ABC tehnike broj 577

Page 1

ISBN 1334-4374

Broj 577 I Rujan / September 2014. I Godina LVIII.

www.hztk.hr

ČASOPIS ZA MODELARSTVO I SAMOGRADNJU

Rubrike

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

I Nobelovci i izumi I SF priča

I Mala škola fotografije Izbor

I Mozgalice I 3D pisači I I Balon na topli zrak I I Svjetleći displej I I Podvodni hotel u Dubaiju I Prilog

I Maketa višekatne garaže s liftom I Robotika

I Kineska soba i robotički argument


MATEMATIČKE ZAGONETKE

Mozgalice Mozgalica 9 Kvadrat od letvica

U OVOM BROJU Mozgalice. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Sto godina Panamskog kanala . . . . . . . . . . . 3 ‘P1’ električni auto iz 1898. godine. dizajnirao je Ferdinand Porsche. . . . . . . . . . . 5

U vrtiću djeca se služe letvicama kojima sastavljaju razne oblike i brojeve. Letvica ima izmjere 7 x 1 cm. Uzet ćemo 7 letvica i složiti u obliku dva kvadrata kako je prikazano na slici. Preslagivanjem letvica potrebno je složiti samo jedan kvadrat. Letvice se ne mogu lomiti, ne smiju se dodavati druge letvice, ne mogu se složiti jedna iznad druge ili ukrstiti. Vaš MIMAT

Podvodni hotel u Dubaiju . . . . . . . . . . . . . . . 6 Svjetleći displej. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Polica za… . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Balon na topli zrak. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Maketa višekatne garaže s liftom . . . . . . . . 15 Mala škola fotografije. . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Pogled unatrag. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Analiza fotografije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Programiranje mikrokontrolera [2] . . . . . . . 20 Stvar u skladištu 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Kako smo SKOC-a naučili hodati [1]. . . . . . 25 W. B. Shockley, J. Bardeen. i W. H. Brattain - tranzistor. . . . . . . . . . . . . 28 Kineska soba i robotički argument . . . . . . . 31 3D pisači - programska podrška. . . . . . . . . 34 Uređenje stana. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Mozgalica 8 Rješenje:

Nacrt u prilogu: Balon na topli zrak Maketa višekatne garaže s liftom

Nakladnik: Hrvatska zajednica tehničke kulture, Dalmatinska 12, P. p. 149, 10002 Zagreb, Hrvat­ska/Croatia

telefon i faks (01) 48 48 762 i (01) 48 48 641;

Uredništvo: Damir Čović, prof., Damir Gornik, dr. sc. Zvonimir Jako­bović, Zoran Kušan, Ivan Lučić, dipl. ing. Miljen­ko Ožura, prof, Ivan Rajsz, prof., mr. Bojan Zvonarević

Izlazi jedanput na mjesec u školskoj godini (10 brojeva godišnje)

Glavni urednik: Zoran Kušan, ing.

Priprema za tisak: Zoran Kušan, ing.

www.hztk.hr; e-pošta: abc-tehnike@hztk.hr “ABC tehnike” na adresi www.hztk.hr

Rukopisi, crteži i fotografije se ne vraćaju Žiro-račun: Hrvat­ska zajednica tehničke kul­ ture HR68 2360 0001 1015 5947 0

Školska godina 2014./2015.

Devizni račun: Hrvatska zajednica tehničke kulture, Zagreb, Dalmatinska 12, Zagre­bačka banka d.d. IBAN: 6823600001101559470 BIC: ZABAHR2X

Naslovna stranica: Detalj s Ljetne škole u NCTK Kraljevica, snimio: Danijel Šimunić

Cijena za inozemstvo: 2,25 eura, poštarina uključena u cijeni

Lektura: Marina Zlatarić, prof. Broj 1 (577), rujan 2014.

Uredništvo i administracija: Dalmatinska 12, P.p. 149, 10002 Za­greb, Hrvatska

Tisak i otprema: DENONA d.o.o., Getaldićeva 1, 10 000 Zagreb

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


OBLJETNICE

Sto godina Panamskog kanala Panamski kanal umjetni je kanal koji spaja Atlanski i Tihi ocean. Dug je 81,6 metara, širina varira od 91 do 350 metara, a dubina iznosi 13,7 metara. Konstrukcija kanala bila je jedna od najvećih i najtežih inženjerskih projekata do tada. Prvi pokušaji izgradnje kanala počinju 1880. godine pod vodstvom Francuza. Loši uvjeti rada, loša organizacija, kao i gradnja kanala bez pret-

hodnih geoloških i hidroloških studija, dala je pogubne rezultate. Uzrok još većoj tragediji bili su i komarci koji su prenosili bolest malarije i žute groznice i na taj način u smrt odveli više od 22 000 ljudi i radnika na kanalu. Nastavak realizacije ovog velikog projekta počinje početkom 20. st., kada su Amerikanci uvidjeli politički i gospodarski interes, te pod vodstvom inženjera Johna Franka Stevensona počinju izgradnju kanala. Uvođenjem boljih zdravstvenih uvjeta za radnike i korištenjem boljih građevinskih tehničkih rješenja, Amerikanci uspijevaju u roku od 10 godina otvoriti kanal. Bilo je to 15. kolovoza 1914. godine. Unatoč boljim radnim uvjetima za vrijeme gradnje pod vodstvom Amerikanaca, umrlo je više od 5 000 radnika.

Kako radi?

Panamski kanal je branski tip kanala. Ima tri seta bazena (LOK-a), od kojih svaki ima dvije trake, dok se brod diže 26 metara iznad razine morske površine do jezera Gatun te se spušta na razinu suprotne strane. Tijekom lokovanja, tj. kada brod uđe u lok, koristi se voda iz jezera Gatun. Brane zatvaraju lokovske prostorije i gravitacija crpi vodu u niže

3


dijelove. Približno 197 milijuna litara vode koristi se za svaki lok i onda se ispusti. Svaki set lokova ima svoju kontrolnu kućicu na sredini iz koje se nadzire cijela operacija. Iako plovila koriste vlastiti pogon za najveći dio panamskog kanala, pomoć im pružaju električne lokomotive. Radeći u paru, lokomotive pomiču na tračnicama i drže plovila u poziciji unutar lokova. Ovisno o veličini, brod može zatražiti pomoć od 4 do 8 lokomotiva.

Plovidba kanalom mora biti najavljena, a do danas je njime prošlo blizu milijun brodova. Plovidba traje između 8 do 10 sati. Otvoren je 24 sata budući da je 1963. godine ugrađena suvremena fluorescentna rasvjeta. Pristojba (cijena), koja se plaća pri prolazu kroz kanal, ovisi o veličini te vrsti broda i tereta koji se prevozi. Prosječna pristojba je oko 50 000 dolara, dok je najveća naplaćena 2006. godine, a iznosila je 250 000 dolara. U podne 31. prosinca 1999. godine, Panama je od Amerikanaca dobila punu odgovornost za administraciju, operacije i održavanje Panamskog kanala. Državna institucija Panama Canal Authority vodi održavanje, poboljšanje i modernizaciju kanala. Vrste brodova koji prolaze kanalom zovu se PANAMAX i moderniji POSTPANAMAX. To su brodovi napravljeni s maksimalnim dimenzijama za prolaz kanalom. Dužina broda iznosi 294 metra, širina 32 metra, gaz (draft) 12,04 metra. U planu je izgradnja novog loka za brodove dužine 366 metara, širine 49 metara i gaza 15,2 metra.

Vrsta broda Panamax za prolaz kanalom

Kontrolna kućica, lokomotiva i lok

Jezero Miraflores Jezero Gatun

Atlanski ocean

Tihi ocean

Pedro Miguel LOK Gatun LOK

Miraflores LOK

4


ELEKTRIČNI PORSCHE IZ 1898.

Zanimljivosti vezane uz kanal:

Tijekom gradnje kanala uklonjeno je preko 153 milijuna kubičnih metara materijala. Kada bi materijal bio ukrcan na željezničke vagone, okružio bi zemlju 4 puta. Prvi prolaz napravila je plutajuća dizalica “La Valley” koja je bila u službi kopanja kanala.

Prvi službeni prolaz kroz kanal otplovio je parobrod SS Ancon 1914.

1928. Richard Halliburtin preplivao je kanal za 10 dana, ali je preplivavanje platio 36 centi Fany Bilić

‘P1’ električni auto iz 1898. godine dizajnirao je Ferdinand Porsche Svaki ljubitelj Porschea izjavit će vam da je prvo vozilo pod nazivom Porsche bio tip 356, sportski auto iz 1948. godine. Ali, zapravo, prvo vozilo koje je izradio Ferdinand bilo je “EggerLohner električno vozilo, C.2 model Phaeton”, skraćeno P1, iz 1898. godine. P1 nedavno je pronađen u jednom skladištu gdje je čuvan od davne 1902. godine. Moći će se vidjeti u Porscheovom muzeju u Zuffenhausenu, Njemačka, u svom izvornom, neobnavljanom stanju. P1 ili Porsche broj jedan, kojeg je Ferdinand Porsche izradio sa svoje 22 godine, pogonjen je električnim motorom snage od 3 KS. Vozilo težine 1,37 tona moglo je prijeći i do 79 km i postizalo je najveću brzinu od 34 km/h. Prvi puta pojavio se na ulicama Beča 26. srpnja 1898. godine, a sljedeće je godine sudjelovao na međunarodnoj izložbi motornih vozila u Berlinu. Porsche je sudjelovao i u utrci električnih vozila, na kojoj je osvojio prvo mjesto uz najmanju potrošnju energije u odnosu na ostala vozila koja su sudjelovala na natjecanju. Ferdinand Porsche nastavio je svoj rad na osnivanju tvornice automobila koja će njegovo ime učiniti svjetski poznatim. No, to mu je uspjelo tek s izradom Semper Vivusa, 1900. godine,

5


koji se smatra prvim hibridnim električnim vozilom u svijetu. U novije vrijeme Porsche je redizajnirao Semper Vivus, njegovu repliku nazvao je Panamera S Hybrid model i kao takav predstavljan je na raznim medijskim događanjima kao Porscheov prvi moderni hibridni auto. Taj je model zamijenjen Panamera S E-Hybridom, prvim modernim plug-in vozilom. Nakon 60 godina proizvodnje benzinskih vozila, sve je izglednije da će Porsche razvijati novu hibridnu i električnu tehnologiju koja će nalikovati modernim zelenim Porscheima poput 918 Spydera i Panamera S E-Hybrida plug-in hibridnih vozila. Izvor: Green Car Reports

dvokrevetne sobe, a privatnost bi se postizala neprozirnim zastorima, zatim centra za ronjenje sa svom potrebnom opremom, spa centra, luksuznog vrta i otvorene terase iznad razine mora. Jedan od gornjih diskova imao bi mogućnost da se koristi kao heliodrom i za navigacijski sustav brodova. Prema riječima čelnih ljudi iz

Podvodni hotel u Dubaiju

Drydocks World, tvrtka koja se bavi popravkom i konstruiranjem brodova, u suradnji s BIG InvestConsult AG, švicarskom tvrtkom koja predstavlja poljski Deep Ocean Technology (DOT) razvili su nove vrlo inovativne ideje o izgradnji hotela pod vodom. Iako projekt tek treba razraditi, prijedlog je da Water Discus Hotel u Dubaiju ima oblik diskova od kojih bi neki bili iznad, a neki ispod razine mora. Futuristički dojam u spavaćim sobama postiže se staklenim panelima koji služe kao prozor u čudesan svijet podmorja. Zamišljeno je da se hotel sastoji od 21 podvodne

6

BIG INVEST Grupe, projekt Water Discus Hotela otvara mnoge mogućnosti za inovativan razvoj u područjima hotelijerstva i turističke djelatnosti u priobalnim dijelovima, ali i stvara mnoge prilike za brigu i aktivnosti u očuvanju podvodnog ekosustava. U planu imaju i osnivanje Centra za zaštitu podvodnih ekosustava, pri čemu bi Water Discus Hotel mogao poslužiti kao laboratorij za istraživanjeº mora i oceana. Izvor: World Architecture News

Sandra Knežević


Svjetleći displej

MALA ŠKOLA PROGRAMIRANJA

Free BASIC mala škola programiranja

Prošlu školsku godinu završili smo igrajući se sa svjetlećim diodama. Ovu školsku godinu počet ćemo s programiranjem svjetlećeg displeja. Svjetleći displej koristit ćemo kao jednu “igračku” za programiranje. Sedamsegmentni displej na slici 1, 2 i 3 košta oko 1€. U katalozima proizvođača mogu se naći displeji različitih veličina i oznaka, ali nama je važno imaju li zajedničku anodu ili zajedničku katodu. Naš displej treba imati zajedničku katodu.

