__MAIN_TEXT__

Page 1

I Kodiranje - BBC micro:bitI I SF priča I I Mala škola fotografije I

ISBN 0400-0315

Rubrike

Izbor

I Delta 3 - Američka raketa nosač

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

velikog potenciala, ali male upotrebe I IV  irtualne valute I IW  orld Robotics 2020. I

www.hztk.hr ČASOPIS ZA MODELARSTVO I SAMOGRADNJU

Broj 641 I Siječanj / January 2021. I Godina LXV.


IZ SVIJETA ZNANOSTI

Upoznajte zeptosekundu, najkraću jedinicu vremena ikad izmjerenu

U OVOM BROJU Upoznajte zeptosekundu, najkraću jedinicu vremena ikad izmjerenu. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Virtualne valute. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Upoznajte AU-Spota. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 BBC micro:bit [15]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Delta 3 - Američka raketa nosač velikog potencijala, ali male upotrebe . . . . . . 12 Shield-A, učilo za programiranje mikroupravljača (11). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Mala škola fotografije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Pogled unatrag. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Analiza fotografija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Robotski modeli za učenje kroz igru u STEM-nastavi - Fischertechnik (35) . . . . . . 23 Solarne elektrane u svemiru mogle bi biti rješenje za naše energetske potrebe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Čestica svjetlosti, nazvana foton (žuta strelica), stvara elektronske valove iz elektronskog oblaka (sivo) molekule vodika (crveno: jezgra). Rezultat tih interakcija ono je što se naziva uzorkom smetnji (ljubičastobijela). Uzorak smetnji lagano je nagnut udesno, što omogućuje istraživačima da izračunaju vrijeme prelaska fotona s jednog atoma na drugi. Pročitajte više na 33. stranici. Fotografija: © Sven Grundmann/Sveučilište Goethe, Frankfurt

Optički mjerni instrumenti. . . . . . . . . . . . . . . . 28 Upoznajte zeptosekundu . . . . . . . . . . . . . . . . 33 World Robotics 2020.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Nacrt u prilogu: Delta 3 - Američka raketa nosač velikog potencijala, ali male upotrebe Robotski modeli za učenje kroz igru u STEM-nastavi - Fischertechnik (35)

Nakladnik: Hrvatska zajednica tehničke kulture, Dalmatinska 12, P. p. 149, 10002 Zagreb, Hrvat­ ska/Croatia Glavni urednik: Zoran Kušan Uredništvo: Ivan Jurić – Zagrebačka zajednica tehničke kulture, Sanja Kovačević – Društvo pedagoga tehničke kulture Zagreb, Neven Kepenski – Modra Lasta, Zoran Kušan – urednik, HZTK, Danko Kočiš – ZTK Đakovo DTP / Layout and design: Zoran Kušan Lektura i korektura: Morana Kovač Broj 5 (641), siječanj 2021. Školska godina 2020./2021. Naslovna stranica: Stop COVID-19!, ilustracija Kyrgyz Express Post, dizajner: Maxim Cerevcov Uredništvo i administracija: Dalmatinska 12, P.p. 149, 10002 Za­greb, Hrvatska

telefon (01) 48 48 762 i faks (01) 48 46 979; www.hztk.hr; e-pošta: abc-tehnike@hztk.hr “ABC tehnike” na adresi www.hztk.hr Izlazi jedanput na mjesec u školskoj godini (10 brojeva godišnje) Rukopisi, crteži i fotografije se ne vraćaju Žiro-račun: Hrvat­ska zajednica tehničke kul­ture HR68 2360 0001 1015 5947 0 Devizni račun: Hrvatska zajednica tehničke kulture, Zagreb, Dalmatinska 12, Zagre­bačka banka d.d. IBAN: 6823600001101559470 BIC: ZABAHR2X Cijena za inozemstvo: 2,25 eura, poštarina uključena u cijeni Tisak: Alfacommerce d.o.o., Zagreb

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


TEHNIČKE POŠTANSKE MARKE

Virtualne valute Nekoliko kriptomaraka izdanih proteklih mjeseci svjedoči razvoju financijskih usluga. Njihova kupovina bila je moguća i uz pomoć virtualne valute, poznatije pod nazivom kriptovaluta. Prema Hrvatskoj agenciji za nadzor financijskih usluge (HANFA) virtualne valute Zakonom su definirane kao: “digitalni prikaz vrijednosti koji nije izdala i za koji ne jamči središnja banka niti javno tijelo, koji nije nužno povezan sa zakonski uspostavljenom valutom te nema pravni status

Slika 1. Sve je veći broj proizvoda koji se mogu kupiti uz pomoć virtualnih valuta koje nisu novac

valute ili novca, ali ga fizičke ili pravne osobe prihvaćaju kao sredstvo razmjene i može se prenositi, pohranjivati te se njime može trgovati elektroničkim putem”. Premda su kriptovalute aktualne već gotovo desetak godina, još uvijek su novost. Trenutačno u svijetu postoji preko 1600 kriptovaluta, a najpoznatije su bitcoin, ethereum, litecoin, zcasha i ripple. Globalno su prihvaćene za međunarodna plaćanja isključivo internetom, ali i za ulaganja. Za transakcije kriptovalutama nema naknade pa su međunarodna plaćanja jednostavnija i jeftinija jer one nisu vezane ni za koju zemlju ili podložne regulaciji. To su elektronički zapisi o određenim vrijednostima pohranjeni u elektroničkim novčanicima (engl. wallet) na internetskim stranicama koje pružaju takvu uslugu. Nastaju na računalima rješavanjem složenih računalnih jednadžbi, a mogu se kupiti i putem bankomata, odnosno na internetskim burzama. Drže se u elektroničkom novčaniku na nekoj od brojnih internetskih stranica koje pružaju tu uslugu. Hrvatska narodna banka (HNB)

upozorava kako je ulaganje u virtualne valute visokog rizika, kako onih operativnih tako i drugih rizika gubitka imovine. Riječ je o proizvodima čija cijena, odnosno vrijednost podliježe znatnoj fluktuaciji u vrlo kratkom vremenskom razdoblju, kod kojih nema instrumenata zaštite i koji nisu regulirani. Kod virtualnih valuta postoji i velika vjerojatnost znatne promjene cijene. Tako primjerice bitcoin, najpoznatija i prva kriptovaluta kreirana prije desetak godina s 0,003 dolara 2010. skočila je 2018. na čak 9000 dolara, pa iste godine pala na 4000 dolara, a u siječnju 2021. vrijedi 32000 američkih dolara! Kriptomarke s početka članka iznimno su važne za razvoj ove relativno mlade industrije i spoj filatelije i moderne tehnologije te povezuju digitalni i analogni svijet. Sastoje se od dva dijela, standardne fizičke marke i digitalnog dijela tokena koji omogućuje vlasniku da ju spremi u svoj digitalni novčanik. Fizička poštanska marka može se koristiti za plaćanje poštanskih usluga kao i svaka druga marka, dok je digitalni dio digitalni token koji je kreiran na platformi Ethereum, te je na blockchainu zastupljen kao non-fungible token (NFT, jedinice vrijednosti koje proizlaze iz pametnih ugovora na nekom od postojećih blockchaina). Ovakvi se tokeni obično koriste za digitalne predmete čija je vrijednost kolekcionarska kao u slučaju kriptomarke. Digitalni token može se koristiti na svim ERC721 (NFT) aplikacijama poput OpenSea  te s novčanicima koji podržavaju takve tokene poput Trust walleta. Takvi non-fungible tokeni imaju sakupljačku

Slika 2. Motivi kriptomarke UN-a sadrže 51 različit motiv s prikazom 17 ciljeva održivog razvoja na tri različita jezika

3


je i za četvrto tromjesečje ove godine najavljeno izdavanje još jedne kriptomarke.

Zaustavimo COVID-19

U 2020. godini sve su se zemlje svijeta suočile s krizom izazvanom širenjem zaraze korona virusa COVID-19. Pandemija je velik izazov za svjetske zdravstvene službe koje se suočavaju

Slika 3. Prvu kriptomarku izdao je Gibraltar, britanski prekomorski teritorij, koji znatan izvor prihoda ostvaruje upravo od prodaje maraka

vrijednost jednako kao i klasične marke čime se postiže vjerno prevođenje filatelije u digitalni svijet. Budući da se takvi tokeni nalaze na mreži Ethereum, imaju potencijal živjeti zauvijek čime je filateliji dodana nova dimenzija – zaštita od propadanja zbog proteka vremena. Kriptomarke se obično izdaju u formi bloka, zatvorene sigurnosnom folijom radi zaštite podataka od trećih osoba. Kao što je već spomenuto, osim fizičke marke na kriptomarki se nalazi i predgenerirana Ethereum adresa virtualnog novčanika s pripadajućim QR-kodom na kojem je pohranjen identitet digitalne kriptomarke spremne za aktivaciju te privatni ključ, odnosno niz od desetak riječi koji je lozinka za digitalni novčanik potreban za aktivaciju ili prijenos digitalne kriptomarke na drugu Ethereum adresu. S obzirom da su kriptomarke na tržištu novina, vrlo često postižu desetak puta veću cijenu od one prodajne. Neke takve transakcije nalaze se na stranicama Ujedinjenih naroda koji su u svoja tri ureda (Beč, Ženeva i New York) krajem prošle godine izdali kriptomarke u ukupnoj nakladi od 90 tisuća primjeraka. Kao motivi, s posebnim naglaskom na posebnost i ekskluzivnost, uzeto je 17 UN-ovih ciljeva održivog razvoja, tiskanih na tri različita jezika (njemački, francuski i engleski), što u konačnici znači 51 različit motiv. Kupci ovih maraka ne mogu znati koji su motiv dobili dok ga ne aktiviraju, što znači da mogu kupiti npr. 100 maraka, a da dobiju isti motiv. O popularnosti UN-ovih kriptomaraka govori i podatak kako

4

Slika 4. Zbog pandemije izazvane korona virusom na snazi su različiti načini zaštite pri međusobnim kontaktima

s potrebom pružanja hitne pomoći milijunima ljudi. Nažalost, brojne su posljedice koje je donijela pandemija, ali je isto tako iznjedrila brojne primjere ljudske solidarnosti, nesebičnosti i herojskog obavljanja profesionalnih dužnosti. Prevladavanje globalne zdravstvene i ekonomske krize zahtijeva uključivanje svake osobe i organizacije u borbu protiv pandemije. Različitim sredstvima informiranja ljudi diljem svijeta potiču se na preventivne mjere kojima se sprječava širenje ove akutne virusne bolesti. S obzirom da se ne zna kada će ova pan-

Slika 5. Metaforički prikaz cjepiva koje će istrijebiti virus COVID-19


demija završiti i koliku smrtnost može izazvati, vrlo je važno različitim edukativnim porukama doći da najšire svjetske populacije. Jedan od načina privlačenja pozornosti su i poštanske marke radi svoje vjerodostojnosti. Na desetine nacionalnih poštanskih operatora u vlasništvu vlada država izdale su ih u protekloj godini te tako dale svoj doprinos u ovoj borbi. Njima se

najčešće odaje priznanje zdravstvenim djelatnicima (Španjolska), upozorava na držanje distance između ljudi (Austrija), nošenje maski (Bahami), održavanje higijene (Ujedinjeni narodi), mjerenje temperature (Tajland), ali isto tako uz pomoć njih se ostvaruju određene financijske koristi, najčešće za najpotrebitije (Kirgistan). Ivo Aščić

