundColor” moraju biti “ButtonPRVI_RED16” (zaokruženo crvenom bojom). Kod crne strelice također trebate upisati 16. Proučite te uočite logiku i kod drugog primjera za “ButtonPETI_RED1”.

Sad kad ste kodirali sve tipke dodajte blokove koji će pločici BBC micro:bita poslati potrebne podatke, Slika 19.9. i Slika 19.10.

Aplikaciju otpremite do mobitela i isprobajte.

Kako ju koristiti? Virtualne tipke su na zaslonu mobitela posložene kao i LED-ice na LED-matrici BBC micro:bita. Crna tipka znači da LED-ica neće svijetliti. Kad prvi put tapkate po nekoj tipki ona pocrveni, a to znači da će LED-ica zasvijetliti. Kad ste tapkali po svim tipkama koje želite, trebate tapkati po tipki “Pošalji”. Ako je sve kako valja, na LED-matrici BBC micro:bita zasvijetlit će izabrane LED-ice. Postupak možete ponoviti za neku drugu kombinaciju svijetljenja LED-ica.

Slika 19.11. Preimenujte pet novih elemenata “label” prema ovom popisu

Slika 19.12. U postojećem bloku “when BluetoothLE1.

Connected do…” treba dodati “set Clock1. TimerEnabled to true”

Sve to može raditi i u obrnutom smjeru

Nadopunite mobilnu aplikaciju tako da s BBC micro:bita dobivate podatke o tome koje su LED-ice na LED-matrici upaljene.

U prikazu “Designer” MIT AI do virtualnog mobitela dovucite pet “label” i smjestite ih ispod virtualne tipke “ButtonPOSALJI”. Preimenujte ih.

Dovucite i jedan “Clock”. U svojstvima mu ugodite “TimerInterval” na 100, a kod “TimerEnabled” uklonite kvačicu, Slika 19.11.

U prikazu “Blocks” nadopunite postojeći blok “when BluetoothLE1. Connected do…” prema Slici 19.12.

Uz sve postojeće blokove dodajte i ove sa Slike 19.13.

Slika 19.13. Ovo su blokovi koje trebate radi čitanja stanja LED-matrice

Slika 19.10. Ovo je puni prikaz za “make a list…” koji je na prethodnoj slici u suženom prikazu

11

Blok “when Clock1. Timer do…” svakih će 100 ms pozivati BBC micro:bit naredbom iz bloka “call Microbit_Led1. ReadLEDMatrixState”.

Blokovi unutar “when Microbit_Led1.

LEDMatrixStateReceived” će unutar pojedinih “label” upisivati dobivene brojeve. Kako brojevi dolaze u paketu, treba ih izdvojiti upotrebom blokova “select list item…”. To je sve.

N a d o p u n i t e programski kôd za BBC micro:bit prema Slici 19.14.

Aplikaciju isprobajte.

N a ko n p r vo g pokretanja, ako je sve kako valja, na zaslonu mobitela trebali biste dobiti brojeve 0, 14, 16, 16 i 14. To su brojevi koji odgovaraju malom slovu c (od “connected”).

Na pločici BBC micro:bita kratkotrajno pritisnite tipku A. U slijedu biste trebali vidjeti grupe od pet brojeva koji odgovaraju upaljenim LED-icama za upisani tekst prema Slici 19.14.

Slika 19.14. Postojeći Na zaslonu mobitela program za BBC micro:bit tapkajte po virtualnim sa Slike 19.3. nadopunite tipkama kako bi prikazanim blokovima pocrvenjele te na kraju tapkajte na “Pošalji”.

Na LED-matrici BBC micro: bita zasvijetlit će izabrane LED-ice, a na zaslonu mobitela moći ćete pročitati brojeve koji odgovaraju upaljenim LED-icama.

Zadatak za samostalan rad Prepravite mobilnu aplikaciju tako da se na zaslonu mobitela brojevi ispisuju binarno umjesto dekadski.

Za ove ste vježbe trebali: • BBC micro:bit, • USB-kabel, • baterije za BBC micro:bit, • mobitel (dlanovnik, tablet) sa sustavom Android, • krojački (ili neki drugi) metar, • samoljepljivu traku.

Marino Čikeš, prof.

12

MODELARSTVO

Igra pikulama Ideju i upute za izradu ove zanimljive igre za naše najmlađe pronašao sam u knjizi pod naslovom Od zmaja do akvarija Zdravka Cepaneca, iz 1958. godine. Iz knjige prenosim i nacrt, s manjim izmjenama.

Za izradu je potrebno nabaviti karton debljine 2 mm, koji se prodaje u trgovini sa slikarskim priborom u arcima formata A0 po cijeni od 20 kn.

Karton je vrlo čvrst, ali se lako reže skalpelom.

Osnovna ploča na koju se lijepe kutijasti dijelovi ima dimenzije 440 x 154 mm. Za lijepljenje sam koristio dvokomponentno epoksi-ljepilo. Ljepilo za drvo nije se pokazalo dovoljno čvrsto. Ako netko ima neko drugo ljepilo, potrebno je napraviti pokusno lijepljenje dva manja komada kartona, ostaviti ih preko noći neka se suše i tek sutradan isprobati čvrstoću spoja, pa ako zadovoljava raditi tim ljepilom.

Kutija se sastoji od dijelova B, C, D, E i F. Dio B prikazan je u razvijenom obliku (detalj A). Moj je savjet da se kutija B radi od pet dijelova, čije su dimenzije na nacrtu, te da ih se međusobno lijepi. Naime, karton nije moguće savijati. Isto vrijedi i za ostale dijelove. Na dijelu F dva su kružna otvora promjera 46 mm. Između stranice s ova dva kružna otvora i zadnje stranice treba postaviti odstojnik visine 30 mm. Dio E kosina je po kojoj putuju pikule. Negdje na polovici dužine treba ulijepiti potpornu letvicu. Mjesto na kojem se pikule s površine poda gibaju na ovu

“STEM” U NASTAVI

Robotski modeli za učenje kroz igru u STEM-nastavi Fischertechnik (39) Slike u prilogu

kosinu treba ukositi brusnim papirom. U kutiji B nalaze se pregrade C i D. Pregrade su međusobno zalijepljene, ali se mogu vaditi.

U pojedine pregrade i u kutiju F treba ulijepiti brojeve 5, 10, 15 i 20. Igra počinje tako da prvi igrač uzme nekoliko pikula i nastoji ih ubaciti u pregradu koja nosi najviše bodova. Prije početka igre dogovara se do koliko se ukupno bodova igra i s koliko pikula. Pobjednik je onaj koji to prvi postigne. Poslije igre treba sve pikule prebrojiti i vratiti u vrećicu. Jednostavno, a zabavno u ovo doba pandemije i dužeg zadržavanja najmlađih u kući.

Bojan Zvonarević

Brisači su sastavni dio prijevoznih sredstava koja prometuju u kopnenom, morskom i zračnom prometu. Osnovna im je namjena osiguravanje bolje vidljivosti i sigurnosti tijekom vožnje u svim vremenskim uvjetima. Brisači su sastavni dio obavezne opreme motornih vozila: automobila, autobusa, kamiona, lokomotiva, vodenih plovila sa zatvorenim prostorom, helikoptera i aviona.

Brzina kretanja brisača podešava se pomoću ručice prekidača i odrađena je s najčešće tri brzine koje u istim vremenskim periodima kontinuirano pokreću brisače. Isprekidani hod brisača podešava kretanje u trenutku kada su oborine vrlo male i padaju povremeno.

Izrada konstrukcije elektromehaničkog stroj­ nog elementa koji osigurava kretanje brisača određuje vrsta različitih gradivnih blokova i elektrotehničkih elemenata. Upravljanje elektromehaničkim elementima strojeva omogućavaju programski algoritmi koje kreiraju i izrađuju programski inženjeri.

Slika 1. Brisači

13

Model brisača konstruiran je pomoću elemenata Fischertechnika i osnovnih spojnih građevnih blokova. Odabir građevnih blokova, električnih i mehaničkih elemenata sa senzorima kontrole osigurava potpunu funkcionalnost konstrukcije. Algoritmi upravljanja i programska rješenja osiguravaju upravljanje i siguran rad brisača.

Izrada modela Brisača

Model Brisača povezan je vodičima s ulaznim i izlaznim električnim elementima i s međusklopom (sučeljem). Prije pokretanja modela provjeravamo rad električnih elemenata i dodirnih senzora (izrada programskog rješenja za pokretanje elektromotora, dvije lampice i četiri tipkala).

Proceduru sastavljanja konstrukcije automatiziranog modela omogućuje popis elemenata Fischertechnika uz pravilan redoslijed radnih postupaka i završnu kontrolu kvalitete.

Slika 2. FT elementi 1 Model Brisača pokreće istosmjerni elektromotor s prijenosnim mehanzmom, dvije lampice i četiri tipkala. Upravljanje modelom pomoću dodirnih senzora (tipkala, I1–I4) osigurava potpunu funkionalnost i automatiziranu kontrolu.

Faze izrade konstrukcije modela brisača: • izrađivanje funkcionalne konstrukcije modela brisača, • postavljanje upravljačkih elemenata (tipkala), • postavljanje svjetlosne signalizacije (lampice), • povezivanje električnih elemenata vodičima, sučeljem i izvorom napajanja, • izrađivanje algoritama i računalnog programa s potprogramima za upravljanje.

Napomena: Duljinu vodiča sa spojnicama određuje udaljenost konstrukcije modela i međusklopa. Postavljanje međusklopa uz automatizirani model s izvorom napajanja (baterija) određena je ulazno-izlaznim mjestima međusklopa.

Slika 3. konstrukcija A Slika 4. konstrukcija B Podloga i pet velikih crnih građevnih blokova osiguravaju izradu stabilnih nosača konstrukcije brisača. Veliki crni građevni blok umetnite u treći red i drugi stupac na podlogu. U isti red i deseti stupac umetnite drugi veliki crni građevni blok te iznad svakog od njih umetnite po još jedan veliki crni građevni blok. Između nosivih stupova umetnite zadnji veliki crni građevni blok.

Slika 5. FT elementi 2

14

Usporedno s velikim crnim građevnim blokom koji je smješten u sredini postavite isti takav građevni blok u prvi red na podlozi.

Mali crni dvostrani građevni element umetnite u prvi red i deveti stupac. Iznad malog dvostranog građevnog elementa postavite dva mala dvostrana spojna crvena elementa koji olakšavaju postavljanje elektromotora. Iznad velikih građevnih blokova u sredini umetnite dvostrani spojni crveni blok s rupom.

Slika 6. konstrukcija C Slika 7. konstrukcija D Slika 8. konstrukcija E Građevni elementi nosača omogućuju optimalan položaj i visinu elektromotora i prije­nos rotacijskog gibanja s elektromotora na osovinu. Dva crvena građevna elementa s rupom i dvije spojke smještena su iznad velikog crnog građevnog bloka osiguravajući stabilnost postolja i visinu elektromotora. Smanjenje brzine rotacije elektromotora kontrolira prijenosni mehanizam od tri zupčana prijenosna elementa.