Slika 1.

Slika 2.

Slika 3.

Slika 6.

Slika 4.

Slika 5.

Slika 1. Svjetleći displej oznake SC52-11EWA Na slici 2. vidi se redoslijed izvoda svjetlećeg displeja (pogled odozgo) Na slici 3. vidi se uobičajeni redoslijed označavanja svjetlećih segmenata displeja prema izvodima sa slike 2. Znači, izvod 1 odgovara svjetlećem segmentu e koji ima oblik crtice i nalazi se dolje lijevo, 5 odgovara točki dp…itd. Svjetleći displej sastoji se od sedam svjetlećih dioda u obliku tankih ravnih štapića – crtica (slika

4.) pomoću kojih se kombiniranjem dobivaju brojevi od 0 do 9 (slika 5.). Slika 4. Svaki segment je jedna crtica koja se označava malim slovom od a do g Slika 5. Kombinacijom segmenata dobivaju se brojevi od 0 do 9 Navedeni svjetleći displej sa zajedničkom katodom ne treba vanjski izvor struje. Od ostalih dijelova potrebni su još jedino otpornici od 220 W. Električna shema sklopa slična je she-

7


Slika 7.

Slika 10.

mama iz nekoliko prošlih brojeva ABC tehnike (slika 6). Slika 6. Priključak sedamsegmentnog displeja na paralelni printer port računala Cijeli sklop složen je na eksperimentalnoj pločici. Kako to obično izgleda u stvarnosti vidi se na slici 7., složeni sklop je malo neuredan, ali radi :-D. Slika 7. Sklop složen na eksperimentalnoj pločici potrebno je spojiti kabelom na računalo Slika 8.

Slika 9.

O kabelima za spajanje na računalo već je bilo riječi u prošlim brojevima (slika 8. i 9.). Tek kad je sklop uspješno složen i spojen na računalo, može se početi s programiranjem u FreeBasicu. Na slici 10. prikazan je konačni izgled sklopa u radu. Slika 10. Displej je spreman za programiranje Ovaj jednostavni sklop može se oživjeti pomoću programa. Prije izrade nekih složenijih programa potrebno je provjeriti radi li elektronički sklop ispravno. Za to su nam potrebni tzv. “testni programi”.

8

Pomoću prvog testnog programa otkrit ćemo kojem izlazu na paralelnom portu pripada koji segment displeja. To je konstrukcijski uvjetovano jer prvi izlaz s paralelnog porta (2) ne treba po bilo koju cijenu spojiti s 1 izvodom displeja, tj. s njegovim e segmentom. Naime, mogao je to biti i neki nasumično odabrani izvod na printer portu ili displeju, ali u ljudskoj je prirodi da u sve uvodi red, pa je tako logično da se red uvodi i u naš spoj za izbor segmenata.

Prvi testni program:

rem znak 1 print “Pritisni bilo koju tipku ili ENTER” out 888,255: sleep out 888,1: sleep out 888,2: sleep out 888,4: sleep out 888,8: sleep out 888,16: sleep out 888,32: sleep out 888,64: sleep out 888,128: sleep out 888,0 Pomoću programa lako je doći do toga da naredbom OUT 888,1 preko izvoda 2 na paralelnom portu zasvijetli segment e koji se uključuje signalom na njegovom izvodu 1. OUT 888,2 spojen je na izvod 2 displeja pa zasvijetli segment d itd.

Drugi testni program:

DIM a AS Integer cls Print “Za kraj unesi 0” petlja: Input “Unesi jedan broj =< 255:”; a


Print “Uneseni broj je :”; a out 888,a if a > 0 and a < 256 then goto petlja print “Kraj” out 888,0 end

Drugim programom možemo dobiti znatno više od jedne crtice na displeju te, ukoliko budete dovoljno uporni i unesete sve brojeve od 1 do 255, otkrit ćete i brojeve koji na displeju ispisuju znamenke 0,1, 2, 3….i 9? Damir Čović, prof.

Polica za…

RADOVI MLADIH TEHNIČARA

Jedan od radova na slobodnu temu, koji se isticao dizajnom, rad je učenice Melani Čop, 8. razreda, OŠ Slunj. Ako ste zainteresirani za izradu stalka ili police za začine, igračke, autiće i slično, krenite u “akciju”. Pripremit ćemo sljedeće: 1 sivi karton (ø 2-3 mm, A4 format), valoviti karton, bijeli papir, kolaž papir, univerzalno ljepilo, škare i modelarski nožić. Ocrtati na sivom kartonu osnovne dijelove police i izrezati: 400×400 mm - 1 kom, 100×400 mm - 3 kom, 100×200 mm - 6 kom, 100×100 mm - 2 kom. Izrezane dijelove sastaviti i zalijepiti po crtežima u prilogu.

Od bijelog i valovitog kartona može se, kao dodatak, napraviti nekoliko posuda za začine, papirnate vrećice, kutije, čaše s poklopcem, tegle za začine… Kolaž papir poslužit će nam za izradu biljaka, npr. mente i vlasca. Umjesto začina i njihovih posuda možemo napraviti posuđe za djevojčice, šalice za kavu ili jednostavno izraditi policu za izlaganje suvenira. Stolarima dajem mogućnost da od lijepog materijala drveta izrade police za školu (za pehare), dnevni boravak, dječju sobu… Jelena Klasan

9


10


Balon na topli zrak

NACRT U PRILOGU

Prvi uzleti balona bez i s posadom javljaju se u Europi 1783. godine. U lipnju te godine braća Montgolfier u zrak puštaju balon punjen toplim zrakom. Iste godine u Parizu je uzletio Charlesov balon punjen vodikom. Od tada se baloni upotrebljavaju u ratne svrhe za izviđanja ili kao vezani baloni za zaštitu od neprijateljskih zrakoplova. Kako bi se kontrolirao let balona potrebno je poznavati zračne struje, razlike u tlaku raznih slojeva zraka i temperaturu zraka [1]. Let u balonu oko zemaljske kugle, bez spuštanja, ostvario je švicarski zaljubljenik u balone Bertrand Piccard. Taj je pothvat obavljen 1999. godine kada je, u balonu Breitling 3 u Švicarskoj, startao zajedno s Brianom Jonesom i nakon 45 755 km sletio u Egiptu. Let je trajao 19 dana i 21 sat. Firma Breitling, manufaktura kvalitetnih satova, bila je sponzor. Sve ovo može se pogledati na internetu. Prije izrade balona obišao sam nekoliko knjižara i prodavaonica materijala za ručne radove te kupio po 5 m od svih ponuđenih vrsta papira. Vaganjem svih uzoraka dobio sam rezultat da najlakši papir ima specifičnu masu od 22 g/m2. Prodaje se u rolama dužine 25 m, širina papira je 70 cm, a cijena je 3 kn/m. S obzirom da je Aeroklub kupio papir za 12 balona, dobili smo ga po cijeni od 2,2 kn/m. Toliku količinu papira kupili smo jer se pripremamo za posjet učenika iz desetak brodskih

škola pa će ekipa iz svake škole dobiti i pustiti po jedan balon. Dodatno, učenici će i sami napraviti nekoliko balona, za što je osiguran materijal. Kupili smo role u raznim bojama tako da baloni budu šareni. Ako netko ne može naći role papira širine 70 cm, nego šire ili uže, neka smanji ili poveća broj segmenata balona, tako da dobije njegov približno isti opseg i volumen. Broj segmenata može biti paran ili neparan. Na internetu, a i u ovome časopisu [2], može se naći puno nacrta za izradu balona. Svi segmenti, koji imaju oblik dječjeg zmaja, na kraju daju balon kuglastog oblika. Međutim, tada ima dosta otpada materijala. Mi smo se odlučili za izradu balona valjkaste forme, prema

Crtanje konture balona i priprema za rezanje

Balon prema nacrtu iz ABC tehnike iz 1983. godine

Montaža stošca za zapaljenu vatu

11


uzorku koji smo dobili od člana našega kluba dr. Bojana Ocelića, pilota jedriličara. Nakon što smo ravnatelj Aerokluba i ja izradili prototip, izvagali smo ga zajedno sa žicom za držanje vate s gorivom i dobili težinu od 180 grama. Ovome treba dodati masu goriva od približno 30 grama. Ukupna masa tada je 210 grama. Nije nam bilo teško napraviti ni balon prema članku iz ABC tehnike. Na fotografiji se vidi taj balon kojega drže ravnatelj, gosp. Klopan (desno), i jedan član našega kluba, gosp. Vlašić, a napunjen je toplim zrakom iz električnog kalorifera. Balon se sastoji od šest segmenata dužine po 2 m. Na nacrtu je redoslijed izrade označen slovima A, B, C. Prvo se izreže šest komada papira dužine po dva metra i poslažu jedan na drugi (A). Zatim se tako složeni papir presavije po sredini (B). Na gornji papir flomasterom se nacrtaju konture suženja (C) s osnovnim dimenzijama pokazanim na konturi balona (G), lijevo na nacrtu. Sada se po jedan papir potpuno otvori, a četiri se ostave presavijena, i sve se složi prema detalju (D). Papiri se međusobno lijepe na mjestima označenim na nacrtu. Za lijepljenje smo koristili tekuće ljepilo za papir. Na vrhu balona treba međusobno zalijepiti sve segmente, zrakonepropusno. Prilikom lijepljenja treba stalno paziti da se radi točno prema detalju (D) i da se međusobno ne zalijepe pojedini slojevi papira. Mi smo u tu svrhu stalno podmetali komade kartona i radili naizmjence, lijeva pa desna strana balona.

Stožac

12

Probni let balona u hangaru aerokluba

Slijedi izrada okvira iz aluminijske žice sa stošcem iz tanke čelične žice za nosač vate. Aluminijsku žicu možete potražiti kod nekog elektroinstalatera ili u radionici HEP-a. Siguran sam da će vam dati komad žice. Promjer kruga odredi se prema otvoru na balonu, a on je za balon prema nacrtu 286 mm. Stožac (E) ima približnu visinu od 300 mm. Na njegovom se vrhu napravi mala kuka (H). Posebno se od tanke žice napravi mala spirala u koju se umota komad vate. S gornje strane je mala kuka kao vješalica, a s donje držač od aluminijske žice savijen u obliku slova L (F). Kada se balon pušta da poleti, taj se komadić vate namoči mješavinom 96 % alkohola i petroleja u omjeru 50:50 % i zapali. Žica s donje strane, u obliku slova L, služi kako bi se izbjeglo moguće kapanje zapaljenog goriva po prstima. U ljekarnama se prodaje alkohol koncentracije 70 %, što nije dovoljno za naše potrebe. Alkohol koncentracije 96 % može se nabaviti u trgovini koja prodaje slikarske i hobi potrepštine. Za puštanje balona potrebne su četiri osobe. Dvije će pridržavati balon s gornje strane, jedna s donje, a jedna će zapaliti vatu i zakačiti je na stožac u balonu. Praktično je prije unosa zapaljene vate balon napuniti toplim zrakom pomoću električnog kalorifera. Ovdje moram napomenuti da baloni nisu bezopasne igračke. Startati se može samo pod sljedećim uvjetima: • prisutna jedna odrasla osoba • nekoliko dana prije puštanja padala je kiša • ne puštati blizu polja pšenice ili trave spržene od sunca • ne smije biti vjetra