Upoznajte AU-Spota Upoznajte AU-Spota, robota psa s umjetnom inteligencijom koji je treniran za istraživanje špilja na Marsu Sjedni! Stani! Hvataj! Pronađi marsovsku pećinu! Istraživanje Marsa prepušta se psima. Točnije, psima robotima. Znanstvenici opremaju četveronožne robote koji oponašaju životinje, s umjetnom inteligencijom i nizom senzorske opreme koja će botovima pomoći da se samostalno kreću po nepoznatom terenu i podzemnim špiljama na Crvenom planetu. U prezentaciji na godišnjem sastanku Američke geofizičke unije (AGU), održanom krajem prošle godine putem interneta, istraživači s NASA-e/JPL-Caltecha predstavili su svoje “pse s Marsa” koji mogu manevrirati na način na koji roveri na kotačima kao što su Spirit, Opportunity, Curiosity i nedavno lansirani Perseverance nisu nikada mogli. Spretnost i izdržljivost novih robota udružena je sa senzorima koji im omogućuju izbjegavanje prepreka, odabir između više staza i izradu virtualnih mapa ukopanih tunela i pećina za operatere u matičnoj bazi, kažu znanstvenici iz AGU-a. Tradicionalni Marsovi roveri ograničeni su uglavnom na ravne površine, ali do mnogih znanstveno zanimljivih Marsovih područja moguće je doći samo preko vrlo grubog terena ili silaženjem pod zemlju. Hodajući “psi” roboti dobro su pripremljeni za takve izazove ‒ čak i ako padnu, mogu se ponovno podići. “Padanje ne znači neuspjeh misije”, rekli su znanstvenici tijekom prezentacije. “Koristeći algoritme za oporavak, robot se može uspraviti iz velikog broja padova.”

SVEMIRSKA ISTRAŽIVANJA Marsovski pas bio bi otprilike 12 puta lakši od trenutnih rovera te sposoban putovati puno brže, postižući normalnu brzinu hodanja od 5 kilometara na sat tijekom testova. U usporedbi s time, rover Curiosity kotrlja se po površini Marsa brzinom od 0,14 kilometra na sat. Na Marsu špilje mogu pružiti utočište budućim ljudskim kolonijama, pružajući prirodnu zaštitu od smrtonosnog UV-zračenja, ekstremne hladnoće i jakih oluja prašine koje mogu trajati tjednima i ponekad su dovoljno velike da ih mogu registrirati teleskopi na Zemlji, tvrde u NASA-i. Špilje također mogu sadržavati dokaze o životu iz Marsove daleke prošlosti ili čak pružiti trenutni dom organizmima koji žive duboko pod zemljom. Roveri s nogama koji mogu hodati oko kamenja, spuštati se u špilje i birati stazu ‒ istovremeno prikupljajući mjere i crtajući mapu onoga što “vide” ‒ mogli bi znanstvenicima ponuditi nove mogućnosti za otkrivanje znakova života izvan Zemlje. Autonomni Marsov pas, nazvan Au-Spot, dotjerana je verzija Spota, četveronožnog mehaničkog istraživača kojeg je napravila robotska tvrtka Boston Dynamics. Više od 60 znanstvenika i

Au-Spot skenira svoju okolinu nizom senzora koje obrađuje računalo, omogućujući “marskovskom psu” da 3D mapira ono što se nalazi oko njega. (NASA/JPL-Caltech)

5


KODIRANJE

BBC micro:bit [15]

Tko je dobar dečko? (NASA/JPL-Caltech)

inženjera iz tima Collaborative SubTerranean Autonomous Resilient Robots, ili CoSTAR, opremili su Au-Spota umreženim senzorima i softverom koji mu pomažu u sigurnom i autonomnom skeniranju, kretanju i mapiranju njegove okoline. Au-Spot obrađuje ulazne podatke Lidara (daljinsko očitavanje pomoću laserskih impulsa), vizualnih, toplinskih senzora i pokreta za stvaranje 3D-mapa. Marsovski pas također koristi umjetnu inteligenciju kako bi naučio što treba izbjegavati te da bi identificirao objekte koji bi mogli biti od znanstvenog interesa, dok komunikacijski modul omogućuje robotu prijenos podataka na površinu tijekom istraživanja pod zemljom. Članovi tima CoSTAR-a testiraju Au-Spota na nizu prepreka, vodeći ga kroz tunele i hodnike, uz stepenice i rampe; i na mjestima koja oponašaju Marsove krajolike, poput tunela od lave u sjevernoj Kaliforniji. Te demonstracije pokazuju da se nevezani roboti mogu kretati oko stijena i mapirati duboke špilje. “To bi moglo jednoga dana omogućiti da se revolucionarne znanstvene misije odvijaju na površini i ispod površine Marsa, pomičući time NASA-ine mogućnosti u istraživanju tradicionalno nepristupačnih mjesta”, rekli su znanstvenici u AGU-u. Izvor: www.livescience.com Snježana Krčmar

6

Poštovani čitatelji, u prošlom ste nastavku detaljno upoznali tipku. Na kraju teksta predložen je zadatak za samostalan rad. Traženo je da u postojećoj mobilnoj aplikaciji dodate potrebne elemente i blokove tako da se kod svakog pritiska tipke SW1 koja je spojena na P0 BBC micro:bita oglasi mobitel izgovaranjem rečenice i vibracijom. Evo rješenja: Aplikaciji najprije trebate dodati neke nove elemente i ugoditi im svojstva prema popisu u nastavku. Dovucite TextToSpeech1: Language “en”. Dovucite Sound1. Dovucite Clock2: TimerInterval “2000”; uklonite kvačice s “TimeAlwaysFires” i s “TimerEnabled”. U prikazu “Bloks” dovucite blokove koji su prikazani na Slici 15.1.

Slika 15.1. Ove blokove valja dodati uz one postojeće u projektu BBC_TIPKA iz prošlog nastavka serije

Potom nadopunite postojeći blok “when Microbit_Io_Pin_Simple1. InputPinDataReceived do…” kako je prikazano na Slici 15.2.

Slika 15.2. Postojećim blokovima treba dodati zelene blokove, “set Clock1…”, “set Clock2…” i ljubičaste blokove, “call TextToSpeech1…”, “call Sound1…”


Možda se pitate čemu sve te komplikacije s tajmerima? Pribjeglo se drugom tajmeru koji na dvije sekunde zaustavlja prvi kako bi se mobitelu dalo vremena da izgovori cijelu poruku. Ako isprobate aplikaciju bez drugog tajmera bit će vam potpuno jasno koja se zbrka stvara pri izgovaranju teksta. Na kraju, nadopunite postojeći blok “when BluetoothLE1. Disconnected do…” kako je prikazano na Slici 15.3.

ometrom, preko ugrađenog dugmeta, moguće mijenjati jačinu zvuka. Osnovne dijelove potenciometra možete vidjeti na Slici 15.5.

Slika 15.5. Dijelovi unutar kućišta potenciometra

Slika 15.3. Postojećim blokovima treba dodati zeleni blok “set Clock2…”

Tako prepravljenu aplikaciju otpremite do mobitela, instalirajte ju i isprobajte. Dosad ste naučili na koji se način kodira mobilna aplikacija koja koristi programski element “Microbit_Io_Pin_Simple” za BBC micro:bitne digitalne ulaze (aplikacija s tipkom) i digitalne izlaze (aplikacija s RGD LED-icom). Preostaju vam analogni ulazi i analogni izlazi. U ovom ćete nastavku serije naučiti kodirati analogne ulaze. U tu svrhu idealan je potenciometar, no najprije ga valja podrobnije upoznati.

Potenciometar

To je elektronički element koji se ponaša isto kao djelitelj napona s otpornicima s tom razlikom što je kod potenciometra moguće mijenjati vrijednosti otpora zakretanjem vratila. Kako biste ovo shvatili najprije proučite njegov fizički izgled, Slika 15.4., a potom i sve drugo.

Između izvoda A i C nalazi se grafitni sloj određene postojane vrijednosti otpora. To je ustvari otpornik po kojemu, dok vrtite vratilom, klizi klizač. Klizač je u električkoj vezi sa srednjim izvodom B. Sam klizač dijeli postojanu vrijednost otpora otpornika potenciometra na dva dijela, odnosno na dva otpornika promjenljivih vrijednosti. Kako je već rečeno, sve je to usporedivo s djeliteljem napona s otpornicima, Slika 15.6.

Slika 15.6. Lijevo – djelitelj napona s otpornicima, desno – potenciometar

Karakteristika jednog i drugog sklopa je ta da je razlika napona razmjerna razlici otpora, odnosno U1 : U0 = R1 : R0. Potenciometar se u elektronici koristi kao regulator napona, no ponekad se koristi i kao običan promjenljivi otpornik – reostat, a tada se koriste samo dva njegova izvoda, A i B ili B i C. U upotrebi su i potenciometri kod kojih nema vratila. Ugađa se odvijačem. To su takozvani polupromjenljivi potenciometri ili trimer-potenciometri, Slika 15.7. Jedan takav trimer-potenciometar i vi ćete koristiti u nastavku ove lekcije.

Slika 15.4. Fizički izgled potenciometra i njegov simbol u elektroničkim shemama

Potenciometar se maticom pričvršćuje na komandnu ploču uređaja, a na njegovo se vratilo ugrađuje dugme. Pogledajte zvučne kutije školskog stolnog računala. Kod njih je potenci-

Slika 15.7. Razne izvedbe trimer-potenciometara

Dobro je znati da se proizvode i specijalni potenciometri koji nemaju linearnu, već logari-

7


tamsku promjenu otpora. To je na kućištu samog potenciometra naznačeno, pokraj omske vrijednosti piše “log” ili slovo B, dok kod linearnih piše “lin” ili slovo A ili ne piše ništa od navedenog.

Eksperiment s potenciometrom

Prema elektroničkoj shemi sa Slike 15.8. i montažnoj shemi sa Slike 15.9. spojite trimer-potenciometar POT1 od 10 000 Ω na izvod P0 BBC micro:bita.

skih proizvođača piše samo brojka 103. Kod tog načina pisanja zadnja znamenka označava broj nula, a tako dobivena vrijednost iskazana je u Ω. Dakle, 103 je 10 s tri nule, odnosno 10 000 Ω. U MC E prepišite programski kôd sa Slike 15.10. te ga preuzmite i otpremite do pločice BBC micro:bita.