Funkcionalnost prijenosnog mehanizma ostvaruje veza osovine sa zupčanikom za getribu s vratilom uz podešavanje početne pozicije i krajnjeg položaja elektromotora.

Slika 9. konstrukcija F Slika 10. konstrukcija G Mehanizam prijenosa (getriba) umetnut na elektromotor osigurava kontinuiranu rotaciju rotora elektromotora kada protječe istosmjerna struja izvora napajanja (baterija U = 9 V ili ispravljač izmjenične struje). Stabilnost prijenosnog mehanizma ostvarena je malim jednostranim crnim građevnim blokom koji je povezan s dva mala dvostrana spojna crvena elementa.

Pokretanje prijenosnog mehanizma (getribe) i male crne osovine omogućuje osovina s malim zupčanikom koju umetnemo u otvor prijenosnog mehanizma.

Napomena: Kvalitetu konstrukcije prijenosnog mehanizma s elektromotorom i njegovo podešavanje provjeravamo spojnicama vodiča koje povezujemo s izvorom napajanja.

Promjenom polariteta izvora napajanja ostvaren je prijenos vrtnje na malu osovinu u oba smjera (cw i ccw). Popis građevnih elemenata olakšava izradu pogonskog dijela konstrukcije.

Slika 11. FT elementi 3 U sredinu konstrukcije postolja modela umetnite dvostranu osovinu duljine 75 milimetara

koja prolazi kroz dva crvena građevna elementa s rupom. Vijak leptir-matice strojni je element koji postavljamo na osovinu s obje strane. Ovime osiguravamo umetanje velikog zupčanika koji ostvaruje prijenos rotacije s malog zupčanika spojenog na prijenosni mehanizam. Leptir-matica s pločom čvrsto povezuje osovinu i veliki zupčanik te osigurava prijenos rotacije s elektromotora na osovinu.

Napomena: Stezanje leptir-matice s pločom i vijkom leptir-matice s vanjske strane velikog zupčanika omogućava vrtnju velikog zupčanika povezanog s osovinom. Podešavanje leptir-matice s pločom pričvršćene za osovinu olakšava funkcionalnost.

Slika 12. konstrukcija H Slika 13. konstrukcija I Slika 14. konstrukcija J Postupak podešavanja leptir-matice s pločom i stezanje vijka leptir-matice omogućava stabilnost ekscentra postavljenog na drugom kraju osovine s kontinuiranom rotacijom.

Napomena: Pozicija ekscentra definirana je duljinom spojne letve i nužno je podesiti i zakrenuti ekscentar za relativno mali otklon kuta.

Nosači elemenata brisača građeni su od dva velika crna građevna bloka koji određuju udaljenost između brisača. Dva crvena građevna elementa s rupom umetnite na njih usporedno.

Kroz rupu umetnite dvostranu osovinu koja je pozicionirana odstojnikom s cilindrom i učvrstite na kraju sa spojnikom.

Slika 15. konstrukcija K Slika 16. konstrukcija L Slika 17. konstrukcija LJ Uz cilindar je postavljen crveni građevni element s rupom. Na kraju osovine umetnite spoj­nik koji osigurava nesmetanu rotaciju dijela brisača. Konstrukcija nosača brisača sadrži dva građevna jednostrana elementa međusobno spojena malim crvenim jednostranim spojnim elementom.

Slika 18. FT elementi 4 Slika 19. konstrukcija M Umetnite na bočne stranice donjeg malog jednostrukog građevnog elementa dva mala spojnika za konzolu. Ispod istog elementa umetnite malu pokrovnu ploču koja osigurava postojanost položaja spojnika za konzolu na koju su učvršćene letve duljine 75 milimetara. Vratilo s krajnikom duljine 20 milimetara umetnite

u rupu ekscentra i na njega spojite letvu sa spojnikom konzole s unutrašnje strane nosača lijevog brisača. Učvrstite letvu s malim prstenom za razmak elemenata i krajnikom s oprugom na završetku vratila s krajnikom.

Slika 20. konstrukcija N Slika 21. konstrukcija NJ Slika 22. konstrukcija O Slika 23. konstrukcija P Slika 24. konstrukcija R Slika 25. konstrukcija S Na vrh konstrukcije nosača lijevog brisača postavite okomito građevni blok s utorima.

Njegova je funkcija učvrstiti dvije pokrovne plave ploče sa spojnicama na početku i završnom dijelu brisača. Isti blok s utorima postavite na vrh brisača.

Slika 26. konstrukcija Š Slika 27. konstrukcija T Slika 28. FT elementi 5 U završnoj fazi izrade modela upotrijebite iste građevne i spojne elemente s popisa. Spojite dva nosača konstrukcije brisača s letvom duljine 120 milimetara i umetnite ostale građevne elemente s popisa istim redoslijedom.

Slika 29. konstrukcija U Slika 30. konstrukcija V Slika 31. konstrukcija Z Slika 32. konstrukcija X Slika 33. konstrukcija Y Slika 34. konstrukcija W Pored modela umetnite mali jednostruki građevni element na koji pričvrstite izvor napajanja (baterija). Ispred izvora napajanja učvrstite međusklop (sučelje) s dva mala spojnika umetnuta na podlogu.

Napomena: Udaljenost i položaj spojnika i međusklopa potrebno je podesiti radi bolje postojanosti modela.

Postolja za lampice umetnite na bočnu stranicu istosmjernog elektromotora. Lampice umetnite u postolje za lampicu sa zaštitnim kapicama (zelena, crvena). Umetnite vodiče sa spojnicama i povežite s izvorom napajanja (baterija). Popis građevnih elemenata olakšava izradu dijela konstrukcije signalnih lampica.

Slika 35. FT elementi 6 Slika 36. konstrukcija Q Slika 37. konstrukcija XY Izvor napajanja (baterija) učvršćena je na mali jednostruki građevni element. Pozicija

15

međusklopa (sučelja) definirana je blizinom i pozicijom izvora napajanja. Međusklop postavite na dva mala crvena spojnika koji su učvršćeni na podlogu pazeći na razmak i njihov položaj.

U utore međusklopa s lijeve strane smještena su četiri tipkala kojima upravljamo modelom.

Položaj tipkala definiraju ulazi na međusklopu.

Napomena: postavite izvor napajanja (bate­ riju) i međusklop na podlogu i spojite uredno vodičima optimalne duljine. Ulazne i izlazne elekrične elemente povežite s međusklopom i testirajte rad programskim alatom u programu RoboPro. Slika 38. TXT Povezivanje električnih elemenata s TXT-sučeljem: • elektromotor (M1) na izlaze, • lampice (O3, O4) na izlaze (crveno) i zajedničko uzemljenje (┴, zeleno), • dodirni senzori (I1–I4) na ulaze, • izvor napajanja ‒ baterija (U = 9 V).

Napomena: Lampice imaju jedan zajednički vodič (uzemljenje) radi smanjenja vodiča koji povezuju model s međusklopom.

Pri povezivanju međusklopa s električnim elementima modela pazite na boje spojnica vodiča, urednost spajanja vodiča i dužinu vodiča lampica, elektromotora i tipkala.

Slika 39. Brisači 1 Elektroničke elemente uvijek povezujemo prije izvora napajanja (baterije) i izrade algoritma (programa): • povezivanje TXT-međusklopa s računalom, ulaznim i izlaznim elementima, • provjeravanje ispravnog rada električnih elemenata: četiri tipkala, elektromotor i dvije lampice, • provjeravanje komunikacija između TXT-međusklopa i programa RoboPro. Slika 40. P brisači 1 Zadatak_1: Konstruiraj model, napiši algoritam i dijagram tijeka (program) koji upravlja modelom brisača pritiskom tipkala (I1–I3).

Pokretanjem, program kontinuirano provjerava ulaze tipkala (I1‒I3). Pritiskom jednog tipkala (I1, I2, I3 = 1), elektromotor (M1) se vrti (cw) jednom brzinom (v = 4, 6, 8) u vremenskom periodu od jedne sekunde. Ponovnim pritiskom jednog tipkala (I1, I2, I3 = 1), elektromotor (M1) prestaje vrtnju (stop) na period od jedne sekunde.

Program nastavlja provjeravati stanje tipkala, te

16

pritiskom elektromotor nastavlja vrtnju zadanom brzinom.

Tipkala (I1‒I3) upravljaju radom elektromotora (brisačima).

Slika 41. P brisači 2 Zadatak_2: Konstruiraj model, napiši algoritam i dijagram tijeka (program) koji upravlja modelom brisača pritiskom tipkala (I1–I3).

Pokretanjem, program kontinuirano provjerava ulaze tipkala (I1‒I3). Pritiskom jednog tipkala (I1, I2, I3 = 1), elektromotor (M1) se vrti (cw) jednom brzinom (v = 4, 6, 8). Pritiskom tipkala (I4 = 1), elektromotor (M1) prestaje vrtnju (stop) na period od jedne sekunde. Program nastavlja provjeravati stanje tipkala, te pritiskom elektromotor nastavlja vrtnju zadanom brzinom.

Glavni program upravlja radom modela brisača pomoću glavnog prekidača, tipkala (I4).

Tipkala (I1‒I3) kontroliraju brzinu vrtnje elektromotora.

Slika 42. P brisači 3 Zadatak_3: Konstruiraj model, napiši algoritam i dijagram tijeka (program) koji upravlja modelom brisača pritiskom tipkala (I1–I3).

Pokretanjem, program kontinuirano provjerava ulaze tipkala (I1‒I3). Pritiskom jednog tipkala (I1, I2, I3 = 1), elektromotor (M1) se vrti (cw) jednom brzinom (v = 4, 6, 8) u vremenskom periodu od jedne sekunde dok ne pritisnemo tipkalo (I1, I2, I3 = 1). Ako u tom periodu rada brisača pritisnemo tipkalo (I4 = 1), program isključi elektromotor i brisači ne rade. Pritiskom tipkala (I1, I2, I3 = 1), elektromotor (M1) prestaje vrtnju (stop) na period od jedne sekunde. Program nastavlja provjeravati stanje tipkala, te pritiskom elektromotor nastavlja vrtnju zadanom brzinom.

Glavni program upravlja radom modela brisača pomoću tipkala (I1‒I3) koja kontroliraju brzinu vrtnje elektromotora.

Potprogram time1 unutar vremenskog perioda od jedne sekunde provjerava stanje glavnog prekidača, tipkala (I4). Ako u tom periodu pritisnemo tipkalo (I4 = 1), program ne radi i brisači se isključe. Pritiskom tipkala (I4 = 1) program ne radi (izlazak iz programa).

Slika 43. P brisači 4 Slika 44. PP brzina Zadatak_4: Konstruiraj model, napiši algoritam i dijagram tijeka (program) koji upravlja modelom brisača pritiskom tipkala (I1–I3). Pokretanjem, Nastavak na 21. stranici

MALA ŠKOLA FOTOGRAFIJE Piše: Borislav Božić, prof.

