Uno sguardo al mondo dei “mini-maker”

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In un momento in cui in tutta Europa aumentano le preoccupazioni relative al reperimento di personale in grado di coprire un numero crescente di posti di lavoro che richiedono competenze nelle discipline STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) e alle modalità da adottare per colmare un divario di competenze che tende sempre più ad allargarsi, sono più numerose che mai le iniziative finalizzate a incoraggiare ragazzini a adolescenti a diventare esperti nel campo dell’ingegneria. Per questo motivo negli ultimi anni il mercato dei giocattoli educativi ha fatto registrare tassi di crescita decisamente sostenuti grazie all’introduzione di una vasta gamma di nuovi e interessanti prodotti.

La disponibilità di giocattoli che si propongono come strumenti educativi e istruttivi non rappresenta certo una novità. Chi scrive è cresciuto negli anni in cui il Meccano era al culmine della sua popolarità ed era un gioco largamente diffuso tra tutti i ragazzi. Da allora vi sono stati miglioramenti significativi. A quei tempi il Meccano era destinato esclusivamente agli aspiranti ingegneri meccanici e a un pubblico prevalentemente maschile. Ora l’obiettivo è abbracciare un più ampio spettro di discipline ingegneristiche e rivolgersi a un pubblico sia maschile sia femminile.

Prodotte da un un gran numero di aziende, sia consolidate sia emergenti, negli ultimi tempi sono state introdotte numerose piattaforme adatte ai “maker” giovani e giovanissimi. Sebbene ognuna di queste piattaforme abbia i propri tratti distintivi, tutte condividono obiettivi comuni: rendere più accessibile la creatività tecnologica, aumentare il grado di coinvolgimento (sia nelle aule scolastiche sia in ambito domestico) e, nei limiti del possibile, ridurre al minimo le barriere di ingresso al mercato in modo da non scoraggiare i più giovani nella fase iniziale a causa della complessità della piattaforma offerta.

Lego, lo storico produttore danese di giocattoli è stata una tra le prime aziende a riconoscere la necessità di offrire una piattaforma poliedrica capace di integrare in modo equilibrato ingegneria meccanica, ingegneria elettronica e programmazione. Così poco più di un lustro fa è stato introdotto Lego Mindstorms  HYPERLINK “https://www.lego.com/en-gb/mindstorms/about-ev3″EV3.

photo credit: LEGO

Esso prevede alcuni sensori (tra cui un sensore di colore, un sensore di tocco e un sensore di prossimità (anche se abbastanza elementare) unitamente a motori, un circuito programmabile (contenuto all’interno del “Brain Brick”), il pacco batterie (che richiede 6 batterie di tipo AA), oltre a numerosi componenti Lego Technic. Sono inclusi anche il supporto per la connettività Bluetooth e un telecomando a infrarossi. Poichè è possibile effettuare il controllo tramite dispositivi smart (tipicamente tablet e smartphone), gli ingegneri in erba hanno la possibilità di creare e in seguito programmare i robot da loro realizzati. Per supportare quest’ultima operazione Microsoft ha introdotto il package software MakeCode. Grazie ad esso, gli utenti possono programmare in maniera estremamente semplice sfruttando un approccio di tipo “drag and drop”. E’ possibile scegliere tra diversi blocchi di programmazione che vengono posizionati sull’area di programmazione (programming canvas) in modo da consentire la gestione del controllo motore, degli ingressi provenienti dai sensori e di altre funzioni chiave.

Un altro prodotto interessante è Vex IQ. Come nel caso di Mindstorms EV3, questa piattaforma per la robotica educativa dispone di una unità programmabile (si tratta di un modulo che funge da “cervello elettronico”) dotata di 12 porte configurabili attraverso le quali è possibile l’interfacciamento con sensori, motori ed encoder. Esso utilizza una MCU Tiva operante a 80 MHz di Texas Instruments in grado di garantire prestazioni di 100 MOPS (Million Operations Per Second). Il modulo è caricato con programmi predefiniti, anche se consente la personalizzazione dei progetti esistenti o la programmazione di nuovi progetti a partire da zero (utilizzando l’apposito tool di programmazione di tipo visivo). Al modulo è abbinato un controllore del tutto analogo a quello comunemente utilizzato per i videogame. Poichè il telecomando utilizza la radiofrequenza, i progetti realizzati utilizzando questa piattaforma (a differenza di quelli creati con la piattaforma Lego) non richiedono il posizionamento in visibilità reciproca (line-of-sight) tra telecomando e robot.

 Un altro prodotto pionieristico in questo settore è stato senza dubbio littleBits, una piattaforma che si rivolge a un pubblico più giovane proponendo una vasta gamma di moduli colorati che si collegano tra loro mediante magneti. I moduli sono suddivisi in quattro categorie che si differenziano in base al colore: blue per l’alimentazione (in questo caso i moduli si attaccano alle batterie), rosa per gli ingressi (come sensori di luce, pulsanti, interruttori a scorrimento, microfoni e così via), verdi per le uscite (LED, cicalini, motori, display a matrice e similari) e arancione per i fili (utilizzati nelle interconnessioni). La sicurezza è assicurata dai poli magnetici, grazie ai quali risulta impossibile l’assemblaggio dei moduli con un orientamento non corretto. Questi moduli hardware si possono interfacciare con i prodotti Lego in modo da dar libero sfogo alla creatività degli ingegneri in erba.