• puštati na udaljenosti od 200 m od kuća • ne puštati u blizini dalekovoda i nebodera • ne puštati u blizini aerodroma Bez obzira na sve ovo, mi kao časopis ne preuzimamo nikakvu odgovornost za eventualnu štetu bilo koje vrste. U principu, balon će letjeti sve dok ima plamena od vate, a kada se vata ugasi, on će sletjeti. Balon se može puštati tako da se veže tankim koncem, što pridonosi sigurnosti, a omogućava i ponavljanje leta. Do sada su članovi našega Aerokluba išli na više natjecanja u puštanju balona i nikada se nije dogodio neki incident, ali vrag nikada ne spava. Iskustva mojih starijih kolega su da baloni lete ispod visine od 400 m. Prema informaciji od našeg ravnatelja Aerokluba, u tom slučaju ne treba obavještavati nadležnu kontrolu leta. Za slučaj da se balon podigne iznad 400 m, dobro je znati telefonski broj nadležne kontrole leta i o tome je obavijestiti. Kako bi se balon podigao u zrak i održavao na nekoj visini, potrebno je da težina njegovih stijen­ki, sa svim ostalim teretom (gondola, putnici, uređaji, balast itd.), bude manja od razlike

između težine zraka, što ga svojim obujmom istisne balon, i težine lakog plina u balonu. Tu razliku nazivamo uzgon. Za punjenje balona upotrebljavaju se topli zrak, rasvjetni plin, vodik i helij. Kod normalnog barometarskog tlaka na razini mora 1000 m3 zraka ima masu od 1203,2 kg, rasvjetnog plina 576,7 kg, helija 167,1 i vodika 84,76 kg [1]. Sad ćemo približno izračunati kolika treba biti temperatura zraka u našem balonu da bi on poletio. U tu ćemo svrhu koristiti dijagram stanja vlažnog zraka [3]. Pretpostavimo da početno stanje zraka ima sljedeće karakteristike (točka T1) u dijagramu: • temperatura t1 = 20o C • relativna vlažnost φ1 = 60 % (krivulja 0,6 u dijagramu) • sadržaj vlage u zraku, očitava se iz dijagrama .. x1 = 0,009 kg/kg • x1 = 9 gr/kg zraka dobije se tako da se iz točke T1 spusti okomica na apscisu • specifični volumen v1 = 0,85 m3/kg očitava se iz dijagrama

Dijagram stanja vlažnog zraka [3]

13


• gustoća ρ1 = 1/v1 = 1/0,85 = 1,176 kg/m3

Masa našeg balona na startu sastoji se iz: • masa balona i žičanog okvira na donjem otvoru = 180 gr • masa goriva = 30 gr Ukupno mb = 210 gr (0,21 kg)

Dijagram stanja vlažnog zraka [3]

Volumen balona izračuna se tako da se njegov oblik po visini podijeli u geometrijske oblike čiji se volumeni izračunaju prema formulama iz geometrije (logaritamske tablice). Po visini balon se sastoji od dva stošca i valjka, što iznosi Vb = 1,915 m3. Zagrijavanjem zraka u balonu povećava mu se temperatura, smanjuje relativna vlažnost, sadržaj vlage ostaje isti, a specifični volumen se povećava, odnosno gustoća smanjuje. Zrak postaje topliji i lakši od okolnog zraka. Dakle, mase koje razmatramo su: • masa balona mb = 210 gr • masa toplog zraka u balonu za volumen balona mzb • masa okolnog zraka za volumen balona mz

Uvjet da balon poleti:

mb + mzb< mz mz = Vz×π = 1,915 m3×1,176 kg/m3 = 2,25 kg

Iz ove jednadžbe slijedi:

mzb < mz - mb mzb < 2,25 - 0,21 mzb < 2,04 mzb - Vb×ρ2 Gustoću zraka ρ2 na nekoj višoj temperaturi t2 za sada ne znamo, pa ćemo za početak pretpostaviti da je temperatura zraka u balonu t2 = 70o C (točka T2). Za temperaturu zraka t2 = 70o C i zadani sadržaj vlage od 9 gr/m3 iz dijagrama se očita specifični volumen v2 = 1,00 m3/kg, odnosno gustoća ρ2 = 1,00 kg/m3.

Masa zraka u balonu je:

mb2 = Vb×ρ2 = 1,915 m3×1,00 kg/m3 = 1,915 kg

Zbroj mase zraka i mase balona: 1,915 kg + 0,21 kg = 2,125 kg < 2,25 kg

14

što znači da temperatura može biti nešto niža, a balon će se sigurno podići u zrak. Pokušajmo sada s temperaturom od 60o C (točka Ts u dijagramu). Specifični volumen v3 = 0,97 m3/kg, odnosno gustoća ρ3 = 1/0,97 = 1,03 kg/m3. Masa zraka u balonu na 60o C: mb3 = 1,915 m3×1,03 kg/m3 = 1,97 kg

Zbroj mase zraka i mase balona:

1,97 + 0,21 = 2,18 kg < 2,25 kg što je dovoljno točno i možemo smatrati da će balon s temperaturom zraka od 60 oC u njemu sigurno poletjeti. Za ovaj proračun koristio sam dijagram stanja vlažnog zraka iz strojarskog priručnika jer dijagram za područje klimatizacije vrijedi do temperature zraka od 48o C. Stoga dajem i taj dijagram, za one koji žele raditi slične proračune za druge balone, pa čak i za balone s dva ili tri člana posade u gondoli. Princip je uvijek isti. Našega jedriličara, studenta strojarstva Luku Plivelića zamolio sam da pregleda ovaj proračun, na čemu mu zahvaljujem. Na jednoj fotografiji se može vidjeti gotov balon koji smo vezali tankim koncem. U jednom od sljedećih brojeva časopisa objavit ćemo nekoliko fotografija s natjecanja osnovnih škola u puštanju balona. Urednik će odabrati još neku fotografiju od onih koje sam mu poslao. Na kraju, u ime Aerokluba zahvaljujem Zajednici tehničke kulture u Slavonskom Brodu na novčanoj pomoći i pomoći u organizaciji natjecanja, a u svoje ime zahvaljujem kolegama iz Aerokluba na savjetima i pomoći pri izradi balona.

Literatura:

[1] Enciklopedija Leksikografskog zavoda FNRJ, 1955. god. [2] ABC tehnike, broj 266, lipanj 1983. god. [3] Bojan Kraut, Strojarski priručnik Bojan Zvonarević, mr. dipl. ing. Aeroklub Slavonski Brod


Maketa višekatne garaže s liftom Ova garaža s liftom, koju predlažemo da napravite, predviđena je za igru predškolske djece i one iz prvog razreda osnovne škole. Mali dečko koji se vidi na fotografiji bio je oduševljen liftom i stalno je dizao i spuštao automobile na jedan od katova. Za izradu je potrebno nabaviti karton za sve horizontalne površine (poz. 1, 2 i 3), a za stupove (5, 6 i 7) treba koristiti raspoložive letvice ili trokutaste letvice koje se nalaze u uglovima gajbi za voće. Međusobnim lijepljenjem dviju letvica uz njihovo smicanje po dužini, može se dobiti kvadratni presjek u dužini po želji. Karton i gajbe za voće mogu se naći na završetku radnog vremena kod neke veće trgovine i na tržnici. Dodatno, potrebno je ljepilo za drvo, vodene boje, škare, rezbarski pribor, pribor za crtanje i nekoliko vijaka za drvo. Dimenzije s nacrta samo su informativne i svatko ih može mijenjati prema dimenzijama raspoloživog materijala. Lift se sastoji od kalema (10), na koji se namata jači konac, i kaveza (13, 14 i 15) u koji ulaze autići. Kalem sam izradio iz okruglog komada drveta promjera 15 mm. Može se koristiti i deblji flomaster čije krajeve treba zatvoriti drvenim čepovima. Ručica za okretanje (11) je iz komada

Sav materijal i alat potrebni za izradu

NACRT U PRILOGU

žice, a na suprotnoj strani je čavao bez glave, kao osovina. Kako se lift ne bi sam odmotao pod teretom kaveza i autića, napravio sam “kočnicu”, tako da se na poz. 16 izbuše dvije rupe promjera 8 mm, a s njene donje strane se zalijepe trokutasti komadići špera. Na jedan od ovih trokutastih komadića zakvači se gumica i provuče na gore, zatim oko kalema i opet dolje gdje se zakvači za drugi trokutasti komadić špera. Prilikom montaže vertikalnih nosača prvog i drugog kata treba posebno paziti da sve bude pod pravim kutom, odnosno okomito i vodoravno. U tu se svrhu koriste ravna radna površina i veći trokut. Sve što se lijepi treba ostaviti da se suši preko noći. Ravnine prve i druge etaže oslanjaju se na letvicu (8) koja se lijepi na stupove, kako je to prikazano na presjeku B-B. S vanjske strane se zalijepi tanki karton (9) kao zaštita od pada autića. Karton za prvu i drugu etažu (2 i 3), kao i za osnovnu ravninu (1), trebao bi biti deblji i čvršći. Kavez za dizanje autića sastoji se od podne plohe (15) te bočnih stranica (14) iz komadića lamperije debljine 10 mm i jarma (13) s kukicom za dizanje. Kao i uvijek, urednik će odabrati nekoliko fotografija koje pokazuju sve faze rada. I na kraju, poželjno je da prilikom izrade ove garaže bude uključen kao pomoćnik onaj kome će ona biti i namijenjena. Bojan Zvonarević

15


MALA ŠKOLA FOTOGRAFIJE Piše: Borislav Božić, prof.

DODATNA OPREMA Dragi čitatelji, evo nas ponovo i ove školske godine s Malom školom fotografije. U prošloj školskoj godini pokušao sam vam približiti aparat kako biste ga što bolje upoznali i što uspješnije koristili ili kako bi vam on u potpunosti bio podređen u ostvarivanju vaših fotografskih zamisli. Oh, ima toga još puno za reći - znanja nikad dosta. Ne živim u iluziji da ću vam baš sve “servirati” u tekstovima niti je to svrha, već vas samo želim uvesti u problem kako biste što lakše istraživali i došli do željenih rezultata. S vremena na vrijeme vraćat ćemo se mi na već napisano, ponavljati ga u nekom drugom obliku, ali i proširivati već izrečeno. Osnovne informacije o korištenju aparata smo napisali. Sad valja krenuti s dodatnom opremom koju svaki fotografski autor treba imati. Ne zato da bi s mnoštvom opreme izgledali zagonetnije i važnije, već stoga što katkad nećemo moći napraviti željeni snimak s osnovnim aparatom i zato nam služe različiti dodatci kako bismo riješili trenutni problem. Dakle, u narednih nekoliko brojeva bavit ćemo se raznim vrstama filtara, sjenilima za objektive, stativima, bljeskalicama itd. Sve to spada u dodatnu opremu i ona je važna jer nam pomaže ispraviti određene nepravilnosti ili poboljšava trenutne uvjete snimanja. Neki elementi dodatne opreme su neophodni i svakako ih trebamo imati. Neki su dobrodošli, ali nisu neophodni.

FILTRI Filtri su obojena stakla ili želatinske folije koje se upotrebljavaju kod snimanja pa se mogu stavljati ispred objektiva ili ispred izvora svjetla. Oni imaju primjenu i u laboratoriju kod izrade analogne fotografije te su se koristili i kod reproduciranja dijapozitiva. Oni propuštaju samo jedan dio svjetlosti, a drugi dio upijaju, ovisno o količini njihove gustoće ili obojenosti. Ako su napravljeni od stakla, onda su najčešće smješteni u metalni prsten (fotografija iznad ovog teksta) standardiziranih promjera koji se pomoću navoja pričvršćuje na objektiv, a ako su od želatinske folije tada ih umećemo u posebno konstruiran džep koji učvršćujemo na objektiv (fotografije desno). Neovisno od njihove konstruktivne izvedivosti oni imaju istu funkciju. Digitalna tehnologija po svojoj naravi riješila je neke snimateljske probleme tako da više nemamo potrebu za filtrima za umjetnu ili prirodnu rasvjetu te filtrima za crno-bijelu fotografiju. Međutim imamo filtre koji su po svojoj namjeni neophodni, neovisno o kojem se tehnološkom sustavu 16 radi.