MASKIRANJE U PHOTOSHOPU II. Dakle, nastavljamo s obradom fotografije koja je snimljena tako da joj okolni sadržaj smeta za potpuni doživljaj osnovnoga motiva, tj. Gradske ure u Rijeci. Gradska ura je u centru Rijeke i svojevrstan je i prostorni i kulturološki orijentir grada. Kada se fotografira iz ove pozicije, smetaju okolne zgrade pa je ovom intervencijom izdvajamo i samostalno prikazujemo.

Sa slikom ispod lijevo završili smo prilog u prošlom broju i vidimo da margine lijevo, desno, gore i dolje nisu podjednake. U sljedećem koraku trebamo ih ujednačiti, a to vrlo jednostavno i lako radimo novim kropiranjem (Crop) u Photoshopu. Desna slika

pokazuje podjednaku marginu sa svih strana.

Fotografiju možemo ostaviti i ovakvu kao gotovu, a možemo je i dalje obrađivati u smislu nove vizualne realnosti. Prvo što možemo uraditi je bojanje pozadine. Ako bismo to uradili sada, boja bi dolazila do ruba slikov-

nog dijela fotografije i estetski ne bi bilo dobro. Kako bi nam slika bila vizualno čitljivija i estetski prijemčiva, ostavit ćemo bijeli rub oko slikovnoga dijela. Veličinu bijeloga ruba odredit ćemo pomoću vertikalne i horizontalne linije kako to prikazuje slika gore desno. Zatim ćemo odabrati Eliptical Marquee Tool, povući elipsu iz sjecišta horizontalne i vertikalne pomoćne linije i evo nam elipse u točnom razmaku od slikovnoga dijela fotografije kako to prikazuje slika desno ‒ druga odozgo prema dolje. Kada smo postavili elipsu kojom smo odredili veličinu bijeloga ruba, obojit ćemo okolni dio slike tako da u izborniku odaberemo Select i nakon otvaranja padajućeg izbornika biramo Inverse. Ovim alatom obrubljujemo krajnje rubove fotografije.

Sada imamo selektiranu elipsu i krajnje rubove, i to znači da smo ograničili prostor koji možemo bojiti željenom bojom.

To radimo tako da kursorom odaberemo željenu boju na kolor-paleti – donja slika desno gore. Kada smo odabrali željenu boju, u ovom slučaju tamnocrvenu, Tool. Sada odabranu kanticu donosimo na željenu idemo na lijevi vertikalni izbornik i oda- površinu, ovdje obilježenu okolnu bjelinu, i samo beremo ikonu kantice, tj. Paint Bucket je stisnemo, “prolijemo”, i ploha se oboji.

POGLED UNATRAG MASKIRANJE U ANALOGNOJ FOTOGRAFIJI II

Različite šablone radile su se od prigode do prigode u primijenjenoj fotografiji ‒ za reklamu, plakate, prospekte, a često su autori i za privatne albume radili različite šablone, ovisno o osobnom senzibilitetu ili motivu obrađivane fotografije.

Uz malo mašte autori su od tvrđega kartona sebi priredili niz različitih šablona raznih veličina. Dakle, imali su u svojoj arhivi i različite oblike i različite veličine i koristili su ih od prigode do prigode. Najčešće su to bili oblici ovalnoga ili kružnoga oblika, zatim oblici voća, životinja ili pak srce koje se najčešće koristilo za mlade i zaljubljene ili tek vjenčane parove. Često su se koristili i nepravilni oblici s puno različite ornamentike. Tehničko-tehnološki postupak je isti i autori s iskustvom vrlo su brzo i jednostavno rješavali zahtjeve svojih kupaca. Ovaj tip fotografije imao je veliku primjenu i u industriji razglednica koje su bile vrlo popularne tijekom cijeloga dvadesetog stoljeća. U svakom slučaju, primjena maski ili šablona može biti i kreativan i čist industrijski posao.

Razglednica iznad ovoga teksta samo je jedan od mnoštva primjera s koliko su mašte autori pristupali ovome radu.

ANALIZA FOTOGRAFIJA

Iva Šarić

Živi i radi u Varaždinu, gdje je rođena 1985. te završila osnovnu školu i opću gimnaziju. Akademiju likovnih umjetnosti u Zagrebu upisala je 2004. godine, a već je 2005. primila pohvalu za uspješan rad u akademskoj godini 2004./2005. Diplomirala je 2010. na Nastavničkom odsjeku, u grafičkoj klasi doc. Ines Krasić. Dobitnica je posebne Rektorove nagrade za skupni projekt Zima na otoku, Vis 2008., nagrade Kabineta grafike HAZU-a na 5. hrvatskom trijenalu grafike 2009. godine, 1. nagrade na međunarodnoj izložbi 19. Minijature 2016. godine, nagrade 4. međunarodnog trijenala autoportreta Pojam o sebi i nagrade Robert Adam (za rad ne temu Dioklecijanove palače u Splitu) na 8. međunarodnom grafičkom bijenalu Splitgraphic 2017., 1. nagrade u kategoriji fotografije – Rijeka mini art 2017. Imala je šest samostalnih izložbi i sudjelovala je na više od trideset skupnih izložbi, radionica i festivala. U svom fotografskom radu vrlo uspješno koristi sva specifična fotografska izražajna sredstva, kao oštrinu i neoštrinu, što potvrđuju i fotografije koje objavljujemo u ovom prilogu. Koliko god je važan motiv snimanja, još je važniji način na koji će taj isti motiv Iva interpretirati.

Nastavak sa 16. stranice program kontinuirano provjerava ulaze tipkala (I1‒I3), brisači ne rade, svijetli crvena lampica (O3 = on), a zelena je isključena (O4 = off). Pritiskom jednog tipkala (I1, I2, I3 = 1), elektromotor (M1) se vrti (cw) jednom brzinom (v = 4, 6, 8), u vremenskom periodu od jedne sekunde isključi crvenu lampicu (O3 = off) i uključi zelenu (O4 = on), dok ne pritisnemo tipkalo (I1, I2, I3 = 1).

Ako u tom periodu pritisnemo tipkalo (I4 = 1), program isključi elektromotor i brisači ne rade.

Pritiskom tipkala (I1, I2, I3 = 1), elektromotor (M1) prestaje vrtnju (stop) na period od jedne sekunde, uključi crvenu lampicu (O3 = on) i isključi zelenu (O4 = off). Program kontinuirano provjerava stanje tipkala, te pritiskom brisači nastavljaju raditi.

Glavni program upravlja radom modela brisača pomoću tipkala (I1‒I3) koja kontroliraju brzinu vrtnje elektromotora.

Potprogram M_stop zaustavlja vrtnju elektromotora, istovremeno isključuje zelenu lampicu i uključuje crvenu na period od jedne sekunde.

Potprogrami: speed1, speed2, speed3 određuju brzinu (v = 4, 6, 8) vrtnje elektromotora, isključuju crvenu lampicu i uključuju zelenu lampicu u periodu od jedne sekunde.

Potprogram time1 unutar vremenskog perioda od jedne sekunde provjerava stanje glavnog prekidača, tipkala (I4). Ako u tom periodu pritisnemo tipkalo (I4 = 1), program ne radi i brisači se isključe. Pritiskom tipkala (I4 = 1) program ne radi (izlazak iz programa).

Izazov_1: Konstruiraj model, napiši algoritam i dijagram tijeka (program) koji upravlja modelom brisača pritiskom tipkala (I1–I3). Pokretanjem, program kontinuirano provjerava ulaze tipkala (I1‒I3), brisači ne rade, svijetli crvena lampica (O3 = on), a zelena je isključena (O4 = off). Pritiskom jednog tipkala (I1, I2, I3 = 1), elektromotor (M1) se vrti (cw) jednom brzinom (v = 4, 6, 8), u vremenskom periodu od jedne sekunde isključi crvenu lampicu (O3 = off) i uključi zelenu (O4 = on), dok ne pritisnemo tipkalo (I1, I2, I3 = 1).

Ako u tom periodu pritisnemo tipkalo (I4 = 1), program isključi elektromotor i brisači ne rade.

Pritiskom nekog drugog tipkala (I1, I2, I3 = 1), elektromotor (M1) mijenja brzinu vrtnje na period od jedne sekunde i lampice nastavljaju svijetliti crveno (O3 = off) i zeleno (O4 = on).

Program kontinuirano provjerava stanje tipkala, te pritiskom brisači mijenjaju brzinu rada.

Petar Dobrić, prof.

MODELARSTVO

Gigantski teleskop Magellan (GMT)

Gigantski teleskop Magellan (GMT) revolucionirat će naš pogled i razumijevanje svemira Gigantski teleskop Magellan bit će jedan od rijetkih superdivovskih teleskopa na Zemlji koji obećava da će revolucionirati naš pogled i razumijevanje svemira. Izgradit će se na zvjezdarnici Las Campanas u Čileu. Teleskop bi trebao biti pušten u rad ove godine.

GMT je segmentirani zrcalni teleskop koji se sastoji od sedam segmenata, monolitnih zrcala. Šest izvanosnih segmenata od 8,4 metra okružuje središnji osovinski segment, tvoreći jednu optičku površinu promjera 24,5 metara, s ukupnom površinom sakupljanja veličine 368 četvornih metara. Sveučilište Harvard i Smithsonian Institution članovi su GMT-projekta, koji također uključuje Astronomy Australia Ltd., Australsko nacionalno sveučilište, Institut za znanost Carnegie, Korejski institut za astronomiju i svemirske znanosti, Istraživačku zakladu u Sao Paulu, Sveučilište Texas u Austinu, Sveučulište Texas A&M, Arizonsko i Čikaško sveučilište.

Primarna zrcala GMT izrađuju se u laboratoriju zrcala Steward Observatory u Tucsonu u Arizoni. Oni su čudo modernog inženjerstva i staklarstva; svaki je segment zakrivljen u vrlo precizan oblik i uglačan unutar valne duljine

21

svjetlosti ‒ otprilike milijunti dio inča. Svjetlost s ruba svemira prvo će se odbiti od sedam primarnih zrcala, a zatim će se odbiti od sedam manjih sekundarnih zrcala kako bi kroz središnju rupu doputovala do primarnog zrcala i stvorila jedan fokus na jednom od različitih naprednih instrumenata koji će analizirati svjetlost.

Jedan od najsofisticiranijih inženjerskih aspekata teleskopa je “prilagodljiva optika”. Sekundarna ogledala teleskopa su fleksibilna. Ispod svake sekundarne površine zrcala nalaze se stotine pokretača koji će stalno podešavati zrcala kako bi se suprotstavili atmosferskim turbulencijama. Ovi aktuatori, podupravljani naprednim upravljačkim sustavima, transformirat će svjetlucave zvijezde u čiste stabilne točke svjetlosti 10 puta oštrije nego što je to moguće pomoću svemirskog teleskopa Hubble. Znanstvenici i inženjeri iz Centra za astrofiziku igraju presudnu ulogu u dizajnu i konstrukciji ovih upravljačkih sustava.