Slika 15.10. Ovaj je kôd potreban za ispitivanje funkcionalnosti sklopa s trimer-potenciometrom

Slika 15.8. Elektronička shema eksperimenta s potenciometrom

Slika 15.9. Montažna shema eksperimenta s potenciometrom

Ovdje valja napomenuti da razni proizvođači na samom tijelu potenciometra različito obilježavaju omsku vrijednost. Kod europskih proizvođača piše 10k što znači 10 kΩ. Kod azij-

Slika 15.11. Blok map potražite kod Math

8

Ako je sve kako valja, na LED-matrici BBC micro:bita ispisuje se neki broj između 0 i 1023 što ovisi o položaju klizača trimer-potenciometra. Kad je klizač trimer-potenciometra zakrenut skroz ulijevo trebala bi se prikazivati brojka 0, a kad je klizač skroz udesno brojka 1023. Uzmite odvijač i to isprobajte. Nažalost treba konstatirati da analogni ulazi BBC micro:bita imaju izraženu toleranciju, naime nemoguće je dobiti te krajnje dvije vrijednosti. Radi usporedbe, autor ovih redaka polučio je tri različita rezultata kod tri različita BBC micro:bita. Kod prvog su dobivene vrijednosti 1 i 1021, kod drugog su te vrjednosti bile 5 i 1023, a kod trećeg 2 i 1021. Na sreću, u MC E postoji blok kojim se taj problem da softverski riješiti. U MC E prepišite programski kôd sa Slike 15.11. te ga preuzmite i otpremite do pločice BBC micro:bita. Programski blok map prestrojava dobivene analogne vrijednosti u raspon koji želite. Prvi broj slijeva kod “low” je onaj koji ste pročitali na LED-matrici kad je klizač trimer-potenciometra bio ugođen skroz ulijevo. Sljedeći broj kod “high” je onaj koji ste dobili kad je klizač bio ugođen skroz udesno. Zadnja dva broja označavaju raspon koji želite dobiti nakon prestrojavanja. Program isprobajte. Ako je sve kako valja dobit ćete očekivane vrijednosti.


Pitanje: Kad biste klizač potenciometra ugodili tako da na LED-matrici čitate 512, koliki bi tada bio napon doveden do izvoda P0 BBC micro:bita? Odgovor: Za različite ulazne napone koji idu od 0 V do 3,3 V dobivaju se 1024 različita broja (0–1023). 512 je polovina od 1024, a to znači da je preko potenciometra na izvodu BBC micro:bita doveden upola niži napon, odnosno 1,65 V. Ovo važi kad je BBC micro:bit napajan preko USB-a. Kad je napajan preko baterija ulazni napon je nešto niži, oko 2,86 V. Do izvoda P0 tada se dovodi upola niži napon koji iznosi 1,43 V.

Mobilna aplikacija

Pripremite mobilnu aplikaciju u kojoj će se na zaslonu mobitela ispisivati brojevi dobiveni s BBC micro:bita. Pokrenite MIT AI. Imenujte novi projekt, na primjer BBC_POTENCIOMETAR. Do virtualnog mobitela dovucite potrebne elemente te im promijenite imena i pokoje svojstvo, prema popisu u nastavku. Screen1: Title “BBC potenciometar”. Dovucite “HorizontalScrollArrangement1”, a potom unutar njega dovucite četiri “Button”. Button1: Rename “Button1SKENIRAJ”; Text “Skeniraj”. Button2: Rename “Button2ZAUSTAVI”; Text “Zaustavi skeniranje”. Button3: Rename “Button3SPOJI”; Text “Spoji”. Button4: Rename “Button4ODVOJI”; Text “Odvoji”. Ispod “HorizontalScrollArrangement1” dovucite “Label1”: Text “Trenutno stanje: nije spojeno”. Ispod svega dovucite “ListView1”. Ispod toga dovucite “Label2”:Rename “Label2PODACI_S_P0”; FontSize “50”; Text “--”; TextAlignment “center : 1”. Dovucite “Clock1”; kod “TimerInterval” upišite “100”; uklonite kvačice s “TimerAlwaysFires” i s “TimerEnabled”. Učitajte ekstenzije za BluetoothLE i za Microbit. Do virtualnog zaslona dovucite BluetoothLE i Microbit_Io_Pin_Simple. Kod “Microbit_Io_Pin_Simple1” ugodite “BluetoothDevice” na BluetoothLE1. Kodiranje Iz ruksaka izvucite potrebne blokove, “when Button1SKENIRAJ. Click do…”, “when Button2ZAUSTAVI. Click do…”, “when

Button3SPOJI. Click do…”, “when Button4ODVOJI. Click do…” i “when BluetoothLE1. DeviceFound do…”. Nakon toga, iz “Blocks” dovucite blokove prema Slici 15.12.

Slika 15.12. Blokovi koji određuju početna stanja izvoda P0 BBC micro:bita i pokreću tajmer

Na kraju, dovucite blokove prikazane na Slici 15.13.

Slika 15.13. Kako bi sve radilo kako valja trebate i ove blokove

To je sve. Otpremite i instalirajte aplikaciju na vaš mobitel te krenite s kodiranjem BBC micro:bita. Pokrenite MC E te imenujte projekt, na primjer “MobiPOTENCIOMETAR”. Učitajte ekstenziju za “BluetoothLE”. Prepišite program sa Slike 15.14.

Slika 15.14. Ovaj programski kôd trebate za BBC micro:bit

Program preuzmite i otpremite do BBC micro:bita.

9


Izvedite “Bluetooth” uparivanje mobitela i BBC micro:bita. Na mobitelu pokrenite aplikaciju BBC_ POTENCIOMETAR te skeniSlika 15.15. Džojstik rajte, a potom se spojite s VMA315 Velleman BBC micro:bitom. Ako je sve kako valja, na zaslonu se pojavljuje neki broj između 0 i 255. Odvijačem ugađajte trimer-potenciometar. Naravno, tolerancija analognog ulaza P0 dolazi i ovdje do izražaja, naime ne mogu se dobiti krajnje vrijednosti. Radi usporedbe, autor ovih redaka polučio je sljedeće rezultate za tri isprobana BBC micro:bita, kod prvog su na zaslonu mobitela pročitane krajnje vrijednosti 0 i 248, kod drugog su bile 2 i 250, a kod trećeg 0 i 247. No nije važno, za zadatak koji slijedi i takve će vrijednosti biti dobre.

Slika 15.17. Montažna shema spajanja džojstika s BBC micro:bitom

Pokrenite MC E te imenujte projekt, na primjer “DŽOJSTIK”. Prepišite program sa Slike 15.18.

Palica za videoigre

Sigurno ste se susreli s džojstikom (od engleskog joystick), no vjerojatno niste znali da su to dva potenciometra kojima se posebno dizajniranim mehanizmom mogu pomicati klizači za gore/dolje i za lijevo/desno. Ako vas zanima kako ga programirati, mogli biste nabaviti džojstik za Arduino od Vellemana ili neki drugi sličan njemu, Slika 15.15. Na njegovim izvodima slijeva nadesno piše, GND, +5V, VRx, VRy i SW. Ove oznake trebale bi vam biti jasne, no ipak slijedi objašnjenje: GND je zajednička masa, +5V je izvod koji trebate spojiti na izvod 3 V BBC micro:bita, VRx je srednji izvod jednog potenciometra s kojega se dobivaju različiti naponi pomicanjem klizača po koordinati x (lijevo/desno), VRy je srednji izvod drugog potenciometra s kojega se dobivaju različiti naponi pomicanjem klizača po koordinati y (gore/dolje), a SW je izvod ugrađene tipke koju možete aktivirati pritiskom velikog crnog dugmeta džojstika. Prema elektroničkoj shemi sa Slike 15.16. i montažnoj shemi sa Slike 15.17. spojite džojstik s BBC micro:bitom.

Slika 15.18. Programski kôd za provjeru džojstika

Program preuzmite i otpremite do BBC micro:bita. Provjerite koje brojeve dobivate za VRx i VRy kod triju osnovnih položaja potenciometara. Skroz lijevo, sredina i skroz desno za x-os te skroz gore, sredina i skroz dolje za y-os. Radi usporedbe, autor ovih redaka polučio je sljedeće rezultate: za x-os dobiveno je 6, 528, 1023, a za y-os dobiveno je 5, 543, 1022. Kao što možete vidjeti, uz prije ustanovljenu toleranciju analognih ulaza BBC micro:bita pridružuje se i tolerancija središnjih vrijednosti radi tolerancije potenciometara i radi nepreciznosti mehanizama džojstika.

Mobilna aplikacija

Slika 15.16. Elektronička shema spajanja džojstika s BBC micro:bitom

10

Nadopunite prijašnju mobilnu aplikaciju “BBC_POTENCIOMETAR” tako da se na zaslonu mobitela ispisuju brojevi dobiveni s BBC micro:bita za x-os i y-os. Nadalje, neka se na zaslonu mobitela pomiče loptica prema dobivenim vrijednostima za osi.


U prikazu “Designer” do virtualnog mobitela dovucite nove elemente te im promijenite imena i pokoje svojstvo, prema popisu u nastavku. Najprije promijenite naslov za Screen1: Title “BBC džojstik”. U “Palette” kliknite na “Drawing and Animation” Slika 15.19. Izgled virtute pronađite i ispod alnog zaslona mobitela nakon preinaka “ListView1” dovucite “Canvas”, a potom unutar njega dovucite “Ball”. Ugodite svojstva za Canvas1: Height “256 pixels”; Width “256 pixels”. Ugodite svojstva za Ball1: X “120”; Y “120”. Ispod “Canvas1” dovucite “Horizontal Arrangement 1”, a unutar njega dovucite sljedeća četiri elementa: jedan “TextBox”, već postojeći “Label2PODACI_S_P0”, još jedan “TextBox” te još jedan “Label”. Ugodite svojstva za “TextBox1”: Width “20 percent”; Text “Y-os”. Ugodite svojstva za “TextBox2”: Width “20 percent”; Text “X-os”. Ugodite svojstva za “Label3”: Rename “Label3PODACI_S_P1”; FontSize “50”; Text “--”; TextAlignment “center : 1”. Nakon svega virtualni zaslon bi trebao izgledati kao na Slici 15.19.

Kodiranje

Nadopunite blokove kako je prikazano na Slici 15.20., na Slici 15.21. i na Slici 15.22.

Slika 15.20. Nadopunite blok “when BluetoothLE1 .Connected do…” s drugim ljubičastim blokom “call Microbit_Io_Pin_Simple1 .ConfigurePin…” koji određuje početna stanja izvoda P1 BBC micro:bita

Slika 15.21. Blok “when Microbit_Io_Pin_Simple1 .InputPinDataReceived do…” treba nadopuniti dodavanjem zelenog bloka “Label3PODACI_S_P1…” i ljubičastog bloka za animaciju loptice “call Ball1 .MoveTo…”

Slika 15.22. Bloku “when BluetoothLE1 .Disconnected do…” dodajte zeleni blok “Label3PODACI_S_P1…”

To je sve. Otpremite i instalirajte aplikaciju na vaš mobitel. Do BBC micro:bita otpremite program sa Slike 15.14. Spojite se s mobitelom te sve isprobajte. Ako je sve kako valja, osim brojeva koordinata vidjet ćete i lopticu koja se pomiče po zaslonu mobitela dok pomičete palicu džojstika. Zadatak za samostalan rad: Prestrojavanjem podataka za y-os prepravite smjer loptice tako da se ona pomiče prema dolje kad pomičete palicu prema dolje i obrnuto, neka se pomiče prema gore kad pomičete palicu prema gore. Za ove ste vježbe trebali: • BBC micro:bit, • USB-kabel, • baterije, • mobitel (dlanovnik, tablet) sa sustavom Android, • eksperimentalnu pločicu na ubadanje, • spojne žice raznih boja s krokodil-štipaljkama i muškim nastavcima, 4 komada, • trimer-potenciometar 10 kΩ, • odvijač • džojstik VMA315 Velleman ili sličan. Marino Čikeš, prof.