UV FILTAR Ovaj filtar spada u obaveznu dodatnu opremu i njega treba nabaviti Lijeva fotografija snimljena je UV filtrom istovremeno kad kupujemo i aparat. On ima dvojaku funkciju i to uklanja ili smanjuje “izmaglicu”, “maglovitost” koju stvaraju ultravioletne zrake i štiti leću objektiva od mehaničkih oštećenja. Dakle, kod snimanja otvorenih prostora, pejzaža gdje su u kadru uključene velike vodene površine, snijeg i na velikim visinama te kod maglovitog dana. Ako snimamo analognim crno-bijelim filmom, fotografije će bite lagano nejasne i upotrebom ovog filtra uklonit ćemo ovaj nedostatak, a ako snimamo u boji ili digitalnim aparatom bez filtra u navedenim situacijama fotografija će poprimiti plavičasti ton. Ovaj filtar je potpuno proziran i ne utječe na ekspoziciju snimanja tako da ga možemo stalno držati na objektivu. Ne da možemo već i trebamo jer on štiti leću objektiva od mehaničkih oštećenja. Ako nam se dogode kakve nespretnosti i aparatom udarimo ili nam padne, manja je šteta ako razbijemo UV filtar nego leću objektiva. Baš zbog toga fotografi ga još zovu i zaštitni filtar. POLARIZACIJSKI FILTAR Ovo je filtar koji obavezno moramo nabaviti istovremeno ili odmah poslije UV filtra. Njegovo djelovanje ili korisnost za fotografa je u tome što uklanja reflekse ako nam smetaju u snimci npr. izlozi, staklene i vodene površine. Važna mu je funkcija što s njim možemo kontrolirati količinu plave boje na nebu, tj. s njim pojačavamo intenzitet plavoga neba. Inače, snimajući s njim boje na fotografiji bit će zasićenije što svakako doprinosi izražajnosti i konačnom dojmu naše fotografije. Njegova upotreba je neophodna u pejzažnoj fotografiji i u ambijentima gdje imamo puno refleksa. Ovo je jedini dvoslojni filtar. Ima dva prstena od kojih je jedan pomičan i možemo ga zakretati dok ne postignemo željeni efekt (količina plavog neba ili uklonjenost refleksa). Ovaj filtar je dosta taman i kad s njim snimamo, treba korigirati elemente ekspozicije. Fotografija ispod teksta pokazuje isti motiv snimljen bez polarizacijskog filtra (lijevo) i desno je fotografija snimljena s njim. Desno gore dvije su fotografije mobitela - lijeva je s uklonjenim refleksom, a desna je snimka bez polarizacijskog filtra.

17


POGLED UNATRAG PRVE FOTOGRAFIJE U BOJI Za snimanje prvih fotografija u boji sredinom devetnaestog stoljeća korištena su obojena stakla ili filtri. Tako je i škotski znanstvenik James Clerk Maxwell, istražujući boje i sve što je vezano za njih, razradio metodologiju za snimanje fotografije u boji tako da se istovremeno snime tri dijapozitiva kroz plavi, zeleni i crveni filtar. Zatim su se ovi dijapozitivi istovremeno projicirali kroz tri dijaprojektora u jedinstvenu sliku. Ispred objektiva projektora bili su postavljeni filtri kroz koji su napravljene snimke. Za tu prvu fotografiju u boji 1861. godine kao motiv poslužila je traka sa škotskim uzorkom koja je imala tri primarne boje (fotografija desno).

Louis Ducos du Hauron, francuski pijanist i Charles Cros, pjesnik usvojili su novi način filtriranja svjetla u odnosu na Maxwellov za pravljenje fotografija u boji. Fotografiju ispod snimio je Ducos du Hauron 1877. godine s aparatom koji je nazvao Chromographoscope /mala slika desno/.

18


ANALIZA FOTOGRAFIJA

Gordana Kvajo, Auto (portret), 2014. Danas po automatizmu digitalne tehnologije snimamo u boji i naknadno u programima mijenjamo snimljeni sadržaj u crnobijeli registar. U analognoj tehnologiji, tj. dok se snimalo na film, unaprijed smo se morali odlučiti hoćemo li nešto snimati u boji ili crno-bijelo. Shodno odluci, kupovali smo film i snimali. I u ovoj tehnologiji moglo se s kolor filma izrađivati crno-bijele pozitive s nešto smanjenom kvalitetom, ali smo ipak mogli mijenjati konačni rezultat. Bilo je teško, ali ipak moguće djelomično mijenjati boju u crno-bijelo, a dio zadržati u boji. Danas to s digitalnom tehnologijom i alatima koji su nam na raspolaganju činimo skoro s lakoćom. Ovu igru djelomične boje i crno-bijelog pokazuje i naš primjer Auto(portreta) Gordane Kvajo. Autorica je iskoristila fenomen refleksa naočala te cijeli kadar i sebe kao snimateljicu podredila tom efektu. Vodila je računa koliko i na koji način će se njen odraz pojaviti u staklu naočala. Portret djeteta kadriran je u duhu klasičnog portretnog reza. Pažljivim radom i odabranim alatom u programu za obradu fotografija izdvojila je naočale i ostavila ih u boji, a ostali dio kadra, tj. lice djeteta pretvorila u crno-bijelo područje. Pored ljepote optimističnog izraza dje-

tetovog lica, ovaj portret nosi i finu metaforičku poruku kako portretirani vidi svijet veselo, šareno, u boji. Ovo su bezgranične mogućnosti alata namijenjenih fotografima, samo što svaki autor treba dobro razmisli-

19

ti što i kako će upotrijebiti; do koje mjere će to biti kreativni postupak, a što zanatska ekshibicija. Kreativnost je nešto što se ne može naučiti, već je treba njegovati i razvijati kroz kontinuirani rad.


ELEKTRONIKA

Programiranje mikrokontrolera (2) Kada govorimo o rasprostranjenosti mikrokontrolera ne moramo ih tražiti oko sebe. U današnjem svijetu gotovo svaki elektronički uređaj sadrži mikrokontroler, a razlozi ne mogu biti jednostavniji. Sigurno ne želimo imati osobno računalo u prtljažniku automobila koje bi upravljalo ABS-om, GPS-om, podizačima stakala i svim ostalim sustavima automobila jer nije praktično. Ne želimo sa sobom nositi osobno računalo, u potrazi za napajanjem gradske mreže, kako bismo poslali SMS. Ne želimo perilicu rublja povezivati na osobno računalo kako bi odradila ciklus pranja robe. To su i glavni razlozi zašto su mikrokontroleri kao mala računala postali toliko rasprostranjeni, samim time i jako jeftini i zašto se koriste gotovo u svakom uređaju. Veliku ulogu u njihovoj rasprostranjenosti igra i njihova cijena koja je, usudim se reći, za njihove mogućnosti besplatna. Kada vam kažem da možete kupiti gotovo računalo za 2 ili 3 eura, kojim možete odraditi određeni proces u bilo kojem smjeru tehnologije, onda je to stvarno besplatno. Dimenzije takvih računala mogu biti i 5 mm × 5 mm × 1 mm, čak i manje, što znači da ih možemo integrirati u sve uređaje koje projektiramo. Naravno da na takvim računalima ne možemo odraditi zahtjevne stvari kao što ih radimo na osobnom računalu, prvenstveno zbog njihove ograničenosti memorijom i brzinom, ali to i nije njihova svrha. Meni osobno perilica rublja na kojoj se podiže Windows 7 ne treba. Ne mislim na njoj igrati igrice niti raditi kompliciranu grafičku obradu. Ipak, naučiti programirati mikrokontrolere nije jednostavno. Hardware i software često se spajaju u logičku cjelinu iako su u svim knjigama odvojeni.

20

Određeni pojmovi vezani su samo za hardware ili samo za software. Svaka tehnička dokumentacija boljeg mikrokontrolera sadrži preko 500 stranica teksta čudnih pojmova, svaki programski jezik isto toliko. Povežete li samo knjige hardwarea i softwarea, čak i da zanemarimo dio elektrotehnike, opet ispred sebe imate 1000 stranica teksta koji govori o nekoliko tisuća novih i nepoznatih termina. Niti jedan početnik ne može se jednostavno snaći u toliko opširnoj dokumentaciji. Suludo je spomenuti koliko postoji programskih jezika, koliko različitih mikrokontrolera i njihovih arhitektura. Stoga, kada govorimo o učenju programiranja, govorimo o putu kojim učimo. Priču oko programiranja mikrokontrolera ne mogu početi u miru jer u današnjem svijetu postoji određeni rat između svih mikrokontrolera i svih programskih jezika. Svaki početnik prisiljen je odabrati mikrokontroler i programski jezik u kojemu će programirati i tu svi napravimo veliku grešku. I ja sam je davno napravio. Gotovo sam siguran da ne postoji niti jedan forum vezan za mikrokontrolere, a da ne sadrži usporedbu ATMEL AVR i Microchip PIC mikrokontrolera. Formirale su se grupe programera koje su podržavale jedne ili druge mikrokontrolere, a u tom ratu najviše nastradaju početnici. Žalosna je istina oko ovih dilema činjenica da je apsolutno svejedno koji mikrokontroler odabrali. Svi su dobri i svi savršeno rade ako ih znamo pravilno pokrenuti i napisati dobar program. U profesionalnom svijetu mikrokontrolera često ne možemo izabrati mikrokontroler kojim želimo odraditi projekt. Određene firme preferiraju određene mikrokontrolere, određeni projekti zahtijevaju određene mikrokontro-


lere. Usudimo se reći “Znamo ih sve!”, ali... uvijek postoji ali! Mikrokontroler s kojim se prvi puta susretnemo i za koji napišemo prve programe, često nam postane drag i zauzme posebno mjesto u svijetu mikrokontrolera. Njegova arhitektura postane prva koju smo upoznali, sasvim nesvjesno pamtimo imena registara, načine konfiguracije, načine programiranja. Ako je već svejedno koji mikrokontroler odabrali, kako onda uvijek napravimo grešku? Pogriješimo oko odabira programskog jezika, napravimo toliko veliku grešku da je shvatimo tek nakon puno godina programiranja. Odaberemo BASIC jer smatramo kako je najbolji i najjednostavniji za početnike, ali kroz godine programiranja u BASIC-u toliko se naviknemo na njega da nam se sama pomisao na bolji programski jezik čini naučna fantastika. Kako vrijeme prolazi sve je teže odlučiti se na učenje C-a ili assemblera. Pretpostavljam da se određeni autori ili čitatelji, koji programiraju u BASIC-u, nikako neće složiti s mojim načinom razmišljanja. Tu im ne mogu pomoći, eventualno im kroz tekstove mogu ukazati na greške koje su napravili odabirom BASIC-a. Iskustvom bih mogao vagnuti bilo koja 2 mikrokontrolera, ali bih napisao toliko stručnih pojmova da niti jedan početnik ne bi shvatio što želim reći. Iz tog razloga ih trenutačno neću uspoređivati, nego ću pisati o AVR mikrokontrolerima. Svi moji tekstovi o programiranju bit će usmjereni programiranju isključivo AVR mikrokontrolera. Tek kada u tekstovima shvatimo određene pojmove, uzet ću slobodu da ih uspoređujem, ne samo s drugim mikrokontrolerima, nego i sa svim programskim jezicima. Tekstovi o programiranju mikrokontrolera, koje ću pisati za vas, bit će komplicirani, teški za shvatiti, ali će biti istina. Kvalitetno znanje nikada nije bilo jednostavno postići. Često je to teži put kojim ću vas voditi u tekstovima o programiranju mikrokontrolera. Kako sam napisao puno tekstova u kojima čitateljima pokušavam objasniti način profesionalnog programiranja i često dolazio u situaciju da objašnjavam najsitnije detalje arhitekture, odlučio sam se za jedini logičan put učenja iz kojega je vrlo jednostavno prebaciti se na profesionalno programiranje. Iako nisam ljubitelj razvojnih alata kao ARDUINO, prvenstveno jer sam u takvom okruženju koje posjeduje 5 tipaka iznimno ograničen, moram priznati da je takav alat sigurno najbolji za učenje programiranja. Nekoliko je čvrsto uteme-

ljenih razloga koji me dovode do takvog zaključka. ARDUINO je baziran na programskom jeziku C/ C++. Cijeli program i sve biblioteke su open source što znači da ih možemo koristiti, ali i ne moramo. Sama činjenica da ne moramo koristiti gotove biblioteke dovodi nas do naprednog programiranja u kojemu možemo utjecati na najsitniji detalj mikrokontrolera. Istovremeno možemo biti i amateri i profesionalci, a sve ovisi o kutu iz kojega gledamo na ARDUINO. Svaka ARDUINO razvojna ploča ima bootloader što znači da ne trebamo programator i za početak se ne moramo mučiti sa FUSE postavkama mikrokontrolera, a program možemo upisati jednim klikom na tipku “Upload”. Čitatelji često uopće ne znaju što je ARDUINO i kakve veze on ima s ATMEL-om i AVR-om pa ću objasniti osnovne razlike između tri navedena pojma. ATMEL je firma koja proizvodi mikrokontrolere, no kako mikrokontrolera ima jako puno oni se najlakše razvrstavaju po arhitekturi pa tako imamo Atmel 8051, Atmel AVR, Atmel ARM... Dakle, AVR je arhitektura mikrokontrolera i proizvodi je jedino firma ATMEL. Što je u toj priči onda ARDUINO? Sasvim nova firma koja je napravila razvojnu ploču i razvojno okruženje za programiranje te odabrala ATMEL-ov mikrokontroler AVR arhitekture. ARDUINO je samo razvojno okruženje i naziv pločice, ali nemojte se zavaravati, ne programirate u konačnici ARDUINO, nego ATMEL-ov AVR. Često me pitaju, može li se ARDUINO programirati s razvojnim alatima ATMEL-a. Naravno da može, jer na ploči nije ništa drugo nego mikrokontroler firme ATMEL. Zato ću često koristiti termin firme ATMEL i termin arhitekture AVR, a razvojno okruženje i pločicu nazivati ću ARDUINO. Kupnja bilo koje gotove razvojne ploče sa sobom u zaborav odnosi poglavlje “Dizajniranje Hardware-a” koje iz razloga opće kulture nikako ne mogu obići. Bez obzira što su kolege iz ARDUINO-a lijepo nacrtale pločicu i za nas pazili na važne detalje hardwarea, prije nego se upustimo u pisanje softwarea jednostavno moramo znati osnovne potrebe za pravilan rad bilo kojeg mikrokontrolera. Ne očekujem da će se netko u prvim koracima upustiti u crtanje pločica, ali isto tako znam da je nemoguće reći “Programiram mikrokontrolere”, a ne znati osnovne 3 potrebe hardwarea. Stoga u sljedećem tekstu moramo proći hardware i nakon toga možemo se upustiti u pisanje prvih programa. Josip Štivić