Lokacija GMT-a također je važan faktor i nudi veliku prednost u pogledu gledanja kroz Zemljinu atmosferu. Čileanska pustinja Atacama jedno je od najviših i najsuših mjesta na zemlji, gdje će GMT imati spektakularne uvjete više od 300 noći godišnje. Vrh Las Campanas, s nadmorskom visinom od preko 2 550 metara, gotovo je potpuno prekriven neplodnim raslinjem zbog nedostatka kiše. Kombinacija dobre vidljivosti, broja vedrih noći, nadmorske visine, vremena i vegetacije čine vrh Las Campanas idealnim mjestom za GMT.

22

Možda je jedno od najuzbudljivijih pitanja na koja astronomija još uvijek treba dati odgovor: jesmo li sami? To će se pitanje riješiti prvim naprednim instrumentom planiranim za GMT, GMT-Consortium Large Earth Finder ili G-CLEF, čiji se dizajn i konstrukcija nadziru u Centru za astrofiziku. G-CLEF optimiziran je za izuzetno preciznu brzinu, što će mu omogućiti otkrivanje prisutnosti egzoplaneta Zemljine mase koji kruži oko zvijezda sličnih Suncu.

Iznimna sposobnost sakupljanja svjetlosti i razlučivost GMT-a pomoći će i kod mnogih drugih fascinantnih pitanja u astronomiji 21. stoljeća. Što je tamna materija, a što tamna energija, dvije tajanstvene stvari koje čine većinu našeg svemira? Kako su nastale prve zvijezde iz difuz­nog plina Velikog praska? Kako su nastale prve galaksije? Kakva je sudbina svemira?

Izvor: https://scitechdaily.com/the-giant-magellan-telescope-will-revolutionize-our-view-andunderstanding-of-the-universe/ Sandra Knežević

ELEKTRONIKA

Shield-A, učilo za programiranje mikroupravljača (15) U ovom ćemo nastavku pokazati da RGB-diode mogu prikazati puno, puno više od sedam boja. Za to je potrebno osnovne boje ‒ crvenu, zelenu i plavu ‒ pomiješati u različitim omjerima.

Doduše, vrijednosti otpornika R11, R12 i R13 ne možemo programski mijenjati, ali zato možemo utjecati na trajanje (širinu) strujnih impulsa koje ”tjeramo” kroz crveni, zeleni i plavi čip. Crtež na Slici 43. ilustrira što smo pod time mislili.

Slika 43. Pulsno-širinskom modulacijom utječemo na jačinu srednje struje kroz LE-diodu

Na gornjem crtežu prikazana je situacija kada kroz LE-diodu teče neka stalna, maksimalna struja, određena naponom napajanja i vrijednošću otpornika za ograničenje struje: srednja struja kroz diodu jednaka je toj maksimalnoj struji i dioda svijetli punim intenzitetom (jačina srednje struje prikazana je visinom crvenog stupca). Na sljedeća tri crteža kroz LE-diodu teče struja u impulsima: frekvencija im je stalna, ali se mijenja trajanje (širina) impulsa. Što su ti strujni impulsi kraći u odnosu na trajanje perioda T, srednja struja kroz diodu je manja i dioda slabije svijetli.

Konačno, na donjem crtežu strujnih impulsa uopće nema i dioda je ugašena.

Postupak se zove pulsno-širinska modulacija (PWM) i ima široku primjenu kod podešavanja brzine vrtnje elektromotora i intenziteta

rasvjete, kod upravljanja servomotorima itd. Mi ćemo ga primijeniti za podešavanje intenziteta i boje svjetlosti RGB-dioda D8-D11 na razvojnom sustavu Shield-A. Trebat će nam tri generatora impulsa, za svaku od osnovnih boja po jedan.

Svaki od tajmera mikroupravljača ATmega328P može generirati dva PWM-signala: mi ćemo koristiti Timer0 i ”pola” Timera2. Oba su tajmera osambitna, a širinski modulirane impulse generiraju kada su konfigurirani kao na Slici 44.

Tajmeri u PWM-načinu rada broje od 0 do 255 i zatim unatrag, prema 0. Zbog takvog načina brojanja neće ulazni signal frekvencije 250 kHz podijeliti faktorom 256, već s 512, što će dati impulse frekvencije oko 488 Hz ‒ još uvijek dovoljno da dobijemo privid kako LE-diode svijetle stalnim svjetlom i bez treperenja. Impulsi nastaju usporedbom trenutne vrijednosti tajmera s vrijednošću upisanom u OCR-registre. Kada tajmer broji prema gore i vrijednost brojača se izjednači s vrijednošću u nekom OCR-registru, pridruženi OC-izlaz promijenit će stanje iz ”1” u ”0”. Kada tajmer broji unatrag i vrijednost brojača se izjednači s vrijednošću u nekom OCR-registru, pridruženi OC-izlaz promijenit će stanje iz ”0” u ”1”. Tako vrijednošću koju upisujemo u OCR-registre određujemo trajanje, odnosno širinu impulsa: što je upisana vrijednost veća, impulsi će biti širi. Primijetimo kako su na Slici 44. svi simboli plave boje, što prema našem prijašnjem dogovoru znači da se čitav proces odvija na

Slika 44. Timer0 i Timer2 generiraju tri PWM-signala

23

crvenog i plavog čipa RGB-dioda. Međutim, OC2B nije direktno povezan sa zelenim čipom; želimo li iskoristiti taj izlaz, potrebno ga je povezati s pinom PD7 (na Slici 45. zeleni kratkospojnik obilježen uskličnikom). To je najpraktičnije napraviti povezivanjem 6. i 14. priključka na konektoru alfanumeričkog displeja (Slika 46.).

Važna napomena: PD7 mora biti konfiguriran kao ulaz; u protivnom nećemo postići željeni efekt, a moguće je i trajno oštećenje Za Slika 45. Intenzitetom svjetlosti RGB-dioda D8-D11 upravljaju PWM-signali koje generiraju mikroupravljača! pravilan izbor vrijednosti Timer0 i Timer2 otpornika R11-R13 hardverskom nivou: program treba konfigurirati pogledajte prethodni nastavak. tajmere, upisati željene vrijednosti u OCRKako iz programa konfigurirati tajmere da registre i nakon toga može raditi bilo što, tajmeri rade u PWM-modu naučit ćemo u sljedećim će nastaviti samostalno generirati impulse! primjerima!

Slika 45. pokazuje da izlazi OC0B, OC0A i 15. programski zadatak: Na RGB-diodama OC2B koriste iste pinove mikroupravljača kao D8-D11 postupno mijenjati intenzitet crvene i PD5, PD6 i PD3. Zapravo, u trenutku kada svjetlosti od minimalnog do maksimalnog konfiguriramo tajmere da rade u PWM-modu, intenziteta i natrag; isto ponoviti sa zelenom pinovi PD5, PD6 i PD3 gube svoju funkciju i plavom bojom. Dodatno, na RGB-diodama digitalnih ulaza, odnosno izlaza, i spajaju se na D8-D11 postup­no prijeći iz plave u crvenu, zatim OC-izlaze tajmera (oznake ~5, ~6 i ~3 u notaciji iz crvene u zelenu i, konačno, iz zelene natrag u Arduino). Izlazi OC0B i OC0A određuju struju plavu boju.

Rješenje Bascom-AVR-a (program ShieldA_15a.bas) Najprije ćemo sve pinove mikroupravljača na koje su spojene katode RGB-dioda konfigurirati kao izlazne i postaviti u stanje ”0”: Config Portb = &B00001111 Portb = &B00000000 Time smo istovremeno uključili sve četiri RGB-diode (ovdje ne koristimo multipleksiranje).

Pinove PD5, PD6 i PD3 nismo trebali konfigurirati kao izlaze, jer ćemo umjesto njih koristiti PWM-izlaze tajmera, OC0B, OC0A i OC2B. Tajmere konfiguriramo u skladu s postavljenim zadatkom: Slika 46. Kratkospojnik između 6. i 14. priključka omoConfig Timer0 = Pwm , Prescale = 64 , Compare gućuje da iskoristimo izlaz OC2B za upravljanje zelenim A Pwm = Clear Up , Compare B Pwm = Clear Up čipom RGB-dioda

24

Config Timer2 = Pwm , Prescale = 64 , Compare B Pwm = Clear Up Ovdje uočite da su oba tajmera postavljena u PWM-način rada s faktorom dijeljenja 64, a Compare A i Compare B su Bascom-AVR-ovi nazivi za OCR-registre. Tim OCR-registrima pridijelit ćemo alternativne nazive u skladu s bojama kojima upravljaju i upisati im inicijalnu vrijednost 0 ‒ time su sve boje isključene.

Plava Alias Ocr0a Crvena Alias Ocr0b Zelena Alias Ocr2b Plava = 0 Crvena = 0 Zelena = 0 U programu ćemo još koristiti pomoćnu varijablu Boja: Dim Boja As Byte Njenu vrijednost mijenjat ćemo u petlji ForNext od 0 do 255 Do Wait 1 For Boja = 0 To 255 Crvena = Boja Waitms 20 Next i zatim unatrag, od 255 do 0: For Boja = 255 To 0 Step -1 Crvena = Boja Waitms 20 Next Svaku vrijednost prenijet ćemo u OCR0B registar (= Crvena) i time postupno mijenjati intenzitet crvene boje od ugašene do maksimuma i natrag. Isto ćemo ponoviti sa zelenom i plavom bojom pa završiti glavnu petlju Do-Loop: For Boja = 0 To 255 Zelena = Boja ...

For Boja = 0 To 255 Plava = Boja ...

Loop Rješenje dodatnog zadatka Bascom-AVR-a (program Shield-A_15b.bas) Želimo li boje mijenjati u skladu s postavljenim zadatkom, morat ćemo istovremeno mijenjati parametre dviju boja: Do Wait 1 For Boja = 0 To 255

Crvena = Boja Plava = 255 - Boja Waitms 20 Next U ovoj petlji For-Next crvena boja postupno će rasti od ugašene do maksimalnog intenziteta, a plava će se istovremeno smanjivati od maksimalnog intenziteta do ugašene: prijelaz iz plave u crvenu boju dogodit će se preko različitih nijansi ljubičaste boje. Na isti način postići ćemo prelazak crvene u zelenu preko narančaste i žutozelene, te zelene u plavu preko modrozelene: Wait 1 For Boja = 0 To 255 Zelena = Boja Crvena = 255 - Boja Waitms 20 Next Wait 1 For Boja = 0 To 255 Plava = Boja Zelena = 255 - Boja Waitms 20 Next Loop Ostatak programa istovjetan je programu Shield-A_15a.bas!

Rješenje Arduina (program Shield-A_15a.ino) U Arduino IDE postoji funkcija analogWrite() koja nam omogućuje jednostavno upravljanje PWM-pinovima, odnosno OC-izlazima tajmera. Funkcija prima dva argumenta: broj pina i vrijednost od 0 do 255 (označava širinu pulsa). Funkcija prepoznaje je li pin povezan s OC-izlazom tajmera i ako jeste, s kojim izlazom.