11


Delta 3 - Američka raketa MALE (VELIKE) RAKETE SVIJETA – 4. DIO nosač velikog potencijala, ali male upotrebe glave na 3,2 m i povećati maksimalni teret na 2600 kg. Sredinom 90-ih godina, 10. svibnja 1995. godine McDonnell Douglas objavio je da radi na razvoju novog tipa rakete koja će se zvati Delta 3, bit će sposobna ponijeti teret mase 3800 kg na GTO i promjera do 4 m. Nakon spajanja McDonnell Douglasa i Boeinga 1996., pod imenom Boeing, program Delte 3 nastavio se 1997. godine. Ovo je spajanje, kako se poslije pokazalo, imalo velik utjecaj na cjelokupan razvoj projekta Delte 3. Slika 1. Izrada prvog prototipa u  proizvodnoj hali (izvor: www.spacelaunchreport.com)

Krajem 80-ih godina u Sjedinjenim Američkim Državama tražio se raketni sustav koji bi bio sposoban na GTO (Geostationary Transfer Orbit) ponijeti preko 1800 kg tereta. Iz ovog zahtjeva proizašlo je nekoliko prototipova, od kojih je najviše u upotrebi ostala Delta 2 koja se već preko 30 godina neprekidno koristi u raznim varijantama. Razvoj u satelitskoj tehnologii pokazao je da će “moderni” sateliti imati masu od 2500 do 3100 kg i promjer od 4 m. Boeing, koji je već radio na razvoju projekta Delta 2, tražio je mogućnost odgovoriti na zahtjeve proizvođača satelita. Uspio je na Delti 2 proširiti promjer

Dizajn Delte 3

Po 4-brojčanoj oznaci, koju je McDonnell Douglas upotrebljavao od 70-ih godina, Delta 3 je dobila oznaku 8930 (8 ‒ tip motora, 9 ‒ cjelokupan broj bustera, 3 ‒ tip drugog stupnja, 0 ‒ tip trećeg stupnja, u slučaju nule stupanj nije bio aktivan). Glavni cilj ovakve konfiguracije bila je upotreba samo dva stupnja, jer se ovakva konfiguracija pokazala efikasnija iz više razloga. Prvo, otpala je masa motora trećeg stupnja s jedne strane, a povećan je prostor za gorivo koji je predstavljao daleko manju masu od dodavanja sljedećeg stupnja. Nekoliko prototipova, uglavnom rakete s drugim stupnjem tipa Centaur, ovakvu je konfiguraciju uspješno koristilo godinama. Kao što se danas pokazalo, ovo već postaje standard kod modernih raketa nosača. Sljedeći su razlog snižena sredstva i cjelokupna manja složenost sustava.

Letovi Delte 3

Ukupno su poletjele tri rakete ovoga tipa, i to pod oznakom Delta 259, 269 i 280, od kojih je samo zadnja imala uspješan start.

Misija Delta 259

Slika 2. Sastavljanje drugog stupnja čiji je motor napravljen u japanskoj tvornici Mitsubishi (izvor: www.spacelauchreport.com)

12

Delta 259 poletjela je 27. kolovoza 1998. godine s vojne baze na Cape Canaveralu. Početno ubrzanje davao je središnji motor RS-27A zajedno sa šest bustera koji su startali sa zemlje i tako dodavali početno ubrzanje raketi teškoj 301 000


stabilizirati i vratiti u normalnu putanju. Orion 3 odvojio se po planu, ali nažalost visina je bila manja za 26 km, što je značilo da satelit nije uspio ući u korisnu orbitu i tako je proglašen kao izgubljen. Uprkos tome što je s tehničke strane sve funkcioniralo, ni ova misija nije doživjela uspješan kraj. Istraga koja je trajala pet mjeseci pokazala je da je greška bila u  tehničkoj obradi komore za sagorijevanje na motoru RL10B-2 koji je upotreb­ljen kao pogon za drugi stupanj. Interesantno je navesti da je ovaj tip motora

Slika 3. Delta 3 let 259 par trenutaka prije starta (izvor: www.spacelaunchreport.com)

kg. Cjelokupna startna snaga bila je 462 000 kg. Na oko 20 km visine, pri brzini od oko 1100 m/s raketa je izgubila smjer, skrenula i u  trenutku eksplodirala. Promatrači su mogli vidjeti veliki objekt, koji je bio satelit Galaxy 10, kako pada u Atlantik 15 do 20 km od obale. Kasnija istraživanja pokazala su da je glavna greška bila u sustavu navođenja. On je normalnu frekvenciju rada rakete (koja je bila oko 4 Hz) smatrao rezonancijom i  pogrešno ispravljao smjer sve dok se nije potrošila hidraulička tekućina i tako blokirala sustav navođenja. Kako se pokazalo, ova je greška nastala jer konstruktori nisu smatrali da ovakva frekvencija motora može nastati nakon starta ili nakon odbacivanja pomoćnih bustera. Srećom, grešku je bilo moguće lako i  brzo otkloniti samo promjenom softvera, te nikakve druge modifikacije nisu bile potrebne.

Delta 269

Druga Delta 3 poletjela je 5. svibnja 1999. godine, noseći satelit Orion 3 koji je vrijedio 145 mil. dolara. Start i let prvog stupnja prošli su bez ikakvih problema, sve do starta motora drugog stupnja koji je radio samo 3,4 s. Nakon toga došlo je do nekontroliranog okretanja cijelog stupnja, koji se uspio nakon nekoliko sekundi

Slika 4. Start Delte 269 (izvor: www.spacelaunchreport. com)

radio bez greške u ostalim upotrebljenim raketama nosačima, kao Atlas i Titan. Nakon ove misije, Boeing je odlučio unaprijediti verziju Delte 2 u “heavy” verziju, tako da poveća mogućnost nošenja tereta za 10% u  odnosu na standardnu konstrukciju. Prvi let ove varijante uspješno je odradila NASA za misiju SIRTF (Space Infrared Telescope Facility).

13


Delta 280 – DM-F3

Treći, i zadnji, let Delte 3, noseći oznaku 280, poleteo je 28. kolovoza 2000. godine. Glavni cilj ove misije bilo je testiranje svih motora i uglavnom provjeriti ispravnost motora drugog stupnja koji se poslije trebao koristiti kod nove varijante Delta 4. Isto tako, oznaka misije nije nosila broj (taj do danas služi kao broj evidencije letova i misije raketa tipa Delta kod Boeinga), već oznaku DM-F3 što je značilo Delta Mission Flight 3). Korisni teret bio je valjak oblika špule i težine 4348 kg. Cilj je bio dovesti ovaj teret na visinu od 185 km pod kutom od 27,5 stpnjeva. Interesantno je da je prvi put Delta 3 poletjela za dana.

Slika 5. Finalno sklapanje prije starta misije Delta DM-F3

Cjelokupna misija prošla je bez ikakvih problema i separacija korisnog tereta bila je dopremljena na visinu od 180 km. To je ostavilo dojam kako ni ova misija nije uspjela. Kad se usporedila putanja pokazalo se da je postignuta orbita bila manja samo za 0,9% od cilja (što je bilo u predviđenoj toleranciji). Greška je bio novi sustav leta, kao i meteorološki uvjeti koji su vladali. Isto tako važno je spomenuti da je u  ovom slučaju korisni teret predstavljao 100% moguće nosive težine za ovu konfiguraciju, dok se u uobičajenom postupku koriste lakši tereti za prvi start.

14

Slika 6. Start Delte 3 ‒ misije DM-F3 (izvor: www.spacelaunchreport.com)

Nakon pet godina programa i dvije godine od prvog polijetanja, Delta 3 provela je uspješnu misiju. Uprkos velikoj proslavi zbog ovog nemalog uspjeha, tadašnja svjetska situacija i mala potražnja za nošenjem satelita većih masa i  dimenzija zaustavila je sljedeći let ove rakete do daljnjeg. Sljedeće godine Boeing je investirao nekoliko stotina milijuna dolara u projekt lansiranja raketa s mobilne baze iz oceana (poznat kao Sea Launch). Isto tako, ovdje upotrebljavana raketa Zenit imala je mogućnost nošenja većih tereta nego Delta 3. Iako su planovi bili za upotrebu još najmanje dvadeset raketa tipa Delta 3 – nastupom i  uspješnim startovima novije verzije rakete nosača Delta 4, program Delta 3 bio je zaustavljen 2002. godine, a  2005. kompanija Boeing službeno je završila ovaj projekt. Nekoliko preostalih dijelova donirano je raznim muzejima, te se oni mogu naći širom Amerike. Detla 3 svakako je bio velik projekt rakete nosača koja je trebala služiti barem dva desetljeća komercijalnom nošenju satelita, ali male i  velike tehničke greške, nalaženje efikasnijih rješenja u ovoj klasi raketa i smanjena potražnja za ovim nosačima dovela je do toga da budu lansirane samo 3 rakete ovoga tipa. Uprkos svemu, svakom se misijom steklo veliko iskustvo koje je pridonijelo da rakete tipa Detla još i  dan-danas uspješno nose satelite u orbitu. Izvori: www.spacelaunchreport.com Tehnička dokumentacija misija rakete Delta 3 (pdf verzija dostupna na https://en.wikipedia. org/wiki/Delta_III ) Zoran Pelagić


ELEKTRONIKA

Shield-A, učilo za programiranje mikroupravljača (11) U ovom ćemo nastavku upoznati još neke mogućnosti alfanumeričkog displeja, koji se može postaviti na razvojni sustav Shield-A i čini njegov sastavni dio. Za uspješno rješenje sljedećeg programskog zadatka trebat će nam alfanumerički displej i tipkala SW1 i SW2 s razvojnog sustava Shield-A. Shema sa Slike 32. prikazuje kako je sve to povezano s priključcima pločice Arduino Uno, odnosno, s pinovima mikroupravljača. 11. programski zadatak: U memoriji alfanumeričkog displeja definirana su ukupno 192 znaka. Pored velikih i malih slova engleske abecede, brojki i drugih znakova koje uobičajeno nalazimo na tipkovnici osobnog računala, tu se nalaze još i znakovi kineskog pisma te nekoliko slova grčkog alfabeta. Dio tih znakova možemo ispisati direktno, koristeći znakove s tipkovnice osobnog računala, a drugi dio posredno, koristeći odgovarajuće funkcije. Program treba ispisati sve znakove koji su upisani u memoriji alfanumeričkog displeja. Ispisivat ćemo ih u blokovima od po 16 znakova u donjem retku displeja, dok se u gornjem retku ispisuju parametri funkcije Bascom-AVR-a Chr(), odnosno funkcije Arduina lcd.write(), potrebni za ispis pojedinog znaka.