21


Stvar u skladištu 5 Ana se pogledom vrati u kut skladišta. Stvar je još uvijek bila tamo, obasjana hladnom svjetlošću zvijezde, odražene od površine mjeseca što je ulazila kroz rupu na oplati. Stvar je još uvijek bila tamo. Obasjana mjesečinom, netko bi sigurno primijetio da su bili na Zemlji. Samo, Ana u ovoj mjesečini nije vidjela nikakve romantike. Stvar - jer bolje se riječi nije mogla sjetiti bila je sklupčana, nogu raširenih na sve strane. Dugačkih, paukolikih nogu, obraslih bodljama i dlakama. Tijelo je Ana procijenila kao nešto krupnije od krupne svinje, možda i toliko teško. Koža stvari činila se na mjesečini kao da je od crno obojenog silikona ili neke slične mase. Što možda

22

SF PRIČA

objašnjava kako stvar može preživjeti u otvorenom svemiru, pomisli Ana. Iako je stvar bila nepomična, Ana je dobro znala da je živa. Ona primijeti bljesak u sitnim očima, desecima sitnih očiju što su okruživale izduženu glavu. Stvar je mogla vidjeti posvuda oko sebe. Glava joj je bila branjena šiljcima, kao i leđa: nitko je nije mogao zaskočiti odostraga. Stvar otvori usta. Iz njih izađu dva para zuba, jedan unutar drugog, i zabijele se u snopu mjesečine. Baš slatka životinjica, pomisli Ana, ne usuđujući se ni mrdnuti u svome skafanderu. *** Mali od palube bio je, kao što mu je ime nagovještavalo, mali teretni brod s jednim pilotom i osam skladišta za kontejnere E-klase. Udar od koga se stresao cijeli brod, a onda, ni sekundu kasnije, prodorni jauk sirene za uzbunu trgnuli su Anu iz sna. Izletjela je iz kreveta, odjurila u pilotsku kabinu, uskočila u sjedalo. Gotovo nagonski, bez i da gleda pokazivače, stabilizirala je brod. Tek je onda stala očitavati štete ispisane na zaslonima. Udarac je pogodio skladište 5. Zrak je u dekompresiji iscurio van kroz rupu, automatski sustavi zapečatili su skladište. U njega se sada moglo samo kroz međukomoru, u skafanderu. Ana opsuje svoju sreću. Statistički izgledi za ovakav sudar bili su sićušni. Ali, sićušni izgledi za nešto ne znače kako je nemoguće da se to nešto dogodi. Pa je tako Ana sada imala rupu na boku svog broda. Pogledala je stanje svih sustava. Malom od palube nije prijetila nikakva druga opasnost, bio je opet stabiliziran u orbiti oko mjeseca što je kružio oko planeta zastrtog vječitim sivkastožutim oblacima. Pogonska grupa funkcionirala je, sustavi za održavanje života također, u svim je ostalim skladištima stanje bilo nominalno.


Tek kada je htjela videonadzorom ispitati nastalu štetu, shvatila je da kamera daje snijeg na zaslonu. Što je značilo da je stradala u udaru. A to je pak značilo da će Ana morati navući skafander i sama pregledati oštećenja. *** Ana je grozničavo razmišljala što da radi. Stvar je i dalje počivala u kutu skladišta. Ovako sklupčana nije joj priječila put natrag do međukomore. Ali, ako je odluči napasti, znala je Ana, nije joj mogla pobjeći. I zašto je već nije ubila? Što čeka? Igra li se s njom? *** To je trebao biti jednostavan posao. Na papiru, Mali od palube nosio je kontejnere E-klase, pune konzumne i namjenske elektronike, od Tristanne do Nove Kolumbije. Jedan skok, čak bez međutočki. Ono što nije pisalo na papiru bilo je da je Ana iskočila na drugoj trećini puta, ušla u sustav zvije­ zde poznate samo kao CGC-27465, doletjela do planeta zastrtog sivožutim oblacima i smjestila se u orbitu oko njegova mjeseca. Tu je trebala pričekati drugi brod, spojiti se s njime i pretovariti nedeklarirani teret, onaj koji je nosila u devetom, skrivenom skladištu. Kao što to obično bude, ono što nije pisalo na papiru donosilo je bolju zaradu od onoga što jeste. A Ana je već davno zaboravila kad je zadnji put čula za kapetana-slobodnjaka koji se nije bavio krijumčarenjem, čim bi se ukazala neka prilika. A pri čekanju drugog broda, koji je uz solidnu naknadu trebao preuzeti kontrabandu koju je prenosila, pogodio ju je nepoznati projektil i napravio joj lijepu rupu u skladištu 5. Dok je tako po tko zna koji put proklinjala svoju sreću, Ana pritisne ulaznu tipku hodničkih vrata međukomore. Ona kliznu u stranu i Ana, u skafanderu, uđe u komoru. Pričeka da se vrata za njom zatvore, onda zapovijedi evakuaciju međukomore. Pola minute kasnije, skladišna vrata nečujno kliznu u stranu i Ana uđe u tamu što je vladala u skladištu 5. *** Stvar je više osjetila nego vidjela. Odjednom, dok je snopom iz svoje svjetiljke klizila kontejnerima, kao da je njenim vidnim poljem prebrisala neka sjena. Nešto. Ogromno. Ana se okrene.

Nešto je odgurne jednim zamahom i ona odleti u stranu, ispustivši svjetiljku. Sljedećega trenutka, svjetiljka se ugasi: Ani se učinilo kao da ju je jedna noga snažnim udarcem jednostavno zdrobila. A onda se to nešto, ta stvar, nadvila nad nju, obasjana mjesečinom što je kroz rupu u boku bola u tamu skladišta. Ana krikne dok ju je stvar nadvisivala. Gotova je! Treba samo malo da je čudovište dograbi, da je raskomada svojim nogama i čeljustima, da je rastrga u potpunoj tišini vakuuma. Tiha smrt. U svemiru te nitko ne čuje dok vrištiš. Ali onda je stvar odjednom stala. Povukla se od Ane. Sklupčala se u kutu skladišta. *** Možda je stvar ipak pusti natrag do međukomore. Ana odluči. Mora pokušati. Nema u skafanderu zraka za vječnost. Mora pokušati. Polako, polako, vrlo polako, pridigne se na laktove. Stvar se nije ni pomakla. Sad da pokušam otpuzati, pomisli Ana. Polako. Polako, ovako na leđima, preko poda. Šiljata glava kao da se malo trznula, ali stvar je ostala mirna. Možda, ponada se Ana, možda me ipak pusti. Ako se polako odgurujem nogama, ne skidajući pogleda sa stvari, ako se zavučem u hodnik među kontejnerima što vodi do komore, ako... Ana se odgurne. Malo, možda dvadesetak centimetara. Stvar se nije ni pomakla. Ana se poveseli. Možda može i malo brže. Pokuša i Kao da je nešto podbolo stvar, skočila je na noge, propela se u kutu, nagnula prema Ani. Ana se sledi. Opusti se, klone na pod. Stvar ju je nekoliko trenutaka promatrala, a onda se primiri i sklupča natrag u kutu. Tada Ana osjeti trzaj. Cijeli se brod lagano stresao. Poznavala je taj trzaj: netko se upravo spojio na Malog od palube. Njeni partneri. Kojima je trebala predati skriveni teret. Ana se poveseli. Pričekati će da se iskrcaju, a onda ih pozvati. Zajedno bi nešto mogli smisliti, Ana ima oružje u svojoj kabini, sigurno ni oni nisu baš praznih ruku. Tada začuje glas u slušalicama. *** “Jesi živa, dušo?” Muški je glas zvučao ravnodušno. A Anu spopadne bijes. Jer, smjesta je shvatila, čim ju je pitao je li živa, da zna za čudovište. Što je pak značilo da

23


joj ga je on i poslao. Jer, očito joj nije imao namjere platiti za robu koju je dovezla. “Ne javljaš se? Onda si ili mrtva, ili pametnija no što sam mislio. A meni, zapravo, svejedno. Samo da mi nisi na putu.” Što sad da radim, upita se Ana. Ne može ih spriječiti da joj otmu robu. I sigurno joj neće pomoći. Prolazile su minute. Ana je znala što rade: traže gdje je skriveno skladište. Ili su to možda već i saznali? Možda je netko potajice pregledao Malog od palube, negdje u nekom od pristaništa, i samo javio. Prokletnici! Kad se zaustavila prema dogovoru, nije im bilo teško pogoditi njen brod projektilom u kojemu je bila stvar. Znali su da će sigurno otići ispitati štetu u skladištu 5. I da će je tu dočekati stvar. Da je ubije... “Našli ste?”, začula je opet glas u slušalicama. “Idemo, pretovari sve. Što prije da odemo, dok se ono čudo nije probilo van iz skladišta.” Ani se učini da je začula tračak nelagode u muškarčevu glasu. Tko zna gdje su našli stvar, sigurno su se morali namučiti. Ana se dovoljno svemira nagledala da zaključi kako je stvar nešto rijetko, možda čak i nepoznato ljudskoj znanosti. Ali, zašto je već nije ubila? Ana je mogla samo ležati tamo na podu, leđima oslonjena o kontejner, ne skidajući pogleda sa stvari što i dalje kao da je bila mrtva. Prošlo je nekih dvadesetak minuta prije no što joj se opet javio glas u slušalicama: “Dakle, dušo”, muškarac je zvučao vedrije, “ako me ipak slušaš: moram ti se zahvaliti, sve je tu, kako je dogovoreno. Mi sad idemo, a tebi i onom čudu prepuštam da se dogovorite kako dalje.” Glas u slušalicama umukne. Još nekoliko minuta, a onda Malim od palube prođe drhtaj: to se krijumčarski brod odvajao. Ana je opet ostala sama. Sa stvari. U tami skladišta 5. U tom trenutku, stvar kao da je oživjela. Iz do tada nepomične hrpe isprepletenih nogu pretvorila se u hitro biće što je iskočilo iz kuta u kome je čučalo i pošlo prema Ani. Njoj zastane dah. Smrt je nečujno gazila, kukcolika, preko poda skladišta prema njoj. A onda je zastala pred rupom na boku. Stvar pogleda Anu, pa napne trbušne mišiće i kao da joj se na trbuhu otvorio tobolac. Posegne jednom kraćom nogom - zapravo rukom, shvati Ana - unutra i izvadi nešto iz tobolca. Predmet