Kako u programskom jeziku C ne postoji naredba alias, za potrebe jednostavnijeg čitanja programskog koda koristit ćemo varijable sa samoobjašnjavajućim nazivima. Njihova vrijednost bit će broj pina koji je spojen na OC-izlaz tajmera: byte crvena = 5; byte plava = 6; byte zelena = 3; Najprije ćemo sve pinove mikroupravljača na koje su spojene katode RGB-dioda konfigurirati kao izlazne i postaviti u stanje ”0”: void setup() { DDRB = B00001111; PORTB = B00000000;

25

Nakon toga konfiguriramo pin D7 kao ulaz kako bismo zaštitili mikroupravljač od kratkog spoja s pinom D3: pinMode(7, INPUT); } Postavljanjem katoda RGB-dioda u stanje ”0” istovremeno smo uključili sve četiri RGB-diode (ovdje ne koristimo multipleksiranje). Pinove PD5, PD6 i PD3 nismo trebali konfigurirati kao izlaze, jer ćemo umjesto njih koristiti PWMizlaze tajmera, OC0B, OC0A i OC2B. Arduino IDE samostalno konfigurira tajmere u PWMnačinu rada s faktorom dijeljenja 64, stoga to ne moramo mi napraviti.

U funkciji loop() pomoću petlji for mijenjat ćemo vrijednost varijable boja od 0 do 255 void loop() { delay(1000); for ( int boja = 0; boja <=255; boja++){ analogWrite(crvena, boja); delay(20); } i zatim unatrag, od 255 do 0: for ( int boja = 255; boja >=0; boja--){ analogWrite(crvena, boja); delay(20); } Funkcija analogWrite() prenosi svaku novu vrijednost varijable Boja u OCR0B registar, čime postupno mijenjamo intenzitet crvene boje od ugašene do maksimuma i natrag. Isto ćemo ponoviti sa zelenom i plavom bojom pa završiti glavnu funkciju loop(): delay(1000); for ( int boja = 0; boja <=255; boja++){ analogWrite(zelena, boja); delay(20); } for ( int boja = 255; boja >=0; boja--){ analogWrite(zelena, boja); delay(20); } delay(1000); for ( int boja = 0; boja <=255; boja++){ analogWrite(plava, boja); delay(20); } for ( int boja = 255; boja >=0; boja--){ analogWrite(plava, boja); delay(20); }

26

} Rješenje Arduina dodatnog zadatka (program Shield-A_15b.ino) Koristit ćemo isti algoritam kao i u rješenju s Bascom-AVR-om: void loop() { delay(1000); for ( int boja = 0; boja <=255; boja++){ analogWrite(crvena, boja); analogWrite(plava, 255-boja); delay(20); } delay(1000); for ( int boja = 0; boja <=255; boja++){ analogWrite(zelena, boja); analogWrite(crvena, 255-boja); delay(20); } delay(1000); for ( int boja = 0; boja <=255; boja++){ analogWrite(plava, boja); analogWrite(zelena, 255-boja); delay(20); } } Ostatak programa istovjetan je programu Shield-A_15a.ino! *** U programima smo generirali po 256 različitih intenziteta svake boje. Uočit ćete kako su razlike između dva koraka kod malih intenziteta jako primjetne, dok se kod većih intenziteta ta razlika teško primjećuje. To je posljedica prirode ljudskog vida: kada bismo željeli promjene intenziteta učiniti vidljivima i kod većih intenziteta, morali bismo koristiti petlje s promjenjivim korakom. To nismo učinili s razlogom, željeli smo da programi budu što je moguće jednostavniji i razumljiviji. Iz istog razloga izbjegli smo istovremeni prikaz različitih boja na RGB-diodama, jer bismo tada programe morali zakomplicirati multipleksiranjem ‒ ostavit ćemo to za sljedeći nastavak!

Napomena: Programi Shield-A_15a.bas, Shield-A_15a.ino, Shield-A_15b.bas i ShieldA_15b.ino mogu se besplatno dobiti od uredništva časopisa ABC tehnike.

Vladimir Mitrović i Robert Sedak

Svjetlila i svjetiljke (2) Optičke naprave razna su pomagala, instrumenti i uređaji koji primjenjujući optičke pojave imaju vrlo široku primjenu. Sastavljene su od optičkih sastavnica (zrcala, leća, prizmi, svjetlovoda i dr.). Obično se razvrstavaju na optička pomagala kao jednostavnije naprave, optičke instrumente za promatranje predmeta, optičke mjerne instrumente za mjerenje svjetlosnih pojava i posredno optičkih svojstva tvari, optičke uređaje ili aparate za obrađivanje optičkih slika (prikazivanje, prenošenje, oblikovanje, pohranjivanje) te svjetlila kao izvore svjetlosti za osvjetljavanje i rasvjetu. Važni dijelovi mnogih suvremenih optičkih naprava su optoelektroničke sastavnice i uređaji (fotodiode, fototranzistori, svjetleće diode, pokaznici, kamere, laseri i dr.).

Električna svjetlila Električna svjetlila zasnivaju se na nekoliko pojava: stvaranju burnog električnog izbijanja, tzv. električnog luka, žarenju vodiča pri prolasku struje te električnom izbijanju u plinovima.

OPTIČKE NAPRAVE

smisliti vrlo složene mehanizme, tzv. regulatore. Vrlo domišljatu lučnicu konstruirao je 1876. godine Pavel Nikolajevič Jabločkov (1847.–1894.), ruski izumitelj. U njoj su dva usporedna ugljena štapića, odvojena kaolinom. Pri gorenju luka između vrhova Voltin luk kao prvo električ- štapića postupno se no svjetlilo topi kaolin i tako održava stalan luk. Lučnica je smještena u kuglu od mliječnoga stakla koja raspršuje svjetlost.

Jabločkove su lučne svjetiljke prikazane u Parizu 1878. godine rasvjetljavanjem Avenije i Trga opere za vrijeme velike Svjetske izložbe, potom 1880. godine Glazbene dvorane te 1881. godine

Električne lučnice električna su svjetlila koja se zasnivaju na električnom luku u atmosferskom zraku. Alessandro Volta (1745.–1827.), talijanski fizičar, izumio je 1800. godine prvi galvanski članak, po njemu nazvan Voltinim člankom, a od takvih članaka konstruirao slog, tzv. bateriju.

Među mnogim pokusima s tom baterijom bilo je i stvaranje stalne električne iskre, nazvane lukom između dvaju ugljenih štapića. U tome je luku vrlo visoka temperatura, uz zračenje gotovo bijele svjetlosti. Voltin luk proučavao je 1802. godine Vasilj Vladimirovič Petrov (1761.–1834.), ruski fizičar, uz bateriju od 2100 Voltinih članaka1. Potom je 1808. godine Voltin luk proučavao sir Humphry Davy (1778.–1829.), znameniti britanski kemičar i fizičar. Na temelju Voltina luka konstruirane su prve električne svjetiljke.

Poteškoća je s lukom što ugljen postupno izgara, pa je za održavanje stalnog razmaka valjalo 1 Izvješće o galvansko-voltnim pokusima pomoću ogromne baterije od 4200 mjedenih i bakrenih krugova. Sankt Peterburg 1803.

Teslin patent uređaja za održavanje razmaka električne lučnice iz 1886. godine

27

Jabločkova svjetiljka s električnom lučnicom održavala je stalan razmak bez mehanizma iz 1876. godine (ilustracija iz Matičinih knjiga Novovjeki izumi 1. i Crte o magnetizmu i elektricitetu)

Swanova žarulja

Prva Edisonova žarulja s ugljenom niti

hipodroma, koji je bio rasvijetljen s čak 128 lučnica. Jabločkova se svjetiljka naveliko upotrebljavala u Europi krajem XIX. stoljeća, osobito za javnu rasvjetu, sve do pojave jačih žarulja.

Zanimljivo je kako su prvi Teslini patenti 1885. godine bili o lučnim svjetiljkama, s vrlo domišljatim regulatorima, jer je to bio proizvod koji se mogao odmah prodavati.

Električna se lučnica kao svjetlilo rabila za javnu rasvjetu još početkom XX. stoljeća. Za reflektore svjetionika i kinoprojektora te kao snažan izvor ultraljubičastoga zračenja, osobito u spektroskopiji, rabila se do u drugu polovicu XX. stoljeća. Žarulje, prvotno nazivane i žarila ili žarnice, električna su svjetlila koja svijetle žarenjem niti električnom strujom, smještene u staklenom evakuiranom balonu. Žarulje se u svoje nosače, tzv. grla, učvršćuju na nekoliko načina, tzv. Edisonovim ili oblim navojem (oznaka E, uz koju stoji broj milimetara promjera), bajonetnom utičnicom, igličastim nožicama i dr.

Prvu je žarulju konstruirao 1860. godine sir Joseph Wilson Swan (1828.–1914.), engleski fizičar. On je upotrijebio pougljenu papirnatu nit, a žario ju je prolaskom električne struje do crvenkastog svjetla. Usavršavao ju je do 1878. godine, ali ju nije tržišno proizvodio. Rasvjetljavao je kuće te 1881. godine Savoy Teatre u Londonu. Na Međunarodnoj elektrotehničkoj izložbi u Parizu 1881. godine bili su izloženi Swanovi izumi i njegova električna rasvjeta, a Swan je odlikovan Legijom časti. Žarulju s ugljenom niti konstruirali su i patentirali 1874. godine kanadski izumitelji Henry Woodward, tada student medicine, i

28

Hanaman-Justova žarulja tvrtke Wolfram s volframskom niti

Mathew Evans, hotelijer. Kako nisu imali sredstava za daljnji rad i proizvodnju, svoj su patent 1879. godine prodali Thomasu Alvi Edisonu (1847.–1931.), znamenitom američkom izumitelju, koji je također radio na električnoj žarulji.

Tako su kanadski izumitelji ostali zaboravljeni.

Edison je nadalje razvijao električnu žarulju.

Prvo je upotrijebio pougljenu bambusovu nit, te se ohrabrio da takve žarulje proizvodi za tržište.

Edisonova je žarulja s ugljenom niti u usporedbi s lučnicama svjetlila slabašnom svjetlošću i nije bila dugog vijeka, pa je Edison rabio i platinsku nit.

Volframska žarulja ili žarulja s volframskom niti svjetlilo je koje su izumili Franjo Hanaman (1878.–1941.), hrvatski kemičar i metalurg, i njegov suradnik Aleksandar Just (1874.–1937.), mađarski kemičar. Oni su riješili kovanje volframa, koji je do tada bio poznat samo u prahu.

Tako su dobili volframsku nit koja se mogla žariti električnom strujom do visokih temperatura. To su zaštitili nizom patenata od 1903. do 1912. godine. Već prve žarulje s volframskom niti bile su u pretvaranju električne energije u svjetlost dva do tri puta učinkovitije od onih s ugljenom niti.

