Robot che disegna scarabocchi

Cosa imparerà

• Che una massa che ruota decentrata produce una forza che cambia direzione (forza centrifuga) e fa vibrare tutto il corpo.
• Come chiudere un circuito semplice con pila, interruttore e motorino, e che invertendo i fili si inverte il senso di rotazione.
• Che la distribuzione dei pesi e l'angolo delle zampe decidono se il robot gira in tondo, avanza o resta fermo.
• Che un sistema semplice con un po' di caso genera disegni impossibili da ripetere (arte generativa).

Prepara prima

• Metti pile nuove nel portabatterie e prova il motorino unendo i suoi fili: l'albero deve girare veloce.
• Stampa la sagoma A al 100 %.
• Taglia i pezzi di gomma da cancellare (15 × 10 × 8 mm) e forali se i bambini sono piccoli.
• Copri il tavolo con la carta grande e fissa gli angoli con il nastro: il robot tende a scappare fuori.
• Tieni a portata di mano i cappucci dei pennarelli: se restano aperti a lungo, si seccano.

Materiali e attrezzi

• Bicchiere di plastica rigida — 1
  200–250 ml, bocca di Ø 70–78 mm, fondo di Ø 45–55 mm, ≈ 9 cm di altezza (bicchiere da festa riutilizzabile o di yogurt grande)
• Pennarelli — 3
  a punta grossa, lavabili, Ø ≈ 12 mm, di 3 colori diversi
• Motorino a corrente continua tipo 130 — 1 da comprare
  3–6 V, ≈ 6000–9000 giri/min, corpo 25 × 20 × 15 mm, albero Ø 2 mm × 8 mm, con fili saldati
• Portabatterie 2 × AA con interruttore — 1 da comprare
  con fili rosso (+) e nero (−) e 2 pile stilo AA da 1,5 V (3 V in totale)
• Gomma da cancellare — 1 pezzo di 15 × 10 × 8 mm
  gomma morbida (≈ 2 g): è il contrappeso
• Cartone ondulato — 1 pezzo di 10 × 10 cm
  3–4 mm, per lo spessore sotto il motorino
• Nastro americano o nastro di carta — ≈ 60 cm
  per fissare zampe e portabatterie
• Stick di colla a caldo — 1
  per pistola per colla a caldo
• Carta grande — 1 foglio di 50 × 70 cm o 4 A3 uniti con il nastro
  carta da pacchi o rotolo di carta kraft

Attrezzi

• Pistola per colla a caldo — incollare spessore, motorino e contrappeso adulto
• Forbici — tagliare la sagoma, lo spessore e la gomma da cancellare
• Spillo o ago grosso — fare il foro nella gomma da cancellare adulto
• Colla stick — incollare la sagoma sul cartone

Pezzi e sagome

• A · Sagoma per la posizione delle zampe ×1 — carta
• B · Spessore del motorino ×3 — cartone ondulato 3–4 mm
• C · Contrappeso ×1 — gomma da cancellare
• D · Zampe ×3 — pennarello Ø 12 mm

Passo passo

1. Prova il motorino

   Metti 2 pile stilo AA nel portabatterie. Attorciglia il rame del filo rosso su un terminale del motorino e quello nero sull'altro, e accendi l'interruttore: l'albero deve girare molto veloce. Spegni.

   Verifica: Se non gira, controlla le pile (il lato piatto − contro la molla) e che il rame tocchi il terminale.

2. Segna le zampe

   Ritaglia la sagoma A. Metti il bicchiere capovolto al centro e segna con il pennarello sul bordo del bicchiere i 3 trattini, distanti 120°.

3. Fissa la prima zampa

   Con il bicchiere capovolto, appoggia un pennarello all'esterno sul primo segno, con la punta (senza cappuccio) che sporge 25 mm sotto il bordo. Lascialo appoggiato lungo la parete: siccome il bicchiere è più largo alla bocca, il pennarello resta già aperto di circa 8° (la punta circa 15–20 mm più in fuori del cappuccio). Fissalo con due giri di nastro: uno vicino al bordo e uno vicino al fondo.

4. Fissa le altre due zampe

   Ripeti con gli altri 2 pennarelli sugli altri segni, con la stessa misura di 25 mm. Metti il robot sul tavolo con i cappucci infilati e verifica che poggi solo sulle tre punte.

   Verifica: Né il bordo del bicchiere né il nastro toccano il tavolo; il robot non zoppica. Se zoppica, fai scorrere una zampa finché è pari alle altre.