24

zabljesne na mjesečini i Ana shvati što to stvar drži. Značka. Policijska značka. Nije je prepoznala, ali stvari u ruci nije moglo biti ništa drugo doli policijska značka. Kojom joj se upravo legitimirala. Ana nikako nije bila sretna što joj je policija bila na brodu. Ali u sebi osjeti neku zlobnu radost kad je stvar spremila značku natrag u tobolac i stala se provlačiti kroz rupu van, u svemir. Jer, znala je da su se momci gadno preračunali. Mislili su da su našli neko čudovište koje će im poslužiti u njihovoj prevari. A zapravo su naletjeli na skrivenog policajca. Za koga je stvar radila? U čijoj je službi bila? Ana nije mogla znati. Možda je ovisilo o tome što je zapravo prevozila. Nikad nije pitala. Dobro je znala da joj ne plaćaju da postavlja pitanja, već da prenosi. Dobro je znala da se zbog pitanja može izgubiti glava. I zato nikad nije pitala. Sljedećega trena, stvar je prošla kroz rupu van. Ana je ostala sama u skladištu, kao da stvari nikad nije bilo. Ona skoči na noge, poleti do rupe, proviri van. U zadnji trenutak da vidi kako se stvar odražava od boka njenog broda i juri preko zrakopraznog prostora do drugog broda. Hvata se za njega, i već sljedećeg trena nestaje u sjeni iza stabilizatora. Nesumnjivo će naći put unutra, shvatila je Ana. A onda se momci neće dobro provesti, zaključila je dok je drugi brod počeo ubrzavati, noseći sa sobom neželjenog putnika. Očito su oni bitni, jer je inače stvar ne bi samo tako pustila. Mogla ju je sputati prije no što je krenula za njima. Mogla ju je čak i ubiti. A nije. Ana se osvrne oko sebe. Tek je tada primijetila da je jedan od kontejnera također probijen. Kvragu! Rupa u boku. Dok to popravi... A tek šteta na teretu... Bit će sretna ako ovo putovanje završi na nuli. A baš se nadala lijepoj svotici. Kako ono kažu? Zločin se ne isplati. A onda još jednom pogleda kroz rupu. Brod je već bio blještava točka naspram beskrajnog crnila. Ana se nasmiješi. Dosad su momci možda shvatili da imaju društvo. Zubato, ubojito društvo. Sa značkom koja daje tko zna kakve ovlasti. O da. Zločin se svakako ne isplati. Aleksandar Žiljak


ELEKTRONIKA

Kako smo SKOC-a naučili hodati [1] Na ovogodišnjoj, 3. školi tehničkih aktivnosti za srednjoškolce, održanoj od 14. do 24. srpnja u NCTK Kraljevica, grupa od 15 polaznika dobro se zabavila izrađujući svog prvog robota hodača imenom Skoc. Bilo je tu i drugih aktivnosti: spomenimo samo izradu raketa (koje su na kraju uspjele i poletjeti!), rad na 3D pisaču, izlet na Krk s vježbom orijentacije u prirodi i svakodnevno kupanje, no izrada Skoca je ipak bila okosnica ovogodišnje Škole. Skoca je osmislio jedan od voditelja, Paolo Zenzerović. U tijelu od šperploče smješten je servomotor (slika 1.), koji pokreće noge i ruke pomoću mehanizma od šperploče - može li to uopće hodati? Polaznici su potvrdili da može, samo ako se sve precizno izreže! U tome im je nemalo pomogao i laserski rezač: dijelovi Skoca su izgledali kao da su izašli iz proizvodne hale neke tvornice. Malo ljepila, i eto gotovih robota! Svojim vlastitim kreacijama, polaznici

Slika 1. Skoc ima tijelo i mehanizam od šperploče

Slika 2. Svojim vlastitim kreacijama polaznici su Skocevima dali osobni “štih”

su Skocevima dali osobni “štih” (slika 2.) pa su oni, unatoč istoj konstrukciji, bili itekako prepoznatljivi. Kako bi Skoc mogao hodati, netko je morao upravljati radom njegovog servomotora. Odgovarajući upravljački sklop polaznici su izradili na radionici “Elektornika”; većini je to bio prvi susret s “pravom” tiskanom pločicom, a neki su se prvi put susreli i s lemilicom. Unatoč tome, svi upravljački sklopovi su uspješno prošli provjeru prije ugradnje. Ugradili smo ih, a gdje bi drugdje, u glave robota (slika 3.). Osnovni element upravljačkog sklopa je mikrokontroler ATtiny4313; on će Skocu udahnuti život. Mikrokontroler treba očitavati robotova “osjetila”, reed-releje, i prema zadanim pravilima upravljati radom motora, svjetlećih dioda (LED) i zujalice. Kako je mikrokontroler kupljen u trgovini prazan i beživotan, mi ga moramo naučiti što i kako treba raditi. Taj postupak se zove programiranje. Kako programirati mikrokontroler da bi pomoću njega mogli upravljati radom svoga Skoca - to je bila svrha ovogodišnje radionice “Mikrokontroleri”. Sama radionica je podijeljena na dva dijela: uvodni dio i programiranje Skoca. U uvodnom dijelu smo naučili nešto o građi mikrokontrolera i kako ih povezati s robo-

25


prošlogodišnjih desetak, omogućilo da radimo na najbolji mogući način: svaki polaznik je mogao koristiti svoj vlastiti razvojni sustav. Nakon što se u programskom jeziku BascomAVR napiše neki program, treba ga “prenijeti” u mikrokontroler razvojnog sustava. Tome služe programatori (slika 5.); time što smo programatorom program prenijeli u mikrokontroler, naučili smo ga što i kako treba raditi. Prve svjetleće diode razvojnih sustava veselo su zatreptale već nakon jednog sata rada, a nakon toga su zaredala trčeća svjetla, semafori, zvučni signali... Postavljali smo si zadatke koji su nas postupno sve dublje uvodili u svijet mikrokontrolera i koji su na privlačan način ilustrirali njihove mogućnosti. Tijekom šest sati, koliko smo imali na raspolaganju u uvodnom dijelu, bilo je nemoguće sve naučiti. Ali, osnovne vještine smo uspjeli savladati, pa smo se bili spremni suočiti s konačnim ciljem: programiranjem Skoca!

Slika 3. Upravljački sklop smješten je u glavu robota

tičarima interesantnim komponentama: tipkalima, senzorima, svjetlećim diodama i motorima. Na radionici smo koristili programski jezik BascomAVR, zato što je jednostavan za upotrebu i, što nije nevažno, zato što je besplatan u nekomercijalnim primjenama. Da ne bi ostalo sve na priči i simulacijama, u praktičnom radu smo koristili razvojne sustave MikroABC (slika 4.). HZTK je ove godine opremila NCTK s 10 takvih razvojnih sustava što nam je, s

Slika 5. Programator USBasp

Više o razvojnim sustavima MikroABC i njihovom programiranju programskim jezikom BascomAVR možete pronaći u časopisu ABC tehnike, brojevi 549 − 566. Upravljačke sklopove smo povezali sa servomotorom, reed-relejima, malim piezo zvučnikom i s dvije svjetleće diode. I s izvorom napajanja,

Slika 4. Razvojni sustav MikroABC

26


Slika 6. Svi ovi roboti znaju hodati, a to su ih naučili njihovi konstruktori!

naravno! Prvotno je bilo zamišljeno da se robot napaja iz male 9-voltne baterije, što bi mu dalo potpunu autonomiju. Nažalost, pokazalo se da takve baterije imaju premali kapacitet pa ih servomotor prebrzo iscrpi; zbog toga smo se konačno odlučili za napajanje iz mrežnog adaptera. Posljedica je ovakvog rješenja što je Skoc za sobom morao vući neugledni kabel, ali je bar mogao po volji dugo hodati. Hodati? To smo ga tek morali naučiti! Skoc se pokreće pomoću ugrađenog servomotora, a programiranje mikrokontrolera, kako bi mogao upravljati radom servomotora, nije baš primjereni zadatak za početnika. Zato smo najprije zajednički isprogramirali osnovne funkcionalnosti: pokretanje motora u oba smjera i njegovo zaustavljanje, očitavanje stanja reed-releja, paljenje i gašenje svjetlećih dioda, generiranje zvučnog signala. Zamišljeno je da se Skoc pokreće prema naprijed i prema nazad nakon što prislonimo kraj “magičnog štapića” (čija se magija krije u magnetiću postavljenom na jednom njegovom kraju) na njegova osjetila − reed-releje, a zaustavlja kratkotrajnim dodirom istih osjetila.

Nakon što smo svi postigli osnovnu funkcionalnost, polaznici su dali mašti na volju i isprogramirali Skoceve prema vlastitim zamislima: žmirkali su, pištali, pokretali se i zaustavljali na različite načine, kako su to zamislili i znali isprogramirati njihovi konstruktori. Više o upravljačkom sklopu i njegovom programiranju pročitajte u sljedećim nastavcima. Na kraju želim naglasiti kako smo na radionicama svi jako dobro surađivali, što je rezultiralo ugodnom radnom atmosferom. Predznanje polaznika nije bilo jednako: dok su jedni bili pravi početnici, drugi su se s mikrokontrolerima i programiranjem u Bascomu već prije susreli (za njih smo organizirali “večernju školu Bascoma za napredne”). Unatoč tome, ipak su na kraju svi roboti prohodali, što je veliko postignuće. Nadam se da će, pored svojih Skoceva, polaznici sa sobom ponijeti i malo znatiželje tipa “što bi se to s mikrokontrolerima još moglo napraviti?”. Odgovor će možda pronaći na nekoj budućoj sličnoj radionici. Hoćete li im se i vi pridružiti? Mr. sc. Vladimir Mitrović

27


NOBELOVCI I IZUMI

W. B. Shockley, J. Bardeen i W. H. Brattain - tranzistor Otkriće tranzistorskog učinka na poluvodičkim kristalima i izum tranzistora spadaju u one ključne i prijelomne događaje u povijesti čovječanstva kao što je ovladavanje vatrom, pripitomljavanje životinja, uzgoj jestivih biljaka, izum kotača pa sve do leta u svemir. Svi su oni u svoje doba i na svoj način utjecali na čovjekovo ovladavanje prirodom. Početke toga postavili su fizičari W. B. Shockley, J. Bardeen i W. H. Brattain. William Bradford Shockley (London, 13. veljače 1910. – Stanford, 12. kolovoza 1989.), američki fizičar i izumitelj. Bio je voditelj tima u kojem je zajedno s J. Bardeenom i W. H. Brattainom 1947. godine otkrio tranzistorski učinak na kristalu germanija, te je dao tumačenje te pojave i izumio prve tranzistore. Nobelovu nagradu za fiziku, 1956. godine, podijelio s J. Bardeenom i W. H. Bratainom. William je kao trogodišnjak došao s roditeljima u SAD. Diplomirao je 1932. godine na Kalifornijskom tehničkom institutu, a doktorirao 1936. godine na Masačusetskom tehnološkom institutu. Potom se zaposlio u William Bradford Shockley Bellovim laboratorijima1, gdje se sljedećih godina bavio fizikom čvrstoga stanja. Za vrijeme 2. svj. rata radio je na istraživanjima potrebnima za ratnu tehniku. Poslije rata osnovao je tim u Bellovim laboratorijima za istraživanja električnih pojava na poluvodičkim kristalima, koji su u 1 Bellovi laboratoriji, engl. Bell Laboratories, kraće Bell Labs, naziv istraživačkih i razvojnih laboratorija američke tvrtke Unitet States Bell Systems, New Jersey. U njima su nastali mnogi izumi i projekti: faks, solarne stanice, tranzistor, teleprinter, operativni program UNIX, programski jezici C i C++ i dr.