Slika 32. Shema spoja koji ćemo koristiti u programima Shield-A_11 i Shield-A_12

Rješenje Bascom-AVR-a (program Shield-A_11. bas) U programu trebamo najprije definirati koji tip AN-displeja koristimo, opisati kako su njegovi izvodi povezani s pinovima mikroupravljača te uključiti pozadinsko osvjetljenje; taj dio programa opisali smo u prethodnom nastavku. Zatim ćemo konfigurirati pinove PC1 i PC2 kao ulazne, kako bismo njima mogli očitavati stanja tipkala SW1 i SW2: Config Portc.1 = Input Portc.1 = 1 Config Portc.2 = Input Portc.2 = 1 Tipkala ćemo koristiti za ispis sljedećeg, odnosno prethodnog bloka znakova. U programu će nam trebati ove tri varijable: Dim Znak As Byte Dim Od_znaka As Byte Dim Do_znaka As Byte Varijablu Znak koristit ćemo kao kazalo na jedan znak iz tablice znakova definiranih u memoriji displeja. Ti se znakovi nalaze na adresama 32-127 i 160-255, pri čemu adrese 32-127 sadrže definicije znakova koje uobičajeno susrećemo na tipkovnici osobnog računala i njihov položaj u tablici odgovara njihovom ASCII kodu. Npr., ASCII kod slova “A” je &B01000001, što odgovara dekadskom broju 65, pa će se definicija znaka “A” nalaziti na adresi 65. Zbog ove podudarnosti, “znakove s tipkovnice” možemo ispisivati na displeju direktno, npr. Lcd “ABC” ali i posredno, korištenjem funkcije Chr(): Lcd Chr(65); Chr(66); Chr(67) Oba ova primjera na displeju bi ispisala tekst ABC. U drugom se bloku nalaze znakovi kineskog pisma, grčkog alfabeta i neki specijalni znakovi. Te znakove možemo ispisivati samo posredno, korištenjem funkcije Chr(). Npr., znakove definirane na adresama 200 i 201, što god oni bili, ispisat ćemo ovako: Lcd Chr(200); Chr(201) Varijable Od_znaka i Do_znaka koristit ćemo u potprogramu Ispis kao granične vrijednosti bloka

15


dobiju se koristeći Chr(48) do Chr(63), odnosno, Chr(224) do Chr(239).

Slika 33. Prikaz poruka iz programa Shield-A_11

znakova koji se trenutno prikazuju. U gornjem retku ispisujemo koji raspon znakova pokrivamo ovim prikazom Ispis: Do_znaka = Od_znaka + 15 Home U Lcd „Chr(„ ; Od_znaka ; Lcd „-“ ; Do_znaka ; „) „ a onda ih znak po znak, u petlji For-Next, ispisujemo u donjem retku: Home L For Znak = Od_znaka To Do_znaka Lcd Chr(znak) Next Return U glavnoj petlji provjeravamo je li bilo pritisnuto neko od tipkala i kad se to dogodi, pozivamo potprograme Nazad ili Naprijed: Do Debounce Pinc.1 , 0 , Nazad , Sub Debounce Pinc.2 , 0 , Naprijed , Sub Loop U njima se pripremamo za prikaz prethodnog ili sljedećeg bloka znakova: Nazad: If Od_znaka > 32 Then Od_znaka = Od_znaka - 16 End If Gosub Ispis Return Naprijed: If Od_znaka < 240 Then Od_znaka = Od_znaka + 16 End If Gosub Ispis Return Fotografije na Slici 33. prikazuju kako to izgleda u praksi. Sadržaj gornjeg retka displeja tumačimo na sljedeći način: znakovi u donjem retku

16

Rješenje Arduina (program Shield-A_11.ino) U programu trebamo najprije definirati biblioteku funkcija koja nam omogućuje jednostavniji rad s displejom, definirati koji tip AN-displeja koristimo, opisati kako su njegovi izvodi povezani s pinovima mikroupravljača te uključiti pozadinsko osvjetljenje; taj dio programa opisali smo u prethodnom nastavku. Zatim ćemo konfigurirati pinove PC1 i PC2 kao ulazne, kako bismo njima mogli očitavati stanja tipkala SW1 i SW2: pinMode(A1, INPUT_PULLUP); pinMode(A2, INPUT_PULLUP); Tipkala ćemo koristiti za ispis sljedećeg, odnosno prethodnog bloka znakova. U programu će nam trebati ove tri varijable na razini cijelog programa: byte znak; byte Od_znaka = 32; byte Do_znaka; Varijablu znak koristit ćemo kao kazalo na jedan znak iz tablice znakova definiranih u memoriji displeja. Znakove možemo ispisivati na displeju direktno, npr. Lcd.print(„ABC“); ali i posredno, korištenjem funkcije lcd.write(): lcd.write(65); lcd.write(66); lcd.write(67); Oba ova primjera bi na displeju ispisala tekst ABC. U drugom se bloku nalaze znakovi kineskog pisma, grčkog alfabeta i neki specijalni znakovi. Te znakove možemo ispisivati samo posredno, korištenjem funkcije lcd.write(). Npr., znakove definirane na adresama 200 i 201, što god oni bili, ispisat ćemo ovako: lcd.write(200); lcd.write(201); Varijable od_znaka i do_znaka koristit ćemo u funkciji ispis() kao granične vrijednosti bloka znakova koji se trenutno prikazuju. U gornjem retku ispisujemo koji raspon znakova pokrivamo ovim prikazom void ispis(){ do_znaka = od_znaka + 32; lcd.setCursor(0,0); lcd.print(„Chr(„); lcd.print(od_znaka); lcd.print(„-“); lcd.print(do_znaka);


lcd.print(„) „); a onda ih znak po znak, u petlji for, ispisujemo u donjem retku: lcd.setCursor(0,1); for (znak = od_znaka; znak <= do_znaka; znak++){ lcd.write(znak); } } U funkciji loop() provjeravamo je li bilo pritisnuto neko od tipkala i kad se to dogodi, pozivamo funkcije nazad() ili naprijed(). U primjeru Shield-A_6b objasnili smo kako taj algoritam radi: void loop() { if (digitalRead(A1) == 0) { delay(25); if (digitalRead(A1) == 0) { nazad(); while (digitalRead(A1) == 0){ } } } if (digitalRead(A2) == 0) { delay(25); if (digitalRead(A2) == 0) { naprijed(); while (digitalRead(A2) == 0){ } } } } U funkcijama nazad() i naprijed() pripremamo se za prikaz prethodnog, odnosno sljedećeg bloka znakova: void nazad(){ if ( od_znaka > 32) { od_znaka = od_znaka - 16; } ispis(); } void naprijed(){ if (od_znaka < 240) { od_znaka = od_znaka + 16; } ispis(); } 12. programski zadatak: Pored znakova čija je definicija čvrsto upisana u memoriju alfanumeričkog displeja, korisnik ima mogućnost definirati osam vlastitih znakova. Ovi se znakovi smještaju u RAM displeja na adresne lokacije 0-7 i mogu se

ispisati pomoću funkcija Chr(), odnosno lcd.write (). Naš je zadatak definirati potrebne znakove i ispisati poruku “Mačak Tom i mišić Jerry”. Rješenje Bascom-AVR-a (program Shield-A_12. bas) Za definiranje vlastitih znakova u BascomAVR-u poslužit ćemo se alatom “LCD designer” iz izbornika “Tools” (Slika 34.). U mreži koju iscrta LCD designer kliknemo u polja koja želimo zacrniti i tako, točkicu po točkicu, oblikujemo željeni znak. Kad završimo oblikovanje klikom na gumb “OK”, u programu će se pojaviti linija koja je na Slici 34. ispisana na plavoj podlozi. Ovdje trebamo zamijeniti “[x]” brojem između 0 i 7 (0 u primjeru na slici) i naredba Deflcdchar, koja će slovo “č” spremiti u RAM displeja na adresu 0, napisana je! Na isti način definirat ćemo i slova “ć” i “š”: Deflcdchar 0, 10, 4, 14, 16, 16, 17, 14, 32 ‚ č Deflcdchar 1, 2, 4, 14, 16, 16, 17, 14, 32 ‚ ć Deflcdchar 2, 10, 4, 14, 16, 14, 1, 30, 32 ‚ š Cls Definiranje vlastitih znakova obavezno završavamo naredbom Cls, nakon čega nam oni postaju dostupni u programu. U glavnoj petlji naizmjenično ćemo ispisivati poruke vlastitim znakovima Do Lcd “ma” ; Chr(0) ; “ak Tom i” Home L Lcd “mi” ; Chr(2) ; “i” ; Chr(1) ; “ Jerry“ Wait 2 Cls i poruke “slovima s tipkovnice” Lcd “mačak Tom i” Home L Lcd “mišić Jerry” Wait 2

Slika 34. Definiranje vlastitih znakova pomoću alata LCD designer

17


Cls Loop kako bismo naglasili razliku: koristimo li slova poput č, ć, đ, š i ž s tipkovnice, ona će se na displeju prikazati kao “čudni znakovi” (Slika 35.). Rješenje Arduina (program Shield-A_12.ino) Adruino IDE nema LCD designer pa ćemo stoga koristiti tekstualnu vizualizaciju znakova u programskom kodu. S obzirom da se svaka uključena točka znaka opisuje brojem 1, a svaka isključena brojem 0, definirat ćemo za svaki znak zasebno jednodimenzionalno polje vrste byte veličine 8 bajtova. Za slovo č definirat ćemo polje imena ch: byte ch[8] = { B01010, B00100, B01110, B10000, B10000, B10001, B01110, B00000}; // č Primijetite da smo svaki član polja opisali brojem u binarnom obliku, koji predstavlja jedan redak “slike” znaka. Kada se naviknemo gledati ovu “matricu” veličine 8x5 točkica, vidjet ćemo kako su obrisi koje tvore brojevi 1 zapravo istovjetni obrisima malog slova č. Polja za slova ć i š definiramo na isti način: byte cc[8] = { B00010, B00100, B01110, B10000, B10000, B10001, B01110, B00000}; // ć byte sh[8] = { B01010, B00100, B01110, B10000, B01110, B00001, B11110, B00000}; // š Nakon što smo definirali kako će znakovi izgledati, potrebno je u funkciju setup() dodati i naredbu lcd.createChar() kojom definiramo znakove za ispis. Naredba prima dvije informacije:

18

Slika 35. Poruka sa “slovima s tipkovnice” (gore) i poruka s vlastitim znakovima (dolje)

memorijsku adresu i polje s definicijom izgleda znaka: lcd.createChar(0, ch); lcd.createChar(1, cc); lcd.createChar(2, sh); Za ispis definiranog znaka koristimo funkciju lcd.write() kojoj kao ulazni parametar upisujemo memorijsku adresu kao vrstu byte. Primjer ispisa znaka č: lcd.write(byte(0)); U slučaju da smo zaboravili definirati da je broj nula vrste byte, kompajler će javiti grešku pri prevođenju programa. U funkciji loop() naizmjenično ćemo ispisivati poruke vlastitim znakovima void loop() { lcd.print(„ma“); lcd.write(byte(0)); lcd.print(„ak Tom i“); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(„mi“); lcd.write(byte(2)); lcd.print(„i“); lcd.write(byte(1)); lcd.print(„ Jerry“); delay(2000); lcd.clear(); i poruke “slovima s tipkovnice” lcd.print(„mačak Tom i“); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(„mišić Jerry“); delay(2000); lcd.clear(); } Napomena: Programi Shield-A_11.bas, Shield-A_11.ino, Shield-A_12.bas i Shield-A_12. ino mogu se besplatno dobiti od uredništva časopisa ABC tehnike. Vladimir Mitrović i Robert Sedak


MALA ŠKOLA FOTOGRAFIJE Piše: Borislav Božić, prof.

