Poznajete školarca kome bi želeli da otvorite svet elektronike, a jasno vam je da ne postoji čulo kojim bi mlada osoba mogla da oseti fizičke pojave i na taj način shvati koncepte teorije električnih kola, pa time i virtuelnog sveta koji ga danas okružuje. Uobičajena praksa je da se prikazivanjem brojeva koje prikazuje ampermetar redno povezan u kolo, recimo sa jednom baterijom, otpornikom i LED iyvorom svetlosti, uveri posmatrač da je uzrok sijanja diode zapravo kretanje elektrona kroz provodnik. Vi ćete svakako svoju tvrdnju potkrepiti objašnjavanjem strukture atoma, elektronima koji žicom prolaze iz jednog kraja baterije ka drugom, verovatno ćete pomenuti i analogiju sa vodom koja teče kroz cevi, i sve vreme ćete pokazivati broj na ampermetru kao dokaz tog protoka. Možda ćete upasti u zamku objašnjavanja kako uopšte ampermetar bez ijednog pokretnog dela meri to kretanje. Koliko god pokušavali da objasnite šta se tu zapravo dešava, sve vreme ćete zapravo znati da priča koju izgovarate baš i nije potpuno istinita i pravdati se mišlju da je za istinu prerano. Na kraju krajeva, zar sjaj diode kada priključite bateriju i mrak kada je otkačite nije krunski dokaz da ste u pravu…
Čitajući knjižicu koja je došla sa Spintronics ACT ONE, STEM učilom za uzrast od 8 godina pa naviše, shvatili smo da su i kreatori ovog kompleta bili pred sličnim mukama i da su u želji da sopstvenoj deci približe osnove elektronike pribegli jednom triku: napravili su paralelan mehanički svet čije se ponašanje može videti i osetiti i koji je analogija nevidljivom konceptu struje. Divno je što smo od ljudi iz Minesote u USA koji su osmislili i proizveli Spintronics dobili primerak ovog izuzetnog STEM učila za potrebe ove recenzije.
U pakovanju je i divno ilustrovan vodič | photo: magazin Mehatronika
Pažnja prema detaljima i kvalitet izrade je prvi utisak kada u rukama držite Spintronics. Kutija izrađena od kvalitetnog kartona, sa savršenom štampom, lepe težine govori odmah da je njen sadržaj nešto posebno. A kada smo je otvorili, prvo nas je dočekala pažljivo ilustrovana knjiga, sa koricama od retro struktuiranog kartona, povezana spiralom, sa detaljnim objašnjenjima svakog od delova kompleta, zadacima i jednim brojem rešenja. Ostala rešenja, svih 67 izazova mogu se naći na Upper Story sajtu. Kroz sve izazove vodi nas priča u vidu stripa o devojčici koja istražuje praktični svet koju je ilustrovao Aleksandar Zolotić ilustrator iz Beograda. Da ponosni smo, donekle i zatečeni ovom informacijom koju smo saznali par trenutaka pre nego što sto je napisana ova rečenica recenzije.
Spintronics ACT ONE koncept i elementi
Kao što smo već rekli, ideja Spintronics pristupa je da se intenzitet struje i napon, kao njene dve osnovne karakteristike vizuelizuju i materijalizuju i time nevidljivi i čulima nespoznajni koncepti približe učenicima.
Uredno i sigurno spakovani elementi | photo: magazin Mehatronika
Krenimo od naponskog izvora – neophodnom elementu svakog kola u svih 67 izazova. U njegovoj osnovi je potezni opružni mehanizam, koji se stavlja u pogon povlačenjem crvene ručice kojom se izvlači kanap iz mehanizma, Pri tome dolazi do natezanja opruge i nakon puštanja ručice mehanizam se pokreće usled dejstva fiksne sile opruge, dok se ona ne vrati u prvobitni položaj. Prilikom povratka, okreće se osovina sa tri zupčanika, koji su fiksirani za nju te se svi okreću istom brzinom. Da odmah objasnimo koncept „tri zupčanika“ i razlog takve konstrukcije. Jedan zupčanik, bi omogućavao samo prenos do sledećeg zupčanika i ne bi bilo moguće izgraditi kompleksnije kolo. Tri zupčanika formiraju tri nivoa te osovina može buti čvor ka tri naredna elementa, čime se omogućava građenje složenih kola. U uputstvu vidimo da je baterija deklarisana na 6 V, ali tu vrednosti treba posmatrati konceptualno. Biće jasnije kasnije u tekstu.
Spintronis naponski izvor osnova svakog kola | photo: magazin Mehatronika
Drugi element svakog kola je po pravilu otpornik. Šta god da povežemo u bilo koje kolo imaće neku otpornost, pa stoga je on činilac svake naše elektro kreacije. Spintronics otpornik realizuje kao element sa tri međusobno spojena zupčanika (svaki element u Spintronics-u ima tri zupčanika) koji se mogu okretati oko svoje ose.