28

konačnici doveli do otkrića tranzistorskog učinka i konstrukcije prvo točkastoga, a potom slojnoga tranzistora. Radio je na razvoju proizvodnje tranzistora, te je zaslužan za razvoj američke poluvodičke industrije u Silicijskoj dolini. Poslije rada na tranzistorima, Shockley je ostatak radnoga vijeka bio profesor na Sveučilištu Stanford. John Bardeen (Madison, 23. svibnja 1908. – Boston, 30. siječnja 1991.), američki fizičar i elektroinženjer. Kao član tima zajedno je s W. B. Shockleyem i W. H. Brattainom 1947. godine otkrio tranzistorski učinak na kristalu germanija. Nobelovu nagradu za fiziku, 1956. godine, podije­lio s W. B. Shockleyem i W. H. Bratainom. Bardeen je, zajedno s Leonom N. Cooperom i Johnom Robertom Schriefferom, i 1972. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziku “za njihov zajednički razvoj teorije supravodljivosti, nazvane BCS teorijom” (prema početnim slovima njihovih prezimena), pa je jedini znanstvenik koji je dobio dvije Nobelove nagrade za fiziku. John Bardeen Bardeen je diplomirao elektrotehniku 1928. godine i magistrirao 1929. godine na Sveučilištu Wisconsin, a doktorirao 1936. godine matematičku fiziku na Sveučilištu Princeton. Pretežno se bavio fizikom čvrstoga stanja. Nakon rada u više ustanova, 1945. godine pridružio se timu u Bellovim laboratorijima koji je vodio Shockley, u kojem je sudjelovao u otkriću tranzistorskoga učinka. Nakon rada s tranzistorima, Bardeen je od 1951. do 1975. godine


radio kao profesor elektrotehnike na Sveučilištu Illinois. Walter Houser Brattain (Amoy, Kina, 10. veljače 1902. ‒ Seatle, 13. listopada 1987.) američki fizičar. Kao član tima zajedno je s W. B. Shockleyem i J. Bardeenom, 1947. godine, otkrio tranzistorski učinak na kristalu germanija. Nobelovu nagradu za fiziku, 1956. godine, podijelio je s W. B. Shockleyem i J. Bardeenom. Kao dječak došao je iz Kine u SAD. Diplomirao je 1924. godine na Sveučilištu Whitman, Walter Houser Brattain magistrirao 1926. godine na Sveučilištu u Oregonu. Radio je prvo kao fizičar u Nacionalnom uredu za norme, a poslije doktorata 1929. na Sveučilištu Minnesota, prešao je u Bellove laboratorije, gdje je radio do umirovljenja 1967. godine. Osobito se bavio istraživanjima elektronskih stanja pri površini čvrste tvari. Za vrijeme 2. svj. rata surađivao je na Sveučilištu Columbija. Bio je 1951/52. gostujući profesor na Sveučilištu Harvard, a od 1967. do 1972. na Sveučilištu Witman. W. B. Shockley, J. Bardeen i W. H. Brattain podijelili su 1956. godine Nobelovu nagradu za fiziku “za njihovo istraživanje na poluvodičima i za njihovo otkriće tranzistorskoga učinka”.

Prvi tranzistor koji je 1947. godine načinio W. H. Brattain (Bellovi laboratoriji)

1930-ih godina (O. V. Losev, J. Lillienfeld i dr.) bilo na pragu takvoga izuma, pa te njihove konstrukcije danas nazivamo pratranzistorima. Krajem 1930-ih godina konstruirane su stabilne kristalne diode. Poslije 2. svj. rata, u nastojanju konstruiranja jednostavnih i jeftinih elektroničkih sastavnica na osnovi poluvodičkih kristala, u Bellovim laboratorijima organizirali su tim vodećih fizičara čvrstoga stanja, pod vodstvom W. Shockleya. Istražujući svojstva poluvodičkoga kristala germanija od 17. studenoga 1947., na modelu koji je načinio W. H. Brattain, on i J. Bardeen uočili su 16. prosinca 1947. neobičnu pojavu. Na kristalu germanija, koji je bio na vodljivoj podlozi, bila su prislonjena dva bliska zlatna šiljka, koji

Tranzistorski učinak i izum tranzistora

Još na početcima radiotehnike, početkom 1900-ih godina, kao izvrstan detektor upotrebljavao se u prijamnicima grumenčić nekog poluvodičkog kristala, s pritisnutim metalnim šiljkom za “traženje” osjetljivoga mjesta. Pojavom elektronske cijevi 1907. godine, pouzdane ali i stotinama puta skuplje sastavnice, osobito zbog njene mogućnosti pojačavanja signala, kristalni je detektor napušten. Rabili su ga samo radioamateri. Ipak, neki su fizičari nastavili pokuse s kristalnim detektorom, tražeći mogućnost njegova stabiliziranja, ali i možebitnoga pojačanja signala. Nekoliko je izumitelja tijekom 1920-ih i

Replika prvoga tranzistora kakav je prikazan timu 23. prosinca 1947. (Bellovi laboratoriji)

29


Patentni nacrt tranzistora od 17. lipnja 1948. ‒ tranzistor sa šiljcima, spojen kao zajednička sastavnica dvaju strujnih krugova

su s kristalom na podlozi činili dvije kristalne diode na jednom kristalu. Kristal je bio spojen u dva strujna kruga, s time da je podloga bila zajednička. Prvi je krug bio spojen u propusnom smjeru, a drugi u nepropusnom. Pojava, koja je poslije nazvana tranzistorskom pojavom, uočena je u trima koracima: puštanjem struje u prvom krugu, pojavila se i struja u drugom krugu (iako je on bio spojen u nepropusnom smjeru), promjene struje u prvom krugu uzrokovale su i promjene struje u drugom krugu, a promjene struje u drugom krugu bile su veće. Svjesni da su na pragu važnoga otkrića, obavijestili su Shockleya. Mala pločica kristala germanija, spojena na određeni način u dva strujna kruga, otvarala je drugi krug, prenosila je i pojačavala električne promjene, slično kao i znatno složenija elektronska cijev trioda.

Povijesna fotografija trojice izumitelja tranzistora u Bellovim laboratorijima 1948. godine, koja je tada obišla svijet (slijeva nadesno J. Bardeen, W. B. Shockley i W. H. Brattain)

30

Nakon ponovljenih pokusa, svoja su opažanja 23. prosinca pokazali ostalim članovima tima. Na tom je sastanku, prema nekoliko inačica, od engleskoga naziva transconductance (prijenos vodljivosti) ili transfer i varistor skovan naziv nove sastavnice tranzistor (engl. transistor). U prvo je vrijeme bilo pokušaja da ga se naziva kristalnom diodom, ali je naziv tranzistor potom ušao u sve jezike. Prvotni nazivi onih triju elektroda na pločici germanija: baza (osnova), emiter (odašiljač) i kolektor (sakupljač), ostali su do danas kao nazivi triju dijelova i elektroda tranzistora. Istraživanja tranzistora nastavljena su u tajnosti, a patent je prijavljen 26. veljače te dopunjen 17. lipnja 1948. Prva tiskovna konferencija održana je 30. lipnja, a kratka obavijest za javnost pojavila se 1. srpnja 1948. Prvi članak u znanstvenoj literaturi objavili su Bardeen i Brattain u srpanjskom broju američkog časopisa Physicyl Review pod naslovom The tranzistor, A Semi-conductor Triode (Tranzistor, poluvodička trioda). Teorijsko tumačenje tranzistorske pojave dao je Shockley, pokazujući da je za to odlučan sloj u kristalu koji se javlja između dijela bogatijega pozitivnim nabojima i sloja bogatijega negativnim nabojima. Odmah nakon objavljivanja izuma i drugi proizvođači elektroničke opreme upustili su se u konstruiranje tranzistora. Prvi tranzistori s metalnim šiljcima, tzv. točkasti tranzistori (engl. point transistor), ručno proizvođeni, bili su neujednačenih električnih svojstava, i prvih su godi-


SVIJET ROBOTIKE

Kineska soba i robotički argument

na, uz sve prednosti, teško nadomještavali elektronske cijevi. Shockley je 1950. godine konstruirao slojni tranzistor (engl. junction transistor), koji je bio pogodan za serijsku proizvodnju. Tranzistori i njihovi sljednici, ponajprije tranzistor s učinkom polja tzv. FET, a posebno istom tehnikom proizvedeni cijeli električni sklopovi, tzv. integrirani sklopovi, potisnuli su do 1970-ih godina elektronsku cijev iz većine primjena. Cijena tranzistora i drugih poluvodičkih sastavnica vrtoglavo je padala, tako da je danas ona desetke milijuna puta manja nego za prve tranzistore. Nastala je suvremena poluvodička elektronika s minijaturnim, jeftinim i jednostavno proizvođenim uređajima. Izum tranzistora sredinom 20. st., kao preteče mnogih drugih sastavnica, unaprijedio je elektroniku, ali i nezamislivo promijenio naš svijet, konstruiranjem “pametnih” elektroničkih uređaja, ponajprije onih koje nazivamo elektroničkim računalima, a potom brojnih elektrokomunikacijskih, mjernih, medicinskih i drugih “čuda” suvremene tehnike, bez kojih je današnjim naraštajima nezamisliv čak i svakodnevni život. Dr. sc. Zvonimir Jakobović

Među suvremenim misliocima posvećenim problemu artificijelnog uma postoje i mnogi koji smatraju da strojevi, pa ni roboti nikada neće doseći stanje razumne inteligencije. U dokazivanju svojih tvrdnji koriste se različitim modelima ili misaonim eksperimentima. Jedan od najpoznatijih takvih modela je “Kineska soba” američkog filozofa Johna Rogersa Searlea koji se bavi problemom prirode uma, a može ga se svrstati u najutjecajnije protivnike mišljenja da računala koja operiraju s digitalnim simbolima razumiju ono što rade. Važno je, međutim, znati da Searle nije protivnik postojanja razu-

John Rogers Searle tvrdi da su strojevi koje nazivamo inteligentnim u stvari “kao-da” su inteligentni jer nemaju osobinu intencionalnosti, tj. namjere da nešto učine. Oni samo obrađuju simbole.

31


mnih strojeva. On smatra da je i čovjek stroj (ali za razliku od digitalnih računala biološki stroj) te da u njegovu umu nema ničeg što nije posljedica materijalne građe. Ali taj stroj ima nešto što računala nemaju, a to mu, primjerice, omogućava razumno komuniciranje korištenjem jezika. Pri toj komunikaciji biološki stroj ne samo da logično koristi sintaksu (gramatiku) jezika već riječi i rečenice imaju značenje, tj. semantiku. Suvremena računala nisu semantički strojevi jer operiraju simbolima kojima ne znaju smisao. Eksperiment nazvan Kineska soba, smatra Searle, to pokazuje. Zamislimo, kaže Saerle, zatvorenu sobu na kojoj postoji otvor za pitanja koja se umeću napisana na papiru i ispisana na kineskom. Nakon nekog vremena kroz otvor stiže na istom papiru odgovor na kineskom. Odgovori su logični, tj. inteligentni, imaju smisla pa zaključujemo na kraju da je u sobi netko pametan tko piše, govori i razumije kineski. Začuđuje, međutim, saznanje da je u sobi osoba koja ne zna kineski već samo engleski. Soba je puna knjiga na engleskom u kojima osoba koja odgovara na pitanja može pronaći svaki simbol na kineskom ali i način na koji se simboli pišu u nizu kako bi rečenice bile sintaktički ispravno napisane. Nakon što dobije pitanje osoba u sobi pretražuje knjige dok ne pronađe simbol koji je točno jednak onom na papiru pitanja i pravila ispravnog pisanja. Tako osoba koja ne poznaje jezik može koristeći se pravilima sintakse komunicirati s nekim na tom jeziku, a da taj s kim razgovara ne posumnja da ona ne zna jezik. Tako rade nebiološka računala. Drugim riječima, osoba u Kineskoj sobi prošla bi čuveni računalni Turingov test iako, budući da ne zna kineski, ne razumije ono o čemu govori. Osoba ne zna značenje simbola, a to u konačnici znači da ne može razviti ni svijest ili samosvijest. Ljudski mozak, zaključio je Searle, nije računalo na koje se samo primjenjuju funkcije. On ima nešto što nam omogućava razumijevanje, a to Searle zove kauzalni kapacitet mozga. Razmišljanje s razumijevanjem traži nešto više od pukog računanja. Kod razumijevanja jezika nije riječ samo o manipuliranju simbolima po formalnim pravilima. Nešto dovodi do razumijevanja. Kineska soba je puna sintakse, ali u njoj nema semantike. Jednostavno rečeno računalni program ne razumije simbole s kojima operira po nekim pravilima. Simboli nemaju za stroj nikakvo značenje pa stroj ne može nikada biti istinski inteligentan. On može biti samo “kao-da” je inteligentan. K tome, bitno svojstvo inteligentnosti je i intencionalnost, odnosno namjera, a to strojevi nemaju.