AKVAREL

WATERCOLOR

U nekima od zadnjih vježbi prikazao sam nekoliko tehnika, tj. pseudoslikarskih tehnika koje se s lakoćom provode u Photoshopu s obzirom na njihov originalni analogni status. U ovom broju donosim postupak kako kolor-fotografiju pretvoriti u akvarel. Pravilnije je reći simulirati, odnosno prikazati je kao da je napravljena slikarskom tehnikom akvarela. Akvarel je tehnika koja se radi vodenim bojama s puno vode i osnovna joj je karakteristika prozračnost, transparentnost motiva. Svijetli tonovi dobivaju se dodavanjem vode boji, a za bijele plohe motiva koristi se bjelina papira. Slikari koji rade akvarel imaju vrlo osjetljivu i nježnu ruku. Jedna od slavnih hrvatskih akvarelistica je i Slava Raškaj. Time se hoće reći, a što nije točno, da se, radeći njime, bavite umjetnošću. Ovo istraživanje jest proces u kojem se beskrajno “igramo”, ali to ne znači da smo umjetnici, i to još slikari akvarelisti. To je tehnički aspekt kroz koji možemo proširivati okvire razmišljanja i svakako razvijati i njegovati naš kreativni status. Dakle, otvaramo fotografiju u Photoshopu i idemo u kategoriju Filter u izborniku. Nakon što

Ovaj, skoro pa svemogući program Photoshopa ima alate za simuliranje slikarskih tehnika. Ovdje ćemo govoriti o simulaciji nježne i poetične slikarske tehnike, o simulaciji akvarela. Za podražavanje tehnike akvarela dobro je birati koloristički prikladne fotografije kao što je ova jesen. Photoshop ima nekoliko sustava filtera. Jedan od njih je i Artistic (umjetnički) kako su ga nazvali.

19


sjene) ima 10 koraka i prvi znači najsvjetliji, a zadnji najtamniji izgled sjene, tj. cijele slike ‒ svjetlina ili tamnoća i Texture (tekstura) ima tri koraka i određuje intenzitet teksture. Ovi koraci u svakom pojedinom alatu daju različite učinke, i to je dodatna mogućnost autoru da mijenja i bezgranično kombinira i uređuje konačni izgled svoje slike. Ako smo usvojili ove osnovne pojmove, i ako imamo doživljaj njihova izgleda i značenja, onda se možemo prepustiti mašti.

nam se otvorio padajući izbornik, idemo na Artistic i kada aktiviramo ovu kategoriju, otvara nam se niz potkategorija za simulaciju različitih slikarskih tehnika i mi biramo Watercolor (vodene boje, akvarel). Ovdje imamo

tri parametra kojima možemo uređivati konačni izgled našega akvarela, i to: Brush Detail (detalj karaktera kista) ima 14 koraka ‒ prvi korak znači najkrupniji potez kista, a zadnji znači najsitniji, Shadow Intesity (intenzitet Lijevo od ovoga teksta dva su povećanja istoga detalja. Lijevo je original, a desno je detalj simuliranog akvarela. Vidljiva je razlika u odnosu na original jer na ovoj simuliranoj slici gubi se jasan oblik lista i sve se pretvara u niz mrlja.

20


POGLED UNATRAG BOJANJE

CRNO-BIJELIH FOTOGRAFIJA Ručno bojanje crno-bijelih fotografija bilo je naročito popularno kod izrade razglednica u vrijeme dok još fotografija u boji nije bila toliko dostupna ‒ dok je bila skupa i dok je i tisak u boji bio znatno skuplji od jednobojnoga, od crno-bijelog tiska. Kad se kolor-fotografija počela masovnije koristiti jer se cijenom približila mnogima, prestala je ova praksa ručnoga bojanja crno-bijelih fotografija i danas je rade samo autori koji se bave art-fotografijom. količini vode u boji. Uvijek je dobro prije nanošenja boje na fotografiju to probati na nekom komadu stare fotografije jer na taj način kontroliramo i boju i njen intenzitet na originalnoj fotografiji. Više vode u boji znači da će ton biti svjetliji i obrnuto. Ovo može biti lijepa i kreativna igra i za fotografe i za slikare.

Bojanje crno-bijelih fotografija vrlo je osjetljiv posao i može ga raditi osoba koja je likovno senzibilizirana i vizualno pismena. Fotografije koje želimo kolorirati moraju biti napravljene na mat ili polumat papiru jer lakše primaju boju. Najčešće su se koristile vodene boje i različite veličine mekanih kistova. Fotografija koju želimo bojati treba biti nešto svjetlija od uobičajenog tonaliteta. Najprije trebamo cijelu fotografiju ravnomjerno i lagano navlažiti vodom, a to najlakše radimo tamponom od vate. Na tako navlaženu fotografiju nanosimo boju, plohu po plohu, vodeći računa o gustoći boje, odnosno o

21


ANALIZA FOTOGRAFIJA

Željko Krčadinac

Rođen je 1935. u Zagrebu i fotografijom se bavi još od srednje škole. Po zvanju je profesor geografije, a uglavnom je radio kao komercijalist i propagandist u zrakoplovnim kompanijama. Zahvaljujući svom profesionalnom poslu, proputovao je skoro sve zemlje svijeta i napravio je na tisuće sjajnih snimaka s tih putovanja. Na počecima svoga fotografskog rada propituje umjetničke statuse fotografije i vrlo intenzivno sudjeluje na izložbama. U svom kasnijem fotografskom radu usmjerava se na primijenjenu fotografiju tako da mu je bezbroj fotografija objavljeno po katalozima, turističkim vodičima, časopisima, monografijama, udžbenicima, kalendarima, razglednicama itd. Bavljenje primijenjenom fotografijom rezultiralo je pozamašnom i zavidnom fotoarhivom prirodnih i kulturnih znamenitosti Hrvatske i cijeloga svijeSavudrija, 2010.

Water Curtain, Lisabon 1998. ta. Kontinuirani fotografski rad priskrbio mu je i niz nagrada i priznanja kao što su počasna zvanja AFIAP (Artist) i EFIAP (Excellence) dodijeljena od Međunarodne federacije umjetničke fotografije (FIAP). S ponosom ističe i Nagradu “Tošo Dabac” koju je dobio 2015. godine za svoj sveukupni životni fotografski rad.

22


Robotski modeli za učenje kroz igru “STEM” U NASTAVI u STEM-nastavi - Fischertechnik (35) Slike u prilogu Tradicija ukrašavanja naseljenih mjesta, gradskih ulica, kućnih pročelja i domova za vrijeme božićnih i novogodišnjih blagdana pomoću LED-lampica dočarava i podiže blagdansko raspoloženje ljudima u ovom teškom pandemijskom vremenu. LED (Light Emitting Diode) je poluvodički elektronički element koji pretvara električni signal u optičku svjetlost. Propusno polarizirana svjetleća dioda (LED) emitira elektromagnetsko zračenje koje uzrokuju nosioci električnoga naboja (elektroluminiscencija). Elektroni su negativno nabijene čestice koje prelazeći iz vodljivog u valentni pojas oslobađaju energiju u obliku topline i optičkog zračenja. Boja emitiranog svjetla ovisi o poluvodiču, kao i o primjesama u njemu i varira od infracrvenog preko vidljivog do ultraljubičastog dijela spektra. LED-lampice upotrebljavamo u domovima, dućanima, na ulicama i trgovima gradova za ukrašavanje i stvaranje blagdanskog ozračja. Pretvorba električne energije (struje) u optičku igru svjetla osigurava i upotpunjuje blagdanski ugođaj. Raznobojne svjetleće diode omogućuju promjenu svjetlosti koja izmjenjuje redoslijed uključivanja i isključivanja stvarajući božićni ugođaj. Konstrukcija za postavljanje blagdanske rasvjete definira veličinu LED-rasvjete i količinu raznobojnih lampica. U kućanstvima ih postavljamo izvana na pročelja zgrada ukrašavajući prozore i balkone. Izrada konstrukcije modela blagdanske LED-rasvjete olakšava odabir osnovnih elemenata Fischertechnika i građevnih blokova. Odabir građevnih blokova i električnih elemenata olakšava izradu i funkcionalnost blagdanske LED-rasvjete čime je osigurana strojna oprema za učenje računalnog razmišljanja, izradu algoritama i programa. Blagdanska LED-rasvjeta ‒ izrada modela Konstrukcija modela LED-rasvjete: povezivanje vodičima s međusklopom, provjera rada električnih elemenata i dodirnih senzora i izrada programskog rješenja za pokretanje sedam lampica i dva tipkala.

Slika 1. LED rasvjeta

Izradu funkcionalne konstrukcije modela osigurava popis elemenata Fischertechnika s preciznim uputama i razradom tijeka radnih postupaka. Slika 2. FT elementi Izradit ćemo model LED-rasvjete sa sedam lampica i upravljačkim električnim sklopom ‒ tipkalima (I1 i I2). Konstrukcijski izazov pri izradi modela pravilno je pozicioniranje LED-dioda na dovoljnu udaljenost i uredno povezivanje sedam lampica vodičima s međusklopom. Konstrukcija robotskog modela izrađena je u nekoliko koraka: • izrađivanje postolja za LED-rasvjetu s nosivim stupovima konstrukcije, • postavljanje svjetlosne signalizacije (LED-rasvjeta), • postavljanje upravljačkih elemenata (tipkala), • povezivanje električnih elemenata vodičima, • izrađivanje algoritama i računalnog programa s potprogramima za upravljanje. Napomena: Duljina vodiča sa spojnicama određena je udaljenošću električnih elemenata (LED-rasvjete) od međusklopa. Pozicija međusklopa definirana je mjestima ulazno/izlaznih utora (spojnica) međusklopa i izvorom napajanja (baterija). LED-rasvjeta – konstrukcija automatiziranog modela Izradit ćemo automatizirani model LED-rasvjete pomoću lampica (O1‒O7), dodirnih senzora ‒ tipkala (I1, I2).

23


Inženjerski izazovi: gradivnim elementima izraditi stabilnu i funkcionalnu konstrukciju postolja za LED-rasvjetu, električne elemente povezati vodičima, međusklopom (sučeljem), izvorom napajanja i računalom. Slika 3. FT konstrukcijaA Slika 4. FT konstrukcijaB Slika 5. FT konstrukcijaC Slika 6. FT konstrukcijaD Na desnu stranu postolja u šesti red na sredini umetnemo veliki crni građevni element. U istom redu umetnemo lijevo na udaljenost od pet utora veliki crni građevni element. Dva velika crna građevna elementa umetnemo na postojeće građevne elemente. Visinu otvora osiguravaju dva mala dvostrana crna spojna građevna elementa. Postavljanje velikih crnih građevnih elemenata i njihovo učvršćivanje s dva nosiva stupa osigurava potpunu funkcionalnost i čvrstoću konstrukcije postolja za LED-rasvjetu. Slika 7. FT konstrukcijaE Slika 8. FT konstrukcijaF Slika 9. FT konstrukcijaG Povezivanje elemenata konstrukcije postolja s elementima postolja za LED-rasvjetu definirano je položajem i intenzitetom svjetlosti koja osvjetljava postolje. Odabir boja i raspored raznobojnih zaštitnih kapica je proizvoljan. Postolja na kojima su umetnute LED-lampice udaljena su na maloj udaljenosti jedna od drugih radi većeg intenziteta reflektirane svjetlosti. Napomena: Veličina postolja definira broj LED-lampica na modelu. Popis gradivnih i električnih elemenata olakšava izradu konstrukcije postolja s LED-rasvjetom. Slika 10. FT konstrukcijaH Slika 11. FT konstrukcijaI Slika 12. FT konstrukcijaJ Slika 13. FT konstrukcijaK Na lijevu stranu postolja u šesti red i peti stupac umetnemo veliki crni građevni element koji ima ulogu osigurati nepomičnost i jednostavnu izmjenu izvora napajanja (baterija napona U = 9 V). Ovime je omogućena jednostavna i brza izmjena u trenutku pražnjenja baterije. Nasuprot baterije pozicioniran je međusklop koji je povezan malom dvostranom spojnicom i velikim crnim građevnim blokom. Ovime je omogućeno jednostavno spajanje baterije i međusklopa. Veliki crni građevni blok osigurava istovremeno učvršćivanje i pozicioniranje upravljačkog

24

elektroničkog sklopa (sučelja). Mali dvostrani spojni crveni element umetnut je nasuprot izvoru napajanja dodirujući postolje modela. Ovime je osigurano jednostavno spajanje međusklopa kao i njegova stabilnost i nepomičnost. Napomena: Položaj međusklopa definiran je priključcima koji su smješteni na prednjoj strani. Oni omogućavaju povezivanje i komunikaciju između međusklopa, računala s LED-rasvjetom i dodirnim senzorima. Slika 14. FT konstrukcijaL Slika 15. FT konstrukcijaLJ Slika 16. FT konstrukcijaM Slika 17. FT konstrukcija N LED-rasvjeta sastavljena je od sedam lampica koje povezujemo vodičima spojnicama na međusklop. Postavljanje LED-lampica u poziciju pogodnu za povezivanje spojnica umetnutih u vodiče definira raspored i duljina vodiča. Crvene držače vodiča u obliku potkove (vodilice) postavljamo s gornje, vanjske lijeve i desne strane crnih velikih građevnih blokova na kojima je LED-rasvjeta. Vodiči smješteni unutar vodilica olakšavaju planiranje izrade pozicija LED-lampica, osiguravaju urednost i preglednost vodljivih elemenata. Napomena: LED-lampice na modelu imaju jedan zajednički vodič koji je povezan s najbližom lampicom na modelu. LED-lampica s uzemljenjem je serijski povezana s ostalim LED-lampicama. Ovakvim načinom povezivanja LED-lampica na zajedničko uzemljenje smanjujemo broj vodiča na konstrukciji ukrasne rasvjete i na međusklopu. Slika 18. FT konstrukcijaNJ Slika 19. FT elementi1 Slika 20. LED rasvjeta1 Na podlozi s lijeve strane međusklopa postavljena su dva tipkala (I1 i I2) koja osiguravaju kontinuirano upravljanje LED-rasvjetom. Položaj dodirnih senzora (tipkala) definiran je pozicijom ulaza smještenih na međusklopu. Napomena: postavite izvor napajanja (bateriju) i međusklop na podlogu i povežite uredno složenim vodičima. Ulazne i izlazne električne elemente povežite s međusklopom i testirajte alatom u programu RoboPro. Slika 21. TXT


Spajanja FT-elemenata s TXT-sučeljem: LED-lampice spajamo na (O1–O7) izlaze (crveno) i uzemljenje ( ┴, zeleno), tipkala spajamo vodičima na digitalne ulaze (I1 i I2). Povezivanje međusklopa s električnim elementima modela i raspored boja spojnica vodiča osigurava ispravan rad, urednost spajanja vodiča i pravilnu dužinu vodiča između LED-lampica na modelu. Napomena: sve elektroničke elemente povezujemo prije spajanja izvora napajanja (baterije). Rad elektroničkih elemenata provjerava se prije izrade algoritma i programa pomoću alata Test: 1. povezivanje TXT-sučelja s računalom, ulaznim i izlaznim elementima, 2. provjera komunikacije TXT-sučelja s računalom (USB, Bluetooth, Wi-Fi) i povezivanje s programom RoboPro, 3. provjera ispravnog rada električnih elemenata: lampica i tipkala. 4. Izrada algoritama i programskih rješenja. Zadatak_1: Izradi algoritam i dijagram tijeka (program) koji omogućava upravljanje, pokretanje i isključivanje LED-rasvjete tipkalima (I1 i I2). Na početku program provjerava ispravnost rada LED-lampica uključivanjem i isključivanjem u vremenskom intervalu od 1 sekunde. Lampice se isključe i program provjerava stanje na tipkalu (I1). Pritiskom na tipkalo (I1) počinje proces uključivanja i isključivanja LED-lampica koji se ponavlja. Prvo se uključuju lampice O1, O4 i O7 koje se nakon 0,3 sekunde isključe. Nakon pauze od 0,3 sekunde kada žaruljice ne svijetle, uključuju se u intervalu od 0,3 sekunde žaruljice O3 i O5. Nakon pauze od 0,3 sekunde uključuju se žaruljice O2, O4 i O6 na 0,3 sekunde. Prolaskom vremenskog intervala od 0,3 sekunde, proces uključivanja i isključivanja LED-lampica ponavlja se dok ga ne zaustavimo pritiskom na tipkalo (I2). Lampice se isključe i program čeka pritisak na tipkalo (I1). Pritiskom na tipkalo (I1) proces se ponavlja od početka. Istovremenim pritiskom na tipkalo (I1) i tipkalo (I2) program se zaustavlja i LED-lampice se isključuju. Slika 22. FT1 program Slika 23. FT1 PP Glavni program sastavljen je od tri potprograma koji se pokreću ovisno o pritisku tipkala (I1). Rad lampica provjerava se samo na početku

u potprogramu test. LED-lampice se uključe u vremenskom intervalu od 0,5 sekundi i isključe nakon čega slijedi izlazak iz potprograma. Slika 24. FT1 PP1 Potprogram timer_0,3 izvršava zadanu naredbu dijelom programa u kojem je varijabla Timer. Timer je vremenska varijabla koja pohranjuje brojčanu vrijednost koju mijenjamo uporabom komandi ( =, + i - ). Timer precizno automatski odbrojava od početnog broja do nule u jednakim vremenskim razmacima. Vremenski razmaci mogu biti određeni u koracima između jedne tisućinke sekunde i jedne minute. Kontrola vremena izvršenja dijela programa jednostavno je riješena elementom vremenske varijable Timer. Prolaskom kroz petlju potprograma, varijabla odbrojava 0,3 sekunde i nakon tog perioda isključuje sve lampice i izlazi iz potprograma, ako je pritisnuto tipkalo (I2). Slika 25. FT1 PP2 Tri potprograma koja upravljaju LED-rasvjetom i uključuju njene pojedine dijelove ovisno o redoslijedu uključivanja LED-rasvjete. Potprogram sve_off isključuje sve uključene lampice i zaustavlja izmjenu boja svjetlosti. Slika 26. FT1 PP3 Slika 27. FT1 PP4 Zadatak_2: Nadogradi postojeći program dodavanjem i uključivanjem tipkala (I3) koje će proširiti funkcionalnost programa. Na početku program provjerava ispravnost rada LED-lampica uključivanjem i isključivanjem u vremenskom intervalu od 0,5 sekundi. Nakon što su sve lampice isključene program provjerava stanje na tipkalu (I1) i tipkalu (I3). Pritiskom na tipkalo (I1) počinje proces uključivanja i isključivanja LED-lampica koji se ponavlja. Ukoliko nije pritisnuto tipkalo (I1) provjerava stanje na tipkalu (I3). Ako nije pritisnuto tipkalo (I3) provjera se ponavlja dok ne pritisnemo jedno od tipkala. Ukoliko pritisnemo tipkalo (I3) sve se lampice uključe i ostaju svijetliti dok ne otpustimo tipkalo (I3). Otpuštanjem tipkala (I3) sve lampice se isključe i nastavlja svijetliti LED-rasvjeta kao u Zadatku_1. Slika 28. FT2 program Slika 29. FT2 PP Glavni program sastavljen je od četiri potprograma koji se pokreću ovisno o pritisku tipkala (I1) i tipkala (I3). Rad lampica provjerava se samo na početku u potprogramu test. LED-lampice se uključe u vremenskom intervalu od 0,5 sekundi

25


i isključe nakon čega slijedi izlazak iz potprograma. Pritiskom tipkala (I3) izvršava se potprogram sve_on koji uključuje sve lampice i drži ih u stanju uključeno sve dok ne otpustimo tipkalo (I3). U tom trenutku izvršava se potprogram sve_off koji isključi LED-rasvjetu. Izazov_1: Nadogradi postojeću konstrukciju tako da dodaš još sedam lampica koje ćeš povezati u seriju svaku s jednom novom. Dvije lampice koje su serijski povezane moraju svijetliti istom bojom u istom vremenskom intervalu i istim intenzitetom. Izradi algoritam i dijagram tijeka (program) koji omogućava upravljanje, pokretanje i isključivanje LED-rasvjete tipkalima (I1 i I2). Na početku program provjerava ispravnost rada LED-lampica uključivanjem i isključivanjem u vremenskom intervalu od 0,5 sekundi. Lampice

se isključe i program provjerava stanje na tipkalu (I1). Pritiskom na tipkalo (I1) počinje proces uključivanja i isključivanja LED-lampica koji se ponavlja. Prvo se uključuju lampice O2, O4 i O6 koje se nakon 0,5 sekundi isključe. Nakon pauze od 0,5 sekundi kada žaruljice ne svijetle, uključuju se u intervalu od 0,5 sekundi žaruljica O3 i O5. Nakon pauze od 0,5 sekundi uključuju se žaruljice O1, O4 i O7 na 0,5 sekundi. Prolaskom vremenskog intervala od 0,5 sekundi, proces uključivanja i isključivanja LED-lampica ponavlja se dok ga ne zaustavimo pritiskom na tipkalo (I2). Lampice se isključe i program čeka pritisak na tipkalo (I1). Pritiskom na tipkalo (I1) proces se ponavlja od početka. Istovremenim pritiskom na tipkalo (I1) i tipkalo (I2) program se zaustavlja i LED-lampice se isključuju. Petar Dobrić, prof.

ZAŠTITA OKOLIŠA

Solarne elektrane u svemiru mogle bi biti rješenje za naše energetske potrebe Zvuči poput znanstvene fantastike: divovske solarne elektrane koje lebde u svemiru spuštaju ogromne količine energije na Zemlju. Ovaj je koncept, koji je prvi razvio ruski znanstvenik Konstantin Tsiolkovsky dvadesetih godina prošlog stoljeća ‒ dugo uglavnom bio nadahnuće za pisce. Stoljeće poslije, međutim, znanstvenici su napravili krupne korake u pretvaranju tog koncepta u stvarnost. Europska svemirska agencija uočila je potencijal ovih napora i sada nastoji financirati takve projekte, predviđajući da će prvi industrijski resurs koji ćemo dobiti iz svemira biti “energija snopa”. Klimatske promjene najveći su izazov našeg vremena, pa je mnogo toga u pitanju. Od porasta globalnih temperatura do promjenjivih vremenskih obrazaca, utjecaji klimatskih promjena već se osjećaju širom svijeta. Prevladavanje ovog izazova zahtijevat će radikalne promjene u načinu na koji generiramo i koristimo energiju.

26

Tehnologije obnovljive energije drastično su se razvile proteklih godina, s poboljšanom učinkovitošću i nižim troškovima. No, jedna od glavnih prepreka njihovom prihvaćanju činjenica je da ne pružaju stalnu opskrbu energijom. Vjetroelektrane i solarne elektrane proizvode energiju samo kada puše vjetar ili sja sunce, a struja nam je potrebna svakoga dana iz sata u sat. Pored toga, potreban nam je način za skladištenje energije u velikim količinama prije nego što prijeđemo na obnovljive izvore. Mogući način da se to zaobiđe bio bi stvaranje sunčeve energije u svemiru. Mnogo je prednosti u tome. Svemirska solarna elektrana mogla bi kružiti oko Sunca 24 sata dnevno. Zemljina atmosfera također apsorbira i odražava dio sunčeve svjetlosti, pa bi solarne stanice iznad atmosfere primale više sunčeve svjetlosti i proiz­ vodile više energije. No, jedan od ključnih izazova koji treba prevladati je kako sastaviti, lansirati i rasporediti tako velike strukture. Jedna solarna elektrana


Umjetnikove koncepcije solarnog satelita, nazvane Integrirani simetrični koncentrator SPS-koncept.

može imati površinu do 10 kvadratnih kilometara ‒ što je ekvivalentno 1 400 nogometnih igrališta. Korištenje laganih materijala također bi bilo kritično, jer najveći trošak je lansiranje stanice u svemir raketom. Jedno od predloženih rješenja je razviti mnoštvo manjih satelita koji će se okupiti i konfigurirati da tvore jedan veliki solarni generator. Godine 2017. istraživači s Kalifornijskog tehnološkog instituta iznijeli su nacrte modularne elektrane koja se sastoji od tisuća pločica ultralakih solarnih ćelija. Također su demonstrirali prototip pločice teške svega 280 grama po kvadratnom metru. U proteklo vrijeme za ovu se opciju također traže napredna rješenja u proizvodnji, poput 3D-tiska. Na Sveučilištu u Liverpoolu istražuju se nove proizvodne tehnike za ispis ultralakih solarnih ćelija na solarna jedra. Solarno jedro je sklopiva, lagana i visoko reflektirajuća membrana sposobna iskoristiti učinak sunčevog zračenja za pokretanje svemirske letjelice bez goriva. Istražuje se kako ugraditi solarne ćelije u strukture solarnih jedra kako bi se napravile velike solarne elektrane bez goriva. Te bi metode omogućile izgradnju elektrana u svemiru. Doista, jednog dana bi Međunarodna svemirska stanica mogla proizvesti i rasporediti jedinice ili buduće lunarne pristupne stanice koje će kružiti oko Mjeseca. Takvi bi uređaji zapravo mogli omogućiti energiju na Mjesecu. Mogućnosti tu ne prestaju. Iako se trenutno oslanjamo na materijale sa Zemlje za izgradnju

elektrana, znanstvenici također za proizvodnju razmatraju upotrebu resursa iz svemira, poput materijala pronađenih na Mjesecu. Još jedan od glavnih izazova bit će vraćanje energije na Zemlju. Plan je pretvoriti električnu energiju iz solarnih ćelija u energetske valove i pomoću elektromagnetskih polja prenijeti ih dolje do antena na površini Zemlje. Antena bi tada valove pretvorila natrag u električnu energiju. Istraživači predvođeni Japanskom agencijom za svemirska istraživanja već su razvili di­zajn i demonstrirali sustav koji bi to mogao učiniti. Na ovom području još treba puno raditi, ali cilj je da solarne elektrane u svemiru postanu stvarnost u sljedećim desetljećima. Istraživači u Kini dizajnirali su sustav nazvan Omega, čiji je cilj da bude operativan do 2050. godine. Ovaj bi sustav trebao biti sposoban dovoditi 2 GW električne energije u Zemljinu mrežu pri vrhunskim performansama, što je ogromna količina. Kako bi se proizvelo toliko energije solarnim pločama na Zemlji, trebalo bi ih više od šest milijuna. Manji solarni sateliti, poput onih dizajniranih za pogon mjesečevih rovera, mogli bi biti u funkciji i prije. Širom svijeta znanstvena zajednica ulaže vrijeme i trud u razvoj solarnih elektrana u svemiru jer bi jednog dana one mogle biti važan alat u borbi protiv klimatskih promjena. Izvor: www.livescience.com (Slika: © NASA) Snježana Krčmar

27


OPTIČKE NAPRAVE

Optički mjerni instrumenti Optičke naprave razna su pomagala, instrumenti i uređaji koji primjenjujući optičke pojave imaju vrlo široku primjenu. Sastavljene su od optičkih sastavnica (zrcala, leća, prizmi, svjetlovoda i dr.). Obično se razvrstavaju na optička pomagala kao jednostavnije naprave, optičke instrumente za promatranje predmeta, optičke mjerne instrumente za mjerenje svjetlosnih pojava i posredno optičkih svojstva tvari, optičke uređaje ili aparate za obrađivanje optičkih slika (prikazivanje, prenošenje, oblikovanje, pohranjivanje) te svjetlila kao izvore svjetlosti za osvjetljavanje i rasvjetu. Važni dijelovi mnogih suvremenih optičkih naprava su optoelektroničke sastavnice i uređaji (fotodiode, fototranzistori, svjetleće diode, pokaznici, kamere, laseri i dr.). Optički mjerni instrumenti velika su skupina različitih mjernih instrumenata kojima se mjere svjetlosne pojave i svojstva svjetlosti ili svojstva tvari i tijela u međudjelovanju sa svjetlosti ili su pomagala pri mjerenju s drugim instrumentima ili u radu s optičkim uređajima. Nazivaju se prema mjerenoj veličini (fotometrijski instrumenti) prema optičkoj pojavi (reflektometri, refraktometri, polarimetri, spektrometri) ili imaju posebne nazive (daljinomjer, teodolit, sekstant). Opisat će se samo najvažniji optički mjerni instrumenti i navesti njihove najčešće primjene. Fotometar Fotometar (prema grč. fos: svjetlost; i metrein: mjeriti) ili svjetlomjer najviše je upotrebljavan optički mjerni instrument. Njime se mjeri osvjetljenje neke površine. Kako je mjerna jedinica osvjetljenja luks (znak lx), često se naziva i luksmetrom. Subjektivni ili vizualni fotometar, u kojem se osvjetljenje dviju površina uspoređivalo okom, potpuno je zastario, pa se danas rabi samo elektronički fotometar. Sastoji se od optoelektroničkog osjetnika, tzv. fotodetektora (fotoe-

28

lementa, fotodiode, fototranzistora) i analognog ili digitalnog elektroničkog mjernog instrumenta struje, umjerenog u nekoj fotometrijskoj veličini, na primjer svjetlosna jakost ili luminacijski intenzitet (u kandelama; znak cd), svjetljivost ili luminancija (u kandelama po četvornom metru; znak cd/m2), osvjetljenje ili iluminancija (u luksima; znak lx). Prve subjektivne fotometre za uspoređivanje dvaju svjetlosnih izvora konstruirali su ranih 1800-ih godina Benjamin Thompson grof Rumford (1753.–1814.), britanski fizičar i političar američkog podrijetla, začetnik fotometrije, te 1826. godine William Ritchie (~ 1790.–1837.), škotski fizičar. Elektronički fotometri konstruirani su 1920-ih godina, konstruiranjem svjetlosnih pretvornika. Fotometrom se mjeri svjetlost koja upada na neki prijamnik (osvjetljenu površinu). Mjerenjem se uspoređuje osvjetljenje iz dvaju ili više izvora, a u mnogim analitičkim postupcima mjeri se razlika osvjetljenja pri prolasku kroz neku tvar, čime se zaključuje na svojstvo tvari. U astronomiji se obično mjeri svjetlost nebeskih tijela. Osim kao samostalan mjerni instrument često je sastavni dio drugih mjernih instrumenata (kolorimetara, spektrometara, aktinometara i dr.) te optičkih uređaja (fotografskih aparata i kamera) i drugih. Reflektometar Reflektometar1 je optički mjerni instrument kojim se na temelju mjerenjem odražavanja ili refleksije svjetlosti mjere neka svojstva tvari ili tijela. Sastoji se od svjetlila, prijamnika reflektirane svjetlosti te elektroničkog analizatora kojim se određuju svojstva reflektirane svjetlosti (vrijeme povratka i udaljenost od mjesta refleksije, promjenu svojstava reflektirane svjetlosti). Najpoznatiji je analitički reflektometar za određivanje sastojaka u pićima (vinu, pivu, sokovima). Poseban oblik reflektometra je optički daljinomjer za određivanje udaljenosti predmeta, svjetlovodni reflektometar za određivanje gušenja i kvara na svjetlovodima te oftalmološki reflektometar za mjerenje izmjera prednjeg dijela ljudskoga oka. 1P  ostoje i drugi reflektometri, na primjer antenski reflektometar za određivanje refleksije na kraju antenskoga dovoda, a time i omjera stojnih valova (engl. Standig Wave Ratio), pa se naziva SWR-metrom.


Fotometar s odvojenim prijamnikom i mjernim instrumentom

Reflektometar za mjerenja na svjetlovodnim kabelima

Najpoznatiji svjetlovodni reflektometar je OTDR (prema engl. Optical Time Domain Reflectometer: optički reflektometar u vremenskoj domeni), koji se rabi za mjerenja u svjetlovodima za optičke komunikacije. Refraktometar Refraktometar je optički mjerni instrument kojim se temeljem mjerenja loma svjetlosti ili refrakcije, a to znači kuta otklona i indeksa loma, određuju neka svojstva tvari. Ponajviše se tako određuje udjel primjesa u nekoj otopini. Rabe se mnogi posebni namjenski refraktometri. Wollastonov refraktometar je konstruirao 1802. godine William Hyde Wollaston (1766.–1828.), engleski liječnik, fizičar i kemičar, u kojem se totalnom refleksijom određuje indeks loma neke tvari. Abbeov refraktometar je oko 1869. godine konstruirao Ernest Karl Abbe (1840.–1905.), njemački fizičar, optičar i suvlasnik i suradnik tvrtke Carl Zeiss, za mjerenje indeksa loma tekućina na osnovi totalne refleksije. Pulfrichov refraktometar je konstruirao 1890-ih godina Carl Pulfrich (1858.–1927.) njemački

Priručni refraktometar za brzo mjerenje primjesa u tekućinama (desno je vidno polje s ljestvicom)

Abbeov laboratorijski refraktometar

fizičar, optičar i suradnik tvrtke Carl Zeiss, jedan od osnivača