Patente je prvo otkupila mađarska tvrtka Tungsram (kovanica od tungsten, engl. naziva za volfram i volfram), osnovana 1904. godine. Kako se rabio i osmij, njemačka tvrtka osnovana 1906. godine nazvana je Osram (kovanica od osmij i volfram).

Svjetlosna učinkovitost žarulja sa žarnom niti vrlo je malena, ona volframskih reda vrijednosti 5 do 15 lm/W, ovisno nazivnoj snazi. Žarulja snage 100 W daje samo oko 1400 lm svjetlosti.

Energijska učinkovitost volframskih žarulja samo je oko 5% do najviše 10%, a ostalih oko 90%

do 95% energije pretvara se u toplinu. Ipak, Hanaman-Justova volframska žarulja rabila se do naših dana kao glavno električno svjetlilo.

Halogena žarulja inačica je žarulje sa žarnom niti, kojoj je balon ispunjen plemenitim plinom (kripton, ksenon), s dodatkom nekoga od tzv. halogenih elemenata (brom, fluor, jod, klor).

Plemeniti plinovi omogućavaju zagrijavanje niti na višu temperaturu nego u vakuumu, a halogenidi sprječavaju zacrnjenje stakla te povratak isparenih atoma volframa na žarnu nit. Takve žarulje postižu višu temperaturu, pa je njihov balon od kremenog stakla, otpornijeg na visoku temperaturu, koji ujedno zadržava i ultraljubičasto zračenje. Halogene žarulje imaju znatno višu svjetlosnu učinkovitost od klasičnih žarulja, reda vrijednosti 12 lm/W do najviše 25 lm/W. Osim za rasvjetu prostorija halogene se žarulje upotrebljavaju za rasvjetu vozila i plovila te u druge posebne svrhe. U trgovinama se halogene žarulje ponekad također nazivaju štednim žaruljama.

Zbog niske učinkovitosti, klasičnih volframskih žarulja u zemljama Europske unije od 2013. godine nema više u prodaji. Tako je i u Hrvatskoj, koja je polovicom te godine pristupila Europskoj uniji. Njih su zamjenjivale halogene žarulje i tzv. štedne žarulje koje također odoše u povijest.

Od žarulja nam je ostao razgovorno i u trgovini naziv žarulja kao netočna istoznačnica za sva električna svjetlila, pa i ona u kojima nema žarenja, jednako kao što su nam od plamenih svjetiljki ostali nazivi paljenje i gašenje, iako se tu ništa ne pali niti gasi, nego se uključuje i isključuje! Štedna žarulja trgovački je naziv, jer ta svjetlila nisu žarulje nego svjetleće cijevi. Jedan je od razloga tomu što su načinjene tako da izgledaju kao obične žarulje (stakleni balon s E-navojem), a u sebi imaju ugrađene i elektroničke prigušnice, tzv. balaste, i zaštitu od radijskih smetnji, stoga se nazivaju i integriranim štednim žarulja-

Štedne žarulje s ugrađenim starteKlasične fluorescentne cijevi rom, prigušnicama i zaštitom od u posebnim nosačima radijskih smetnji

ma. Jednostavno se mogu bez ikakvih preinaka uviti u grla svjetiljki umjesto običnih volframskih žarulja.

Svjetlosna učinkovitost štednih žarulja je oko 20 do 70 lm/W, energetska učinkovitost oko 25% do 75%, a trajnost 6000 do 15 000 sati.

Svjetlost im je bjelja nego volframskih žarulja, stoga djeluju hladnije. Štedne žarulje počele su se masovno rabiti nakon povlačenja volframskih žarulja s tržišta proteklih godina.

Svjetleće cijevi svjetlila su u kojima pri električnom izbijanju svijetli ionizirani plin u staklenoj cijevi. Prve je svjetleće cijevi izrađivao Heinrich Geissler (1814.–1879.), njemački staklopuhač i fizičar, pa se neke i danas po njemu nazivaju Geisslerovim cijevima. Svijetljenje cijevi ovisno je o vrsti plina ili pare te o tlaku plina u cijevi. Slaganjem raznovrsnih plinova mogu se postići i raznovrsne boje i jakosti svjetlosti.

Nikola Tesla je krajem 1880-ih godina svjetleće cijevi napajao snažnim visokonaponskim transformatorom, izmjeničnom strujom frekvencije nekoliko kiloherca, koji je ubrzo nazvan Teslinim transformatorom. Svjetleće cijevi napajane takvim transformatorom svijetlile su znatno jačim, gotovo bijelim svjetlom. Zato su tadašnje novine u Americi pisale kako Tesla stvara danju

Teslina električna rasvjeta na velikoj izložbi u Chicagu 1893. godine

Svjetleće diode kao signalna svjetlila na automobilu

29

Skupina svjetlećih dioda u svjetiljci za javnu rasvjetu

svjetlost. Osobito dojmljivu, do tada neviđenu električnu rasvjetu, Tesla je pokazao na izložbi u Chicagu 1893. godine, za što je upotrijebio svoje svjetleće cijevi.

Prema plinovima, parama ili primjesama svjetleće se cijevi nazivaju živinim, natrijevim, neonskim i dr. cijevima. One su već početkom XX. stoljeća iz mnogih primjena u električnoj rasvjeti potisnule električnu žarulju. Živine i natrijeve svjetleće cijevi počele su se rabiti za rasvjetu javnih prostora i velikih prostorija, a Geisslerove cijevi za svjetleće reklame.

Tijekom XX. stoljeća konstruirane su različite svjetleće cijevi koje imaju mnoge primjene. Od njih se do danas najviše rabe visokotlačne cijevi s električnim izbijanjem. One imaju unutarnju cijev od kremenoga stakla, tzv. žižak, u kojem pri električnom izbijanju uz visoku temperaturu nastaje obilno ultraljubičasto zračenje. Žižak je smješten u vanjskom staklenom balonu koji zaustavlja ultraljubičasto zračenje, često s fluorescentnim ili fosforescentnim slojem za pretvorbu ultraljubičastoga zračenja u svjetlost. Živine cijevi ispunjene su živinim parama, a svijetle jakom svjetlošću pretežito u plavom, žutom i narančastom području. Rabe se većinom za javnu rasvjetu ulica, trgova, igrališta, industrijskih hala i dr.

Natrijeve cijevi ispunjene su natrijevim parama, a svijetle jakim žutim svjetlom. Rabe se ponajviše za rasvjetu cestovnih raskrižja, mostova i sl.

Pri uključivanju se zbog postupne ionizacije plina ili para takve cijevi do punog svijetljenja pale nekoliko minuta. Svjetlosna učinkovitost im je oko 60 lm/W, energijska oko 70%. Cijevi koje sadrže živu pri razbijanju balona onečišćuju okolinu opasnim živinim parama, pa su uglavnom zabranjene.

Najava za Međunarodni dan svjetlosti

30

Fluorescentne cijevi su s unutarnje strane stijenke premazane fluorescentnim slojem, koji pod djelovanjem ultraljubičastoga zračenja svijet­li. Počele su se rabiti sredinom XX. stoljeća, a prvotno su neispravno nazivane i neonskim cijevima, jer su neke kao primjesu imale plin neon. Današnje fluorescentne cijevi imaju dvije žarne niti kao elektrode koje se u trenutku uključivanja užare, te tako stvore prve elektrone koji ioniziraju razrijeđeni plin. Jednom ioniziran plin vodi struju i pri nižim naponima, pa se fluorescentne cijevi napajaju uz napon gradske energetske mreže. Nakon što je cijev počela voditi, poseban pomoćni uređaj, tzv. starter, isključuje žarenje elektroda. U krugu cijevi je i zavojnica velike induktivnosti s željeznom jezgrom, tzv. prigušnica, koja ograničava struju, jer bi inače kroz cijev zbog maloga električnog otpora ioniziranoga plina potekla prejaka struja koja bi uništila cijev. Svjetlosna učinkovitost fluorescentnih cijevi je 50 do 75 lm/W, energijska 25% do 75%.

Fluorescentne cijevi pale se uz titranje nekoliko sekunda. Postavljaju se u prilično nespretne posebno konstruirane svjetiljke, tzv. rasvjetna tijela, s prigušnicom i starterom, a rabile su se doskora uglavnom za unutarnju rasvjetu.

Kvantna svjetlila Svjetleće diode, LE-diode, LED, razgovorno i ledice (prema engl. light-emitting diode: dioda koja odašilje svjetlost) prvotni je, a danas trgovački i razgovorni naziv za sva svjetlila kojima se ostvaruje rasvjeta svjetlilima u čvrstom stanju (engl. solid-state lighting).

Sve su to svjetlila osnovana na svijetljenju pri posebnoj kvantnoj pojavi u kojoj se pri prolasku struje kroz poluvodički P-N-dvosloj, tehnički nazvan diodom, odašilje svjetlost iz zapornoga, tzv. svjetlećeg sloja između P-tipa i N-tipa poluvodiča.

Poluvodičke svjetleće diode ili SLED (prema engl. semiconductor light-emiting diode) svijetlila su u kojima do svijetljenja, tzv. elektroluminiscencije, dolazi zbog združivanja, tzv. rekombinacije elektrona iz N-tipa i šupljina iz P-tipa nekih poluvodičkih kristala. Višak energije oslobađa se u obliku fotona. Pojava se događa samo kod nekih vrsta poluvodičkih kristala. Prvotno je to bilo opaženo kod kristala galijeva arsenida

Multikolor LED-svjetlilo s daljinskim upravljačem svjetljivosti i boje svjetlosti

Multikolor LED-vrpca s daljinskim upravljačem svjetljivosti i boje svjetlosti

(GaAs), galijeva fosfida (GaP) i silicijeva karbida (SiC).

Energija fotona, a to znači valna duljina zračenja, tj. boja svjetlosti, ovisi o kristalu i njegovim primjesama (donorima i akceptorima). Zračenje suvremenih dioda u području je infracrvenoga zračenja, preko svjetlosti, do ultraljubičastoga zračenja. Ipak, tradicijski se sve te diode nazivaju svjetlećim diodama, pa i tada kad odašilju zračenje nevidljivo za ljudsko oko.

Pojavu svijetljenja na kristalnom detektoru s kristalom karborunduma (silicijeva karbida) opazili su i istraživali ponajprije 1907. godine Henry Joseph Round (1881.–1966.), engleski pionir radija i Marconijev suradnik, te 1927. godine Oleg Vladimirovič Losev (1903.–1942.), ruski fizičar i radioamater. Potom je 1961. godine James R. Biard (1931.), američki znanstvenik i izumitelj, konstruirao infracrvene diode, a 1962. godine je Nick Holonyak Jr. (1928.), američki znanstvenik i izumitelj, konstruirao prve svjetleće diode u vidljivom dijelu spektra.