32

Tri od mnogobrojnih vizualnih prikaza misaonog eksperimenta Kineske sobe

Upravo je zanemarivanje intencionalnosti (namjera) strojeva razlog zbog kojega postmodernističko društvo sve češće se u svakodnevnom govoru pridaju strojevima osobinu inteligentnosti. Oni koji to rade, najčešće u reklamne svrhe, rukovode se dvojbenim pravilom da treba “uzeti sve onako kako vidimo”. Ako se, dakle, nešto prikazuje inteligentnim tada to i jest inteligentno. Nevažno je koji trik stoji iza scene sve dok u njega vjerujemo. Takav stav najuočljiviji je danas u tržišnoj komunikaciji o tzv. pametnim telefonima. Proizvođači kroz pojam “inteligentan” predstavljaju niz mogućnosti koje bi bez njegova korištenja objašnjavali. Po njihovu mišljenju jedina prava mjera inteligentnosti je sposobnost izvođenje nečega. Inteligencija stroja dokazuje se testom izvođenja. Protivnici takvog razmišljanja drže da je tako tumačena inteligencija stroja više socijalna činjenica, a ne činjenica o svoj-


stvenoj inteligenciji. Sličan fenomen vidljiv je i kod uporabe papirnatog novca. Papiru pridajemo osobinu novca (koji ima pokriće u zlatu) iako on nema svojstvenu (intrinsičnu) vrijednost pravog kovanog zlatnog novca. Postmodernistički pristup kao da podrazumijeva odricanje od razlikovanja svojstvene i “kao-da” intencionalnosti stroja. Ako prividnu intencionalnost uzimamo zdravo za gotovo, tj. smatramo je kao svojstvenu tada ona stvarno jest tj. postoji. No takva osoba sudjeluje u stvaranju kolektivne intencionalnosti koja se nastoji prenijeti na stroj koji nema intencionalnosti ili inteligencije svojstvene stroju po sebi. Riječ je o kolektivnoj intencionalnosti kao socijalnoj činjenici ili fenomenu. No to što se mi dogovorimo oko nečega ne može stroj načiniti razumnim. U robotici se problem Kineske sobe povezuje s hipotezom osmišljavanja simbola, (engl. symbol groundig hypothesis). Simboli koji nemaju smisao u stroju se, izravno ili neizravno, povezuju sa svijetom objekata i iskustvom. Čak i najapstraktniji pojmovi imaju svoja evolucijska ishodišta u konkretnom svije­tu objekata, a robot je “sredstvo” koje povezuje simbole sa svijetom. U 60-im i 70-im godinama 20. st. pokušavalo se na temelju simboličke

SIMBOLIČKI SUSTAV I MISAONA STANJA STROJA Biti inteligentan i razumjeti pojmove i stvari nije isto. Veliki dokaz za to je uspjeh računala u šahu. Unatoč tome što računala uvijek pobjeđuju obične igrače šaha, a u stanju su pobijediti i svjetske prvake, ne smatra se da su šahovski računalni prvaci razumni. Razlog je u tome što je šah formalno operiranje sa simbolima. Filozofi bi rekli da je to zbog toga jer digitalna računala ne pokazuju u svojim obradama simbola namjeru, tj. intencionalnost kao osnovnu osobinu bioloških računala koja simbolima pridaju smisao, dok stroj prolazi kroz funkcionalna stanja operiranja simbolima koji nemaju smisla. Rezultat je vrlo logičan, ali i nerazuman stroj.

paradigme načiniti robote koji će koristiti simbole, na temelju njih stvarati reprezentaciju svijeta u kojem djeluju i planiraju aktivnosti. Rezultati su bili skromni. Znanstveni i praktični prodor je zabilježen u 90-ima kad je odbačena simbolička paradigma i načinjeni roboti s vrlo učinkovitim i uvjerljivim osobinama koji nisu koristili procesiranje simbolima. Bila je to tzv: “inteligencija bez razuma” uspješna u području praktičnih svladavanja temeljnih vještina gibanja, preživljavanja, zapažanja, održavanja ravnoteže itd. Korištenje simbola činilo bi robote sporima i neuspješnima. Umjesto toga, roboti su dovoljno često i na odgovarajući način osjećali svijet oko sebe i reagirali na njega. Na taj način, smatraju robotičari, mogu se postupnom nadogradnjom postići kauzalni kapaciteti o kojima Searle govori. No Searle je odbacio i robotički argument zbog toga što se svaki osjet u stroju prevodi u digitalni zapis pa potom obrađuje kao simbol čime se stvar vraća na eksperiment Kineske sobe. Većina teoretičara drži da je problem u neusklađenoj komunikaciji i neusuglašenim pojmovima, jer kad se malo bolje pogleda vidi se da se o istim stvarima govori na različit način. Inteligencija se pojavljuje iz distribuirane mreže ne-mislećih dijelova. Taj stav podržavaju i neki od vodećih filozofa uma poput Daniela Dennetta ili Marvina Minskog koji drži da se “um može izgraditi od mnoštva malih dijelova koji su po sebi neinteligentni”. Interni simbol s kojim stroj operira dobiva smisao kroz robotsku sposobnost da detektira, identificira i djeluje na stvarima na koje se riječi (simboli) i rečenice pozivaju. Dakle, osim simboličkog sustava mora postojati senzoričko-motorički sustav na koji se simbolički sustav razmišljanja stalno poziva. Iz toga proizlazi da bi pravi test razumske sposobnosti stroja bio robotski hibridni simboličko/senzoričko-motorički Turingov test. Smisao internih simbola i njihovo značenje postizalo bi se kroz sposobnost robota da osjeti, prepozna, kategorizira i djeluje na stvari na koje se riječi i rečenice pozivaju. Interni simboli povezani su sa svijetom izvanjskih objekata. Razlika između tradicionalnog i modernog stava je u tome što je danas poprilično jasno da se biološki semantički um ne može staviti u računalo, ali se isto tako ne može pobiti mogućnost da se, unatoč tome što do danas nema čvrstih dokaza da stroj razumije to što radi, u distribuiranom sustavu s botom-up izgradnjom pojavi dokaz razumijevanja. Igor Ratković

33


3D pisači - programska podrška Došli smo i do zadnjeg nastavka serijala o 3D pisačima. U prethodnim nastavcima upoznali smo se s tehnologijama 3D ispisa te s mehanikom i elektronikom MendelMaxPRO 3D pisača. Pokazali smo kako izraditi 3D model programom FreeCAD i pripremiti ga za 3D ispis programom Slic3r. U ovom nastavku obradit ćemo programsku podršku koja omogućuje rad samog pisača: upravljački program Repetier te Marlin ugrađeni program (firmware) pisača.

Upravljački program Repetier

Upravljački program korisniku omogućuje kontrolu pisača i ekvivalent je pogonskom programu (driver) klasičnog 2D pisača. Osnovna zadaća mu je slanje 3D modela na ispis. Slika 1. prikazuje sučelje za ispis dokumenta iz programa Microsoft Word, a slika 2. sučelje programa Repetier. U oba slučaja prikazuje se dokument koji će se ispisati, parametri ispisa te naredba za pokretanje ispisa. Obzirom da je 3D pisač složeniji uređaj od klasičnog tintnog ili laserskog pisača, program Repetier nudi nam niz dodatnih opcija za kontrolu pisača. List “Preview” prikazan na slici 2. omogućuje nam pregled učitanog modela prije ispisa. Moguće je vidjeti cijeli model, jedan sloj ili odabrane slojeve. Slika 3. prikazuje 41. i 42. sloj modela. Program Repetier omogućuje povezivanje s programom za pripremu 3D modela (npr. Slic3r),

NOVE TEHNOLOGIJE

Slika 2. 3D ispis iz programa Repetier

tako da se priprema modela i sam ispis mogu provoditi unutar istog sučelja. List “Manual Control”, prikazan na slici 4., omogućuje ručno upravljanje pisačem: pomicanje pojedinih osi i dovođenje u početnu (home) poziciju te upravljanje temperaturom glave i radnog stola. Kao i svi opisani programi i Repetier je open source i moguće ga je slobodno preuzeti s adrese http://www.repetier.com/.

Slika 3.

Marlin ugrađeni program

Za razliku od svih ostalih programa, koji se izvršavaju na PC računalu, ugrađeni program, kako mu naziv i govori, smješten je u flash programskoj memoriji Arduino 2560 Mega kontrolera. Osnovna zadaća mu je prihvat G-code naredbi s nadređenog PC računala ili SD kartice, njihovo dekodiranje i izvršavanje kroz upravljanje sklopovljem pisača. Pisan je u programskom jeziku C i razvijen u Arduino IDE razvojnom okruženju. Objašnjenje strukture ugrađenog pro-

Slika 1. Ispis iz programa Microsoft Word

34


Promjenom tih parametara ugrađeni program moguće je prilagoditi različitim konfiguracijama 3D pisača i upravljačke elektronike. Prilagodba parametara i upisivanje ugrađenog programa u kontroler je relativno jednostavan postupak koji ne zahtijeva programerska znanja. Koristimo Arduino IDE razvojno okruženje, koje je moguće besplatno preuzeti s http://arduino.cc/en/Main/Software. Marlin ugrađeni program moguće je, također besplatno, preuzeti s https://github.com/ErikZalm/Marlin. U Arduino IDE treba učitati Marlin projekt, preko datoteke ”Marlin.ino”. Slika 6. prikazuje Arduino IDE s učitanim Marlin programom, otvorenom datotekom ”Configuration.h” i odabranom ikonom za upisivanje programa u kontroler. Slika 4. Ručno upravljanje pisačem

grama, a naročito detalja implementacije izlazi izvan okvira ovog članka. Dovoljno je reći da programski kod ima 24 tisuće redaka! Marlin ugrađeni program podržava niz 3D pisača upravljanih različitim kontrolerima. Zbog toga je važno objasniti način prilagodbe i postupak upisivanja ugrađenog programa u kontroler pisača. Na slici 5. prikazani su najvažniji parametri, definirani u datoteci “Configuration.h”. #define BAUDRATE 115200 // Brzina komunikacije #define MOTHERBOARD 33 // Arduino Mega 2560 + RAMPS #define EXTRUDERS 1 // Pisač ima jedan ekstruder #define POWER_SUPPLY 1 // ATX PC napajanje // definiranje tipa termistora (EPCOS 100k) #define TEMP_SENSOR_0 1 #define TEMP_SENSOR_1 0 #define TEMP_SENSOR_2 0 #define TEMP_SENSOR_BED 1 // maksimalne dozvoljene temperature #define HEATER_0_MAXTEMP 270 #define HEATER_1_MAXTEMP 270 #define HEATER_2_MAXTEMP 270 #define BED_MAXTEMP 125 // parametri PID regulatora temperature glave #define DEFAULT_Kp 25.36 #define DEFAULT_Ki 1.63 #define DEFAULT_Kd 98.90 // dimenzije radnog prostora #define X_MAX_POS 205 #define X_MIN_POS 0 #define Y_MAX_POS 205 #define Y_MIN_POS 0 #define Z_MAX_POS 160 #define Z_MIN_POS 0 // Broj koraka koračnog motora za pomak pojedine osi od 1 mm #define DEFAULT_AXIS_STEPS_PER_UNIT {80,80,1600,780}

Slika 5. Parametri upravljačke elektronike i pisača (datoteka ‘Configuration.h’)

35

Slka 6. Arduino IDE razvojno okruženje

Nakon što načinimo željene izmjene u konfiguraciji, priključimo kontroler i zadamo naredbu “Upload”. Automatski će se pokrenuti prevođenje programa (izvršna verzija programa treba biti u strojnom jeziku Atmel ATmega kontrolera) i upisivanje u flash memoriju kontrolera. Kroz serijal o 3D pisačima imali ste priliku upoznati se s tom fascinantnom i sve dostupnijom tehnologijom. Nadamo se da smo vas potaknuli da se i sami okušate u izradi 3D pisača, u čemu ćemo vam rado pomoći. Pitanja možete uputiti autoru na davor.antonic@mikroelektronika.hr Dr. sc. Davor Antonić


Uređenje stana

TAPETE

Da, tapete i obloge na zidu vaše sobe mogu biti po vašoj želji. Malo neobične i zanimljive. Možda i za čitanje nakon nekoliko godina. Samo se treba odvažiti na takve zahvate. Odaberite željene stranice novina i na posao. Ako ste glazbenik, dobre će biti i tiskane note. Tiskane! Nabavite ljepilo za tapete i krenite s lijepljenjem. Kada je papir namočen, ostavite ga trenutak da se ljepilo upije. Istisnite mjehure zraka. Sastave doradite masom za obradu zida (“gletanje” i punjenje neravnina). Malo pobrusite i ponovno premažite ljepilom. Kako bi ugođaj bio potpun, ljepilu možete dodati boje. Zanimljive detalje postići ćete i ljepljivim vrpcama. (o) Ilustracije SM 8./07.