5. Prepara lo spessore

   Taglia 3 rettangoli di cartone B di 30 × 22 mm e incollali uno sull'altro con colla vinilica o colla a caldo: un blocchetto alto 10 mm.

6. Incolla lo spessore e il motorino adulto

   Incolla lo spessore sul fondo del bicchiere (ora in alto), accostato al lato rivolto verso uno dei 3 spazi tra le zampe, mai verso una zampa: il contrappeso urterebbe il pennarello che sporge sopra il fondo. Incolla sopra il motorino sdraiato, con l'albero rivolto verso quello spazio e sporgente di 6 mm oltre il bordo del fondo. Metti la colla a caldo sui fianchi del motorino, mai sull'albero né sui fori di ventilazione.

   Verifica: Gira l'albero con le dita: deve muoversi libero.

7. Prepara il contrappeso adulto

   Taglia un blocchetto di gomma da cancellare di 15 × 10 × 8 mm. Fai un foro con uno spillo a 4 mm da un'estremità, attraversando la faccia di 15 × 10. Infilalo sull'albero del motorino per 5 mm e fissalo con una piccola goccia di colla a caldo.

   Verifica: Gira il contrappeso con il dito: fa un giro completo senza sfregare il bicchiere né lo spessore.

8. Fissa il portabatterie

   Metti il portabatterie in verticale sul fianco del bicchiere, in un altro degli spazi tra le zampe (non quello verso cui punta l'albero del motorino), con l'interruttore verso l'esterno. Fissalo con due giri di nastro americano intorno a tutto il bicchiere.

   Trucco: Se il robot si ribalta verso il portabatterie, alzalo un po' o spostalo nel terzo spazio, quello libero.

9. Collega e sistema i fili

   Unisci i fili del portabatterie a quelli del motorino attorcigliando il rame per 3 giri e copri ogni giunzione con nastro isolante. Fissa i fili al bicchiere con il nastro perché non si impiglino nel contrappeso.

   Verifica: Nessun filo resta a meno di 2 cm dal contrappeso.

10. Togli i cappucci e prova

    Metti il robot al centro della carta grande, togli i 3 cappucci e accendi l'interruttore. Deve iniziare a tremare e muoversi a saltelli lasciando una traccia di 3 colori.

11. Regola il movimento

    Se trema soltanto sul posto, apri di più le zampe (punte 5 mm più in fuori) o sostituisci il contrappeso con uno più grande. Se si ribalta, avvicina le zampe o abbassa il portabatterie. Fai una prova di 30 secondi dopo ogni modifica.

    Trucco: Una zampa un po' più corta delle altre due fa girare il robot in tondo intorno a essa.

12. Spegni e chiudi

    Quando hai finito, spegni l'interruttore e rimetti subito i cappucci ai pennarelli: se restano aperti più di 15 minuti cominciano a seccarsi.

Funziona? La prova

Metti il robot al centro di un foglio di 50 × 70 cm, accendi e cronometra 1 minuto. Segna con una matita il punto di partenza e quello di arrivo.

Cosa deve succedere: Il robot vibra con un ronzio e si sposta a saltelli a circa 1–3 cm/s, girando e lasciando spirali e anelli di tre colori. In 1 minuto di solito percorre da 10 a 30 cm dalla partenza. Se non si muove per niente, il contrappeso è piccolo o le zampe sono troppo vicine.

Se qualcosa non va

• Il motorino gira ma il robot non si muove — Contrappeso troppo leggero o centrato, oppure zampe troppo vicine. Soluzione: Usa un contrappeso più grande o con il foro più vicino all'estremità. Apri le zampe verso l'esterno.
• Il robot si ribalta — Zampe troppo aperte o troppo peso da un lato. Soluzione: Avvicina le zampe, abbassa il portabatterie o spostalo nell'altro spazio libero tra le zampe (mai in quello dell'albero del motorino).
• Il motorino non gira — Pile al contrario o scariche, filo staccato o contrappeso che sfrega. Soluzione: Controlla le pile e le giunzioni e gira l'albero a mano: se sfrega, allontana il contrappeso dal bicchiere.
• Il contrappeso vola via — Foro troppo grande o senza colla. Soluzione: Fora un altro pezzo di gomma con un foro giusto e fissalo con la colla a caldo. Fai sempre le prove con il viso lontano dal robot.
• Le zampe non colorano — Le punte non toccano la carta o il pennarello è secco. Soluzione: Porta tutte e tre le zampe a 25 mm. Cambia il pennarello.
• Gira sempre nello stesso piccolo cerchio — Una zampa è più corta o il robot è sbilanciato. Soluzione: Pareggia le zampe perché vaghi di più; oppure approfittane per fare cerchi e spirali di proposito.

