FOTOTROPISMO

Il fototropismo è la proprietà di alcuni esseri viventi di orientarsi verso la luce o verso il buio. Nel primo caso si parla di fototropismo positivo, nel secondo di fototropismo negativo.

Nel mondo vegetale il fenomeno avviene per effetto di un fitormone (auxina) che si trova nell'apice del germoglio. Questo ormone regola l'allungamento delle cellule. L'auxina prodotta nell'apice si concentra maggiormente nella parte in ombra del gambo e in grado minore nella parte colpita dalla luce. In questo modo le cellule in ombra saranno più allungate rispetto a quelle esposte alla luce. Questo provoca l'orientamento del gambo verso la luce

Quando la luce è simmetrica l'auxina si dispone uniformemente e il germoglio si orienta verso la luce

Quando la luce è asimmetrica l'auxina si concentra verso la parte meno illuminata, provocando un maggior allungamento delle cellule e orientando il germoglio verso la luce

Blatta (scarafaggio comune)	Falena sfinge ("testa di morto")

EFFETTO FOTOVOLTAICO: UN PO' DI STORIA

• 1839: Edmond Béquerel scopre l'effetto fotovoltaico, cioè la capacità dei metalli di emettere elettroni quando sono colpiti dalla luce

• 1873: Willoughby Smith scopre l'effetto fotovoltaico del selenio
• 1876: W.G. Adams e R.E. Day, scoprono che una giunzione di selenio e platino è in grado di convertire direttamente la luce in elettricità
• 1877: costruzione della prima fotocellula al selenio
• 1883: Ch. Fritts descrive dettagliatamente la fotocellula al selenio

• 1912: Electric Dog di John Hammond, Jr. e Benjamin Miessner
• 1929: Philidog di M. Piraux (Philips France)
• 1948: Elmer di William Grey Walter
• 1949: Elsie di William Grey Walter
• 1951: Squee di Edmund C. Berkeley
• 1953: Timothy Turtle di Jack H Kubanoff
• 1957: Katicabogár (Ladybird) di Dániel Muszka e László Kalmár
• 1962: Icarus di  A. B. Orr
• 1964: Fred di  Peter Holland
• 1965: Hexy di G. Drapper
• 1971: MERVE by Peter Vogel
• 1972: Cyclops di L. C. Galitz

Icarus	Squee

NOTA: alcuni di questi robot fototropici montavano un unico sensore di luce, sistemato su una torretta girevole collegata al motore delllo sterzo. Le ruote posteriori erano fisse e servivano unicamente per la trazione. La torretta (e la fotocellula, solidale con essa) aveva una rotazione di 360° e si fermava quando intercettava la luce. In questo modo il robot puntava sempre nella direzione della luce. Nella tartaruga di Grey Walter il motore di trazione era sistemato nella forcella della ruota sterzante e le ruote posteriori servivano solo come appoggio.

Scanner e sistema sterzante di Icarus (clicca sull'immagine per ingrandire)	Questa foto del 1950 mostra Elsie senza la copertura e con l'indicazione di tutte le parti interne. Notare la posizione del motorino di trazione (driving motor) e la cellula fotoelettrica montata sull'albero dello sterzo.

 

Nel mondo della robotica BEAM il robot fototropico è conosciuto come Photovore (fotòvoro, cioè "mangia-luce"). Il fototropismo («tendenza a dirigersi verso la luce») del Photovore dipende dalla sua struttura simmetrica, costituita da due identici motori solari ("SOLARENGINE"). Quando un motore solare riceve più luce, gira più velocemente e il Photovore si orienta verso la fonte luminosa.

Un tutorial per costruire un Photovore BEAM lo potete trovare qui.

Per fare in modo che il fototropismo sia positivo, il sensore destro deve controllare il motore sinistro e viceversa. In caso contrario la macchina avrà un comportamento fotofobico, cioè fuggirà la luce e cercherà il buio.

Su internet potete trovare un elementare toy-robot fototropico che non appartiene alla "famiglia" BEAM (e quindi non fa uso del SOLARENGINE). Lo schema e le caratteristiche li potete scaricare qui
 

Il funzionamento è semplice: la fotoresistenza (LDR) e il trimmer da 10k costituiscono un partitore resistivo che determina il punto di conduzione del transistor NPN (BC547). Quando la luce colpisce la LDR il transistor BC547 conduce e la base del secondo transistor (un PNP tipo BC557) viene collegata alla massa negativa tramite la resistenza da 100 Ohm. Il transistor entra in conduzione, lasciando passare la tensione positiva verso il motore che di conseguenza si mette in moto. La macchina è composta da due di questi circuiti, uno per ogni motore. Nella figura qui sotto trovate lo schema di montaggio, facilmente realizzabile su basetta millefori o breadboard:

La direzione del movimento è determinata dalla simmetria del robot: il motore che riceve l'impulso luminoso si attiva, mentre quello che non lo riceve rimane fermo. Quando entrambi i motori non ricevono impulsi, la macchina è immobile. Per far sì che la macchina si diriga verso la fonte di luce è necessario invertire il collegamento tra i sensori e i motori: il sensore sinistro va collegato al circuito destro e viceversa.
 

PROGETTO DI MACCHINA FOTOTROPICA

• Si vuole riprodurre artificialmente il fenomeno del fototropismo con una macchina che modifica il proprio comportamento in base alla luce.

• La macchina fototropica cercherà la fonte luminosa e si fermerà una volta che l'avrà raggiunta.

La macchina è un "ibrido" tra il sistema a torretta girevole e quello a sterzo differenziale: le ruote sono montate su due motori indipendenti comandati da un ponte H e possono girare in avanti o indietro, mentre il sensore di luminosità è unico e costituito da una LDR (fotoresistenza). L'arresto della macchina è ottenuto con dei sensori di contatto.

Attraverso un trimmer resistivo è possibile tarare la sensibilità del sensore luminoso. Una sensibilità troppo elevata (resistenza trimmer = 10k) ci obbliga ad usare la macchina in un ambiente buio (o comunque a bassa luminosità) per evitare interferenze dovute alla luce ambientale. Con una sensibilità bassa (resistenza trimmer = 1k) bisogna usare come bersaglio una fonte luminosa molto potente, in grado di superare il livello della luce-ambiente.

La macchina gira su se stessa finché non intercetta una fonte luminosa di intensità adeguata. In questo caso si dirige verso la luce e si ferma quando vengono attivati i sensori di contatto.

MACCHINA FOTOTROPICA 2: in una seconda versione sono state apportate alcune modifiche:

• i sensori di contatto sono stati sostituiti da un sistema di lettura dell'intesità luminosa che permette l'arresto a una distanza prefissata. Sia l'intercettazione della luce che la lettura dell'intensità luminosa sono effettuate mediante lo stesso sensore.

• nella fase di scanning la velocità del motore è minima, ma è automaticamente commutata al massimo nella fase di avvicinamento
   

SCHEMA

R7:  regolazione distanza di arresto R5: regolazione sensibilità H-SX: ponte H parte sinistra H-DX: ponte H parte destra H-PW: ponte H alimentazione motori

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