Svjetleće su se diode pojavile na tržištu krajem 1960-ih godina. Bile su izmjera klasičnoga tranzistora, svijetlile su crvenom, žutom ili zelenom bojom, a čak je vladalo uvjerenje kako nema poluvodičkih kristala koji bi zračili plavom bojom. Zbog neusporedivo manje potrošnje energije prema signalnim volframskim žaruljicama, pa čak i svjetlećim cijevima, tzv. tinjalicama, svjetleće diode su do 1980-ih godina potpuno zamijenile žaruljice i tinjalice kao signalna i indikatorska svjetlila na bilo kakvim uređajima, razvodnim pločama i sl. Od dugoljastih svjetlećih dioda oblikovani su svjetleći znakovi slovno-brojčanih pokaznika na prvim kalkulatorima, elektroničkim satovima i dr.

Tada se nije moglo predviđati kako će ta sićušna svjetlila jednoga dana poslužiti za električnu rasvjetu. Dva su bila nedostatka za primjenu svjetlećih dioda za rasvjetu. Slabašno svjetlo tih dioda, što se načelno moglo riješiti uporabom mnogo dioda u obliku grozda, te boja te svjetlosti koja je, zbog nedostatka plave svjetlosti, bila daleko od bijele. Tome se svakako pridružila i usporedbeno visoka cijena takvih sastavnica.

Tri-četiri desetljeća fizičari su u poluvodičkim laboratorijima uporno radili na konstruiranju što učinkovitijih i u proizvodnji što jeftinijih svjetlećih dioda, a osobito u potrazi za poluvodičima koji bi odašiljali i plavu svjetlost.

Svjetlosna učinkovitost svjetlećih dioda porasla je u dva desetljeća više od 50 puta! Ona je 1990-ih godina iznosila samo 2 do 5 lm/W, 2000. godine oko 25 do 30 lm/W, 2005. godine oko 50 lm/W, a 2010. godine oko 100 lm/W, dakle u stalnom je porastu.

Poteškoća s bijelom svjetlošću riješena je konstruiranjem učinkovitih svjetlećih dioda s izrazitom plavom svjetlošću i ultraljubičastim zračenjem, koje se fluorescencijom pretvara u svjetlost. Iako su na tome radili mnogi, Nobelovu nagradu za fiziku primili su 2014. godine japanski znanstvenici Isamu Akasaki (1929.) i Hiroshi Amano (1960.), te japansko-američki znanstvenik Shuji Nakamura. (1954.) “za izum učinkovitih plavo svjetlećih dioda koje omogućavaju sjajno štedno svjetlilo bijele svjetlosti”.

Bijele svjetleće diode od 1990-ih godina potiskuju iz uporabe niskonaponske žaruljice u malim prijenosnim svjetiljkama, a proteklih se desetak godina sve više rabe za rasvjetu.

Svjetlosna učinkovitost svjetlećih dioda je viša od 100 lm/W. Po tome su u velikoj prednosti prema volframskim žaruljama, raznim svjetlećim cijevima i tzv. štednim žaruljama. Njihova je energijska učinkovitost vrlo velika, teorijski potpuna, ali u stvarnosti nešto više od 90%, te nema neželjenoga zagrijavanja svjetiljke.

Suvremene svjetleće diode za rasvjetu smještene su većinom u klasični E-navoj volframskih žarulja, sa snagama od nekoliko desetaka vata. Sve se više rabe kao svjetlila za električnu rasvjetu prostorija, vanjskih prostora, velikih signalnih uređaja, vozila, LEDovi poslagani po vrpcama različitih duljina za ukrasna osvjetljavanja zgrada, reklama, božićnih i drugih prigodnih ukrasa, a posebni LED-ovi za tzv. efektnu rasvjetu i dr.

31

U posljednje vrijeme pojavili su se na tržištu razmjerno skupi LED-ovi, u obliku balona ili vrpci, s daljinskim upravljanjem svjetljivošću i boje svjetlosti pomoću pametnog telefona, pomoću pratećeg upravljača (tzv. multikolor LED-svjetlila), te LED-ovi s osjetnikom na pokret ili na vanjsko osvjetljenje.

Jedini im je nedostatak što se do sada proizvode LED-ovi relativno malih snaga, sa svjetljivošću do samo nekoliko stotina lumena, pa se u svjetiljke mora ugrađivati nekoliko ledica.

Pojednostavljeno uspoređeno, svjetleća dioda daje uz istu snagu toliko svjetlosti koliko oko pet svjetlećih cijevi ili tzv. štednih žarulja, ili oko dvadeset volframskih žarulja.

To znači da za jednak svjetlosni tok za svjetleću diodu treba u elektrani proizvesti, prenijeti do potrošača i konačno utrošiti toliko puta manje električne energije! Trajnost se svjetlećih dioda procjenjuje na 25 do 100 tisuća sati, prema najviše 800 sati volframskih žarulja i nešto više svjetlećih cijevi. Cijene svjetlećih dioda za rasvjetu bile su prvih godina prilično visoke, ali su se zamjetno smanjile, te su proteklih godina preplavile tržišta.

Brojnim, posebno konstruiranim svjetlećim diodama raspoređenima u ravnini tvore se tzv.

LED-zasloni televizijskih prijamnika, računala, pokaznici i dr.

Organske svjetleće diode ili OLED (prema engl. organic light-emiting diode) konstruirane su od nekih organskih tvari koje zbog pojave elektroluminiscencije pri prolasku električne struje svijetle. Taj je svjetleći sloj smješten između dviju prozirnih elektroda.

Pojavu elektroluminiscencije nekih organskih tvari zapazio je još 1950-ih godina André Bernanose (1912.–2002.),francuski fizičar,kemičar i farmakolog. Iako su istraživanja nastavljena u nizu svjetskih laboratorija, prvi su uporabivi

Igre svjetlom s laserskim mlazovima

32

OLED-i konstruirani tek 1987. godine u Estman-Kodakovim laboratorijima.

Posebna skupina organskih svjetlećih dioda su polimerne svjetleće diode ili PLED (prema engl. polimer light-emiting diode), također nazivane i svjetlećim polimerima ili LEP (prema engl. light-emiting polimer). U njima se primjenjuje elektroluminescencija nekih vodljivih polimera (polifenilni vinili, polifluoreni i dr.) u električnom polju.

OLED-i i PLED-i se za sada zbog nedovoljne trajnosti ne rabe kao svjetlila, iako im je cijena samo nešto viša od isplativosti. Ipak, već se rabe u nekim posebnim uređajima, kao što su televizijski i računalni zasloni velike razlučivosti i vrlo velikoga kontrasta, slovno-brojčani pokaznici, zasloni mobitela, naprave za gledanje u mraku i dr.

Laser (akr. od engl. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation: pojačavanje svjetlosti potaknutim odašiljanjem zračenja), optički je kvantni uređaj za generiranje i pojačavanje svjetlosti. Izvor je vrlo usmjerenog mlaza koherentne monokromatske svjetlosti. Svjetlost nastaje i pojačava se višekratnim potaknutim odašiljanjem iz atomskog omotača. Laser je, na temelju Einsteinovih predviđanja, razvijalo niz fizičara 1950-ih godina. Prvi uporabivi laser, kojemu je radno sredstvo bio rubin, konstruirao je 1960. godine Theodore Harold Maiman (1927.–2007.), američki fizičar, u Hughesovu istraživačkom laboratoriju u Malibuu (Kalifornija, SAD). Njegov je laser proradio 16. svibnja, pa je 2017. godine taj nadnevak UNESCO proglasio Međunarodnim danom svjetlosti. Maiman je za svoj rad primio mnoga priznanja.

Krajem 1960. godine su Ali Javan (1926.– 2016.), američki fizičar iranskog podrijetla, William R. Benet Jr. (1930.–2008.), američki fizičar i Donald Herriott (1928.–2007.), američki fizičar, u Bell Laboratories u Murray Hillu (New Jersey, SAD) konstruirali plinski laser s helijem i neonom.

Potom je 1962. godine Robert Noel Hall (1919.–2016.), američki fizičar, konstruirao u General Electricu u Schenectadyju (New York, SAD) poluvodički laser s kristalom galijeva arsenida za infracrveno zračenje. Takav je laser nazvan laserskom diodom. Za crvenu svjetlost preradio ga je Nick Holonyak Jr., već spomenut kao izumitelj svjetleće diode (LED).

Prema radnom sredstvu razlikuju se čvrsti i plinski laseri, laseri s metalnim parama, bojilima, kemijski laseri, poluvodički laseri te laseri sa slobodnim elektronima.

Laseri se ponajprije rabe kao snažno svjetlilo monokromatske koherentne svjetlosti u mnogim uređajima, potom u optičkim komunikacijama u kojima se laserski mlaz modulira stanovitom informacijom koju se prenosi atmosferom ili optičkim kablovima, u daljinomjerima i dr.

Laser je svjetlilo u mnogim optoelektroničkim uređajima, kao što su laserski pisači, pisači i čitači optičkih memorija, čitači bar-kodova i dr. U industriji se laserskim mlazom obrađuju materijali, u medicini tkivo tzv. laserskim nožem, a u forenzici očitavaju otisci prstiju.

Laser se ne rabi kao svjetlilo za rasvjetu, ali se rabi za mnoge scenske i reklamne učinke, kao što su dinamičke i efektne igre svjetlom koje često prate koncerte zabavne glazbe i slične priredbe.

Zaključak Rasvjeta i druge primjene svjetlila prešle su dug povijesni put, od ognja, baklji, svijeća i plinskih i petrolejskih svjetiljki do električne rasvjete i suvremenih ledica i lasera. Stoga valja cijeniti mnoge izumitelje i inovatore, ali i bezbrojne jednostavne tehničare, koji su svoju domišljatost i rad utkali u to da danas imamo obilno osvijetljene prostorije, ulice, prometnice, praktički cijeli planet.

Dr. sc. Zvonimir Jakobović

Prva europska 3D tiskana kuća Betonska 3D tiskana kuća izvana (snimka ekrana videa Tehničkog sveučilišta Eindhoven na YouTubeu) Useljena je prva europska kuća u potpunosti izgrađena tehnologijom 3D-ispisa, a nalazi se u Nizozemskoj. Dvosobni bungalov u Eindhovenu prva je od pet kuća koje će se u sljedećih nekoliko mjeseci izgraditi na istoj lokaciji.

Gledano dugoročno, mnogi u građevinskoj industriji vjeruju da bi 3D tiskane kuće mogle postati održivo rješenje za nestašicu stanova.

Ta tehnologija manje šteti okolišu i smanjuje troškove jer se upotrebljava manje betona, a

3D TEHNOLOGIJE

izgradnja je brža. Nova kuća izgrađena je u samo 120 sati.

3D-tisak omogućuje arhitektima veću kreativnost, a uz to je i zamjena za zidare kojih je na tržištu rada u Nizozemskoj navodno premalo.

3D-pisač robotska je ruka s mlaznicom, koja “štrca” sloj po sloj cementa i tako gradi nosive zidove.

Izgradnja se provodi u suradnji s Tehničkim sveučilištem Eindhoven (TU Eindhoven), koje je poznato kao pionir u 3D-tisku betonom.