Sicurezza

• Il contrappeso gira a migliaia di giri al minuto: non avvicinare le dita, i capelli lunghi né i fili mentre è acceso.
• La colla a caldo scotta: la usa un adulto.
• Usa pennarelli lavabili e proteggi il tavolo con la carta: il robot scappa oltre il bordo.
• Non lasciare il motorino acceso se è bloccato: si scalda. Spegni l'interruttore.
• Lo spillo per forare la gomma lo maneggia un adulto.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Il motorino gira molto, molto in fretta. Se sul suo albero metti una gomma ben centrata, gira liscio. Ma se la metti storta, da un lato, la gomma tira il motorino da una parte, poi dall'altra, poi dall'altra ancora... centinaia di volte al secondo. È come quando la lavatrice centrifuga con i panni ammucchiati da un lato e si mette a ballare. Tutto il robot trema, le sue zampe fanno saltelli minuscoli e, siccome ogni zampa è un pennarello, lascia disegnato il percorso che ha fatto.

Per l'adulto

Una massa m che ruota con velocità angolare ω a una distanza r dall'asse ha bisogno di una forza centripeta F = m·ω²·r, che l'albero esercita sulla massa; per reazione, la massa tira il motorino con una forza di uguale modulo che ruota insieme a lei. Con m ≈ 2 g, r ≈ 4 mm e ≈ 6000 giri/min (ω ≈ 630 rad/s) sotto carico, F ≈ 0,002 · 630² · 0,004 ≈ 3 N, dell'ordine del peso del robot (≈ 1,1 N per 110 g): per questo le zampe arrivano a sollevarsi e il robot si sposta a salti. Poiché la forza ha componenti orizzontale e verticale che cambiano a ogni giro, l'attrito con la carta è asimmetrico e compaiono uno spostamento netto e una rotazione; la direzione dipende dall'angolo delle zampe, dalla distribuzione delle masse e da piccole irregolarità, da cui il carattere caotico del disegno. I cellulari usano lo stesso principio (motore ERM, Eccentric Rotating Mass) per vibrare. Il motorino 130 a 3 V assorbe ≈ 150–300 mA: due pile stilo AA alcaline durano diverse ore di uso.

• vibrazione: movimento avanti e indietro molto rapido.
• contrappeso eccentrico: peso messo fuori dal centro di un asse che ruota.
• forza centrifuga: lo strattone verso l'esterno che senti quando qualcosa gira veloce.
• motore elettrico: macchina che trasforma l'elettricità in rotazione.
• arte generativa: disegni creati da una macchina seguendo regole e un po' di caso.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto incolla il motorino, lo spessore e il contrappeso. Il bambino segna le zampe, le fissa con il nastro, collega i fili attorcigliandoli e decora il bicchiere con occhi e antenne. Concentrati su «la gomma storta fa ballare il robot».
• 8–10 anni: Montano tutto tranne la colla a caldo e lo spillo. Lasciali regolare zampe e contrappeso fino a ottenere il movimento che vogliono.
• 11–12 anni: Fagli calcolare la forza del contrappeso (F = m·ω²·r) e confrontarla con il peso del robot, e progettare un robot che disegni soprattutto cerchi o soprattutto linee.

In gruppo o in classe

Squadre di 3, un robot per squadra (≈ 3 € tra motorino e portabatterie). Prima della sessione: provare tutti i motorini, tagliare e forare i contrappesi e, se i bambini sono piccoli (5–7 anni), incollare con la colla a caldo lo spessore e il motorino. Sessione di 60 min: 10 min di dimostrazione, 30 min di montaggio, 20 min per disegnare un murale collettivo su un rotolo di carta kraft di 3 m sul pavimento, con ogni robot in una zona. Tieni pile e pennarelli di ricambio.

Sfide

• Fai disegnare al robot una spirale sempre più grande.
• Aggiungi una quarta zampa: si muove meglio o peggio?
• Costruisci un robot con il motorino in verticale (albero verso l'alto): come cambia il disegno?
• Metti un «paraurti» di cartone tutto intorno perché rimbalzi dentro una scatola di 40 × 30 cm senza uscire.

Altri progetti gratis

• Mano meccanica con tendini
• Robot che balla vibrando
• Ragno a sei zampe articolate

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