Spintronics otpornik trenjem simulira orpor | photo: magazin Mehatronika
Ali u kitu dolaze tri i svaki od njih ima drugu oznaku. Dovoljno je da probamo da im zavrtimo „glave“ i videćemo da je to najteže uraditi onom sa oznakom 1000 Ω, a najlakše će nam biti da se izborimo sa onim sa oznakom 200 Ω. Čekajte, iznad Ω je nacrtana jedna strelica koja oponaša okretanje. Lep detalj koji ukazuje da ovo nije strujni, već „rotacioni“ otpor u ovom slučaju frikcija.
Tri su vrednost: 200, 500 i 1000 oma | photo: magazin Mehatronika
Povežimo sada prvo kolo. Povezaćemo plastičnim lancem čije je alke moguće spojiti i rastaviti po želji i na taj način dobijamo potrebnu dužinu. Poneka plava alka može služiti kao vizulizacija smera kretanja lanca. U prvom trenutku postavili smo plave kopče na pravilnim razmacima, ali se pokazalo da je u radu to potpuno nebitno i da vremenom, kreirajući lance sa dužinama prema potrebama izazova, oni bivaju nasumično razbacani.
Lanac se nastavlja veoma lako, a obojene alke naglašavaju smer kretanja | photo: magazin Mehatronika
Prvo kolo koje smo sastavili je svakako otpornik povezan sa izvorom. 200 Ω se okretalo uz interesantan zvuk karakterističan za igračke sa mehanizmom na povlačenje. Skok u detinjstvo i želja da se nastavi u složenije poduhvate.
Lanac ne treba da je previše zategnut | photo: magazin Mehatronika
Pre bilo kakvog nastavka, jedan detalj ne smemo propustiti. Ploče metalne boje po kojima se postavljaju elementi. Iako plastične, sa njihove donje strane nalaze se magneti, kao i u stopama svakog od elemenata. Ovo je veoma interesatno i fleksibilno, jer je moguće postaviti element na bilo koje mesto na ploči. Držaće ga magnetne sile. A ploče se povezuju sa izvorom i između sebe posebnim crvenim „čepovima“ za koje postoji zlatni ključ. On ne samo da služi da okrene čep, već ga može i izvući iz ležišta zahvaljujući malom zazoru koji ima.
Ključ koji kreira svet | photo: magazin Mehatronika
Postaje jasno da su Alyssa i Paul Boswell osmislili sledeće analogije mehanike i struje. Intenzitet strujnog toka predstavili su brzinom kretanja lanca. Postoji ono uspoređivanje sa kretanjem elektrona kroz provodnik, pa bi ta brzina ovde bila dobra sličnost, lako uočljiva i opipljiva. A napon bi u Spintronics sistemu bila sila kojom je lanac zategnut, sila koja ovde potiče od izvora. Rekli smo da je konstanta. Ona će pokretati lanac fiksnom brzinom prilikom okretanja Spintronics otpornika koji se suprotstavlja konstantnom silom trenja. Sada bi trebalo da je jasno šta smo mislili na početku pod „konceptulanih“ 6 V, a što se isto odnosi i na 200, 500 ili 1000 Ω.
Merenje struje koje teče ovim simuliranim kolom, svodi se na zvučnu signalizaciju koja zavisi od brzine kretanja lanca. Za to je dat veoma retro dizajniran ampermetar.
Spintronis ampermetar prikazuje intenzitet struje visinom proizvedenog tona | photo: magazin Mehatronika
Liči na gramofon sa iglom koja je ovde u obliku kidalice koja prolazi preko niza zazora raspoređenih u kružnom prstenu na crnom disku. Zvuk je kao hrapava sirena, ništa posebno ugodno, ali veoma efektno. Visih je frekvencija što je brzina okretanja diska veća, odnosno što je „struja“ veća.
Kidalica prelaskom po žljebovima proizvodi zvuk u zavisnosti od brzine | photo: magazin Mehatronika
Da bi sve bilo još interesantnije, potreban nam je bar jedan prekidač. Da nam da onaj osećaj upravljanja svetom. Ovde je on crvene boje i ima dugme na vrhu koje omogućava ili potpuno koči rotaciju zupčanika. Na taj način smo dobili treći element, koji može da se koristi i kao translator nivoa. Naime, ako je potrebno da se kretanje lanca prenese na dva lanca ili na drugi koji je na zupčaniku različitog nivoa, može se koristiti ovaj element u ON položaju. Svi zupčanici su međusobno spojeni i svi lanci će se kretati istom brzinom i u istom pravcu.