Sandra Knežević

Tržišni neuspjeh pionira Razvojnu koncepcijsku zamisao proizvoda potvrđuje uspjeh na tržištu. To bi trebala biti i materijalna zadovoljština onima koji su radili na istraživanju i razvoju pa ponekad istraživači odlučuju postati i poduzetnici. Pogotovo nakon pojave internetskih fondova kojima budući korisnici podržavaju tržišno ostvarenje nove ideje. No ljudima iz razvoja u pravilu nedostaje instinkt, osjećaj i iskustvo za tržište, a uz to su i neo­bjektivni zarobljenici vlastitih funkcionalnih i estetskih rješenja koje ne žele odbaciti. Zato je najbolje da proizvod za tržište prilagodi i plasira netko drugi.

Dva još uvijek svježa slučaja koja ovdje opisujemo primjer su uspjelih istraživačkih ideja koje su propale na tržištu. Više je razloga neuspjeha, ali je među njima čak i odlučujuće bilo inzistiranje pokretača na nekom od ideala prisutnih u razvojnoj zamisli. Projekt Jibo započet je 2014. godine, u vrijeme kada su se “asistentski chatbotovi” tek najavljivali. Jibo je najavljen kao “šarmantan” obiteljski osobni asistent. Iza ideje stajala je Cyntia Brazael koja je istraživačku karijeru robotičarke ostvarila na MIT-ju, a njen najpoznatiji autorski rad bio je robotska glava Kismet. Na njoj je Brazael pionirski istraživala područje društvene robotike. O tom istraživanju

SVIJET ROBOTIKE

izdala je 2002. godine i knjigu Oblikovanje socijalnih robota.

Desetljeće poslije Breazeal pokušava ideju društvene “glave koja govori” komercijalizirati kroz prikupljanje novca u indigogo crowdfunding kampanji. Želi otvoriti novo doba socijalne robotike s platformama osobnih robota sposobnih za mnoštvo poslova. Do tada, a to u dobroj mjeri vrijedi i danas, osim iRobota, nitko nije razvio tržišno uspješan kućni robot. Pokušali su Honda, SoftBank, Sony, Samsung, Toyota itd.

U kampanji je prikupljeno 3,5 milijuna dolara i 2017. očekivale su se prve isporuke po narudžbama. Časopis Times iste je godine stavio Jiboa na naslovnu stranicu i proglasio jednim od 25 pronalazaka godine. No isporuke su kasnile pa je indigogo zatražio povrat novca. I stručne tržišne recenzije robotske platforme Jibo bile su vrlo loše. Uz to, još 2016. pojavila se na tržištu i kineska kopija. Ipak, najpogubnije za Važan problem crowdfunding kampanja je da tvrtke otkrivaju svoj proizvodni plan prije nego što mogu pokrenuti razvoj. U slučaju s Jiboom to se dogodilo mnogo prije, pa su se kopije počele pojavljivati u Kini već krajem 2016. Time je uspjeh projekta bio ugrožen.

JIBO KUĆNI POMOĆNIK. Još od 2003. kada je izdala knjigu Oblikovanje društvenih robota (naslovnica na slici lijevo s glavom robota Kismet) Cyntia Brazael (na slici desno s kućnim asistentom Jibo) proricala je veliku perspektivu obiteljskih asistenata.

Njihov razvoj zamislila je kroz modeliranje univerzalnih platformi na koje se nadograđuje mnoštvo primjena. Početkom drugog desetljeća ispunili su se uvjeti za razvoj društvenih robota, ali su čak i 2017. bili za javnost novost, što se vidi po tome što je na naslovnici Timea (slika u sredini) Jibo predstavljen kao jedan od 25 izuma godine. No Brazael je zanemarila promjenu kulturnog okoliša izazvanog razvojem mreža i mobitela koji su potpuno promijenili ne samo funkcionalne zahtjeve osobnih asistenata već i običaje i potrebe korisnika kojima mimika lica i pokreti glave nisu bili osobito važni. Važnija je bila vezanost uz rasprostranjene aplikacije.

34

RAZLOZI NEUSPJEHA JIBOA. Kako bi se ostvarila elementarna “robotičnost” kroz pokret, Jibo je imao tri motora kojima je mogao vrtjeti glavom. Mehanika za tu estetičku osobinu znatno je poskupjela proizvod pa se na kraju odustalo od pokretnosti. Drugi razlog neuspjeha pojava je kineske kopije. Na slici je poruka Kinezima na naslovnici poslovnog tjednika (slika u sredini) neka prestanu krasti ideje. Kineska kopija bila je posljedica otvorenog natječaja za skupljanje sredstava.

Sudbinu Jiboa zapečatili su dizajnerski bezlični, ali funkcionalniji i daleko jeftiniji proizvodi (slika desno) koji su iza sebe imali bogate koncerne.

tržišni plasman bila je pojava dva neočekivana konkurenta s potpuno različitim oblikovnim i funkcionalnim konceptom koji u osnovi nije bio robotički. Amazonov Echo i Googleov asistent Alexa bili daleko jeftiniji, a funkcionalniji. Oni su izvornu robotsku ideju pretvorili u bezličan kućni komunikacijski chat-stup. Početkom 2019. godine, nakon utrošenih 76 milijuna dolara Jibo je prestao s radom. U posljednjem razdoblju pokušalo se rekonstruiranjem sniziti cijenu s 899 USD na 500 USD, ali su prednosti konkurenata zbog povezanosti s moćnim komunikacijskim korporacijama bile nedostižne. Iskustvo osobnog pomagača Jiboa plastično oslikava brzinu promjena na suvremenom tržištu. Nakon Googlea i Amazona pojavili su se i drugi konkurenti poput izraelskog Intuition Robotics s proizvodom ElliQ, no oni su imali ciljanu tržišnu grupu starijih korisnika na kojoj se temelje i projekcije razvoja u budućnosti širom svijeta.

Drugi primjer tržišnog neuspjeha pionira robotičkog razvoja je propast tvrtke Rethink Robotic čije se osnivanje temeljilo na inovativnom razvoju kolaborativnih robota (cobota). Tvrtku je pokrenuo mentor Cyntije Brazael, “rock zvijezda svjetske robotike” Rodney Brooks. On je s Ann Whittaker pokrenuo tvrtku s ciljem promjene ustaljenih odnosa u industrijskoj robotici. Željelo se razviti user-frendly industrijski manipulacijski robot koji će niskom cijenom i lakoćom korištenja učiniti ono što je Apple davno učinio u svijetu

računala. Razvojem većeg dvorukog “gospodina Baxtera” i manjeg jednoručnog “Sowiera” postignuti su inovativni ciljevi. Bili su to roboti s osobnošću (personality). Imaju npr. komunikacij­ ski ekran nalik na lice, a dvostruko su jeftiniji od cobota danske tvrtke Universal Robot, tada u svijetu jedinog konkurenta.

Za brzo intuitivno programiranje Baxtera nije trebalo nikakvo školovanje. No roboti su imali i ključan nedostatak važan u svijetu industrijske robotike. Zbog primjene posebnih elastičnih aktuatora, koji su snizili cijenu robota, oni su imali nižu ponovljivost i preciznost. Umjesto vrlo skupih visoko preciznih motora, korišteni su jeftini motori i senzor sile za određivanje pozicije. Iako je hardver bio jeftiniji, softver potreban za korekciju elastičnih aktuatora bio je skuplji, a budući da su aktuatori upečeni u konstrukciju, bilo je nemoguće rekonstruirati ih bez pokretanja razvoja od nule. Tako je, zbog odabranog konstrukcijskog rješenja, proizvod loše prošao na tržištu. Korisnici kolaboracijskih robota (cobota) ne mijenjaju često poslove pa im ne znači mnogo lakoća preprogramiranja.

Ni dvoručnost nije bila osobita prednost jer se u industriji uglavnom koriste jednoručni manipulatori u najčešćim jednostavnim pick and place (uzmi i stavi) poslovima. Rethink Robotics počeo je tražiti tržišta na primjenama u kojima preciznost nije toliko izražena. To je eliminiralo primjene pakiranja i većinu poslova

35

COBOTI RETHINK ROBOTICSA I UNIVERSAL ROBOTA. Danski Universal Robots i američki Rethink Robotics pojavili su se na tržištu gotovo istovremeno s proizvodima robotskih ruku. Mali i lagani industrijski roboti, laki za programiranje bili su sigurni za rad pored ljudi u tvornici. Proizvodi su nazvani kolaboracijski (suradnički) roboti (COBOT). Dizajn se temeljio na manjim, sporijim i mehanizmima manje snage. Glavna namjena predviđana je u mnogobrojnim srednjim i malim poduzećima pa im je cijena trebala biti niža. Coboti nisu bili odvojeni ogradom od ljudi pa su se, kako bi se izbjegle ozljede radnika, zaustavljali trenutno nakon kontakta. Rješenja kojima su to postizali bila su različita. Roboti tvrtke Rethink Robotics (slika lijevo) povijesno nisu bili prvi coboti, ali su ostali najjeftiniji.

montaže. Pokušalo se koncentrirati na primjene poput opsluživanja strojeva, ali je na kraju, zbog niske cijene od 26 000 USD, djelomično uspjelo s prodajom po fakultetima i institutima.

Ni poslovna politika tvrtke nije bila dobra.

Pokušali su ostvariti kreditiranje iz Kine, ali do promjena politike SAD je to onemogućio. Tvrtka Rethink Robotics iz Bostona prestala je s radom u listopadu 2018. prodajom svojih patenata,

Stručnjaci za robotiku, investitori i kupci slažu se da konstrukcija Baxtera nije funkcionalno zadovoljila potrebe ciljanog tržišta, malih i srednjih proizvođača. Rethink Robotics dao je prednost sigurnosti i cijeni nad brzinom i preciznošću i tu je zamisao ugradio u hardver što je ograničilo primjene robota i mogućnost reinženjeringa zbog poboljšanja performansi.

Universal Robots uspio je jer su njegovi roboti

INOVATIVNOST U KONSTRUKCIJI I CUSTOM PRISTUP KORISNICIMA. Inovacijska konstrukcija Baxtera s kamerama na prihvatnici (slika lijevo) bila je dobra, ali tvrtka nije pomagala korisnicima s posebnim zahtjevima kao što je to činila konkurentska kompanija. Zbog toga su se kupci okrenuli korisnički koncipiranim cobotima tvrtke Universal Robotik (slika desno) iako su cijenom od 50 000 USD bili dvostruko skuplji od Baxtera, ali još uvijek jeftiniji od klasičnih industrijskih robota.

tehnologije i intelektualnog vlasništva bivšem distributeru iz Njemačke. Danski Universal Robots s godišnjim prihodima od 250 milijuna dolara, postao je tako svjetski lider u proizvodnji cobota.

bili precizni i ponovljivi, a opet dovoljno sigurni za rad pored ljudi. Godine 2015. prodali su tvrtku većoj kompaniji iz SAD-a Teradyne Inc. koja je uložila u razvoj i tako omogućila njen daljnji opstanak na svjetskom tržištu cobota gdje su se pojavili moćni svjetski konkurenti.

Igor Ratković