Anche il Meccano ha subito profonde trasformazioni nel corso degli anni. Tra la gamma di prodotti che la società ha introdotto per soddisfare le esigenze dei giovani aspiranti ingegneri si possono segnalare i robot MicroNoid – destinati a un pubblico di età compresa tra gli 8 e gli 11 anni. Una volta assemblati, l’utente può far eseguire loro sequenze di movimenti precise o creare semplici motivi musicali che i robot sono in grado di riprodurre attraverso una programmazione effettuata con un semplice pulsante. In alternativa è anche possibile effettuare programmazioni più complesse utilizzando il cavo USB fornito di serie per il collegamento a un laptop: per la programmazione è possibile utilizzare il software molto intuitivo scaricabile dal sito Web della società.

Realizzato grazie a un’operazione di crowdfunding conclusasi all’inizio della scorsa estate che ha raccolto un capitale tre volte superiore a quello preventivato, Smartibot è un’altra semplice piattaforma sviluppata con l’intento di colpire l’immaginazione delle generazioni più giovani e aiutarle nel loro percorso di alfabetizzazione sulle nuove tecnologie. Realizzata dalla start-up inglese, The Crafty Robot, questa piattaforma opera essenzialmente in abbinamento con lo smartphone dell’utilizzatore, mettendo così a disposizione uno chassis di cartone ecologico e molto semplice da assemblare a partire dal quale è possibile realizzare un robot mobile abbastanza elementare con cui muovere i primi passi nel mondo della robotica. Smartibot può essere liberamente personalizzato oppure persino “abbandonato” a favore di un progetto completamente nuovo realizzato con qualsiasi altro materiale disponibile – conservando dell’originale solo la scheda a circuito stampato, i motori e il pacco batterie (con richiede 4 batterie AA). Grazie alla possibilità di gestire il nucleo hardware principale tramite smartphone, il robot è in grado di svolgere un gran numero di funzioni, senza richiedere nessun tipo di programmazione approfondita. Queste spaziano dal tradizionale controllo a distanza fino a casi elementari di funzionamento autonomo (in quest’ultimo caso l’app di Smartibot utilizza l’intelligenza artificiale per il riconoscimento degli oggetti). Nel progetto è possibile integrare fino a un massimo di 14 differenti motori (4 motori in continua e 10 servomotori). Ciò significa disporre di tutte le risorse necessarie per realizzare varie tipologie di robot – unità robotizzate dotate di ruote, robot bipedi e quadrupedi, veicoli cingolati e, potenzialmente, anche droni e hovercraft.

Grazie a questi prodotti e agli altri altri menzionati in precedenza, le giovani generazioni possono acquisire una maggiore familiarità con l’ingegneria meccanica e apprendere (se interessati) i primi rudimenti della programmazione. Oltre a ciò, piattaforme di questo tipo permettono di iniziare a sviluppare competenze inerenti la gestione del progetto, la soluzione dei problemi e l’organizzazione generale che risulteranno sicuramente utili in futuro. Il team di The Crafty Robot ha cooperato con Microsoft per integrare Smartibot nella piattaforma MakeCode. Il primo lotto di kit è stato presentato nel dicembre scorso.

Anch’esso programmato mediante MakeCode di Microsoft, Circuit Playground Express di Adafruit di Adafruit propone ai giovani aspiranti ingegneri una singola soluzione hardware grazie alla quale possono imparare ad affrontare un’ampia gamma di problematiche progettuali. Di dimensioni compatte, questa scheda ospita una MCU SMART SAM L21 di Microchip basata su un core ARM Cortex-M0+ a 32 bit. La scheda integra anche un sensore di temperatura, un sensore di luce, un accelerometro a 3 assi e un microfono MEMS, oltre a funzionalità di controllo remoto a infrarossi. Una serie di 10 indicatori a LED sono posizionati attorno alla circonferenza, unitamente a 7 piazzole che possono essere usate come ingressi tattili capacitivi. Attraverso l’editor di MakeCode o, in alternativa, l’editor di JavaScript, è possibile realizzare programmi che eseguono semplici sequenze di animazione basate su LED o emettono suoni. L’unità può essere anche programmata per rispondere secondo modalità predefinite nel momento in cui i sensori ospitati a bordo rilevano determinati tipi di stimolo, come ad esempio una variazione del livello di luminosità o un improvviso evento di natura meccanica (come una scossa), oppure il superamento di una soglia prestabilita da parte di un suono.

Il diffuso, e apprezzato, Digilent HYPERLINK , “https://eu.mouser.com/new/digilent/digilent-analog-discovery-2/” Analog Discovery 2 è senza dubbio più orientato alla didattica che non all’utilizzo in ambito familiare. Questa unità di analisi e collaudo multi-funzione opera in sinergia con la suite di strumentazione digitale WaveForms consentendo agli utenti di analizzare i segnali emessi dai circuiti che hanno assemblato al fine di ottenere una migliore comprensione delle diverse dinamiche coinvolte. Offerto a un prezzo decisamente interessante, esso comprende un oscilloscopio USB a 2 canali (con risoluzione di 14 bit e velocità di campionamento di 100 MSample/s), un generatore di funzioni arbitrarie a 2 canali (con un’ampiezza di banda superiore a 12 MHz), un analizzatore di spettro e un analizzatore logico digitale a 16 canali, oltre a una coppia di alimentatori programmabili.

Grazie a piattaforme e soluzioni come quelle presentate in questo articolo, le generazioni più giovani che vogliono esplorare il mondo della moderna ingegneria hanno a disposizione un’offerta decisamente più ampia e articolata rispetto al passato. Queste soluzioni hardware, e il relativo software, rappresentano un valido stimolo per la creatività e l’inventiva degli appassionati più giovani, consentendo loro di ricavare esperienze gratificanti dall’interazione con la tecnologia.

Mark Patrick, Mouser Electronics

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