Spintronis prekidač se stalno ukljićen koristiti i kao translator nivoa lanca | photo: magazin Mehatronika
Ali ako želite da se lanci ne kreću u istom pravcu ili žeite da načinite čvor u kome se deli kretanje, analogno paralelnoj vezi elemenata, tu je velika plava spojnica. Veoma interesantan element kod koga se po pravilu na donji, najveći zupčanik dovodi lanac čije kretanje treba preneti na gornja dva. Ako u tom slučaju zakočite srednji zupčanik kompletno kretanje se prenosi na gornji i obrnuto, kočenjem gornjem svo kretanje se prenosi na srednji zupčanik, uvek u istom smeru.
Spintronics razdelnik 1 u 2, ali ume i da okreće smer | photo: magazin Mehatronika
Međutim, ako zakočite donji, veliki zupčanik, srednji i gornji će se kretati u suprotnim ugaonim smerovima. Ova osobina, koja se veoma često koristi pri rešavanju izazova omogućava simulaciju i „negativnih“ struja, poslednično negativnih napona. Sistem ima još jedan nivo analogije koji se uviđa tek sa složenijim kolima. Lanac je, budući da je plastičan, zapravo nestišljiv. Ako ga pokrenemo u jednu stranu, on će nastaviti da se kreće i nakon prolaska kroz tačku u kolu za koju smo vezali nulti potencijal. To će posledično dovesti do toga da sledeća tačka ima „negativan potencijal“ koji je posledica ove „struje“. U složenijim kolima dakle imamo ponašanje koje se ovde naziva „coupling“ ili uparivanje i koje nema analogiju u DC kolima, ali neobično podseća na transformator.
Plastični zupčanici su pedantno izrađeni i rade bez podmazivanja | photo: magazin Mehatronika
I najzad poslednji element u ovom kompletu je Spintronic kondenzator. U njemu je opružni element, sličan na neki način bateriji, ali daleko manjeg „kapaciteta“. Kada se uvrne u jednu od strana, on će težiti da se vrati u pređašnji položaj i time oponašati struju punjenja i pražnjenja kondenzatora, iz i nazad u sistem. Kapacitet mu je mali, a opruge nisu snažne. Možda je i bio dizajnerski najzahtevniji element, jer je morao da mehanički prihati i veoma male sile i da uskladišti dovoljno energije u svoje opruge.
Spintronic kondenzator, ali i pokazivač napona | photo: magazin Mehatronika
On pored uloge kondenzatora, može imati ulogu merača napona. Njegove dve opruge imaju po jednu kazaljku. Svaka od njih se okreće u drugom smeru i tako svojim uglom zakretanja, koji zavisi od primenjene sile, pokazuje analogiju napona u kolu. Nije idealno, ali je veoma očigledno.
Kondenzator može biti i voltmetar | photo: magazin Mehatronika
Zaključak
Ovo je pre svega odlično realizovano STEM učilo namenjeno osnovnoj školi kada se mladi prvi put susreću sa konceptom struje. Srednješkolci bi mogli da uživaju u najtežim izazovima i da zaista otkriju da svet postoji i izvan online univerzuma. Mogli bi čak da se zapitaju kako bi njihov dan uopšte izgledao bez električne energije, gledajući ovu mehaničku simulaciju pojave koju poznaju samo sa apstraktnog nivoa, onako kako im je rečeno da funkcioniše svet izvan koga deluje da i ne umeju da postoje.
Par finalnih primera je gotovo nerešivo | photo: magazin Mehatronika
Za ulaženje u Spintronics svet dovoljno je malo prostora na nekom stolu i nešto vremena koje ste spremni da poklonite kako bi otkrili mehatroniku u svojim izvornim principima, poput onih koje su vodile Hansa dok je kreirao Oskara ili nekog od mehatrona u legendarnoj igrici „Syberia“ Benoît Sokal-a.
photo: magazin Mehatronika
U moru funkcionalno nekreativnih STEM proizvoda koja su po pravilu blaga reminiscencija nekog davno smišljenog originala i koja se svojim šarenišem pakovanja bore za kupca, uprkos upitnom kvalitetu izrade, ovaj komplet sa cenom od 81,11 eura (čak je i cena kreativno neobična) pokazuje koliko se može načini kvalitetno STEM učilo sa multidisciplinarnim aspektima: naučnog, edukativnog i umetničkog.
Spintronics dizajnom deluje čak pomalo retro. Vajb nas podseća na radionicu časovničara iz Selznikove knjige „Izum Igoa Kabrea“. Sati provedeni u istraživanju mehanike i traženju analogija sa strujom nas vraćaju u vreme u kome se verovalo da će sklopovi postati razumni i možda čitati klasik koji je predvideo novu realnost koju živimo pitanjem: „Sanjaju li androidi električne ovce?“.
Našu recenziju o Spintronics ACT TWO pročitajte na ovom linku.
Više infromacija: Upper Story sajt
Sa pozadinom u električnom inženjeringu i dugom istorijom rada u stručnim časopisima, on se fokusira na ključnom sadržaju magazina Mehatronika i stoji iza brojnih inicijativa.
1 Comment
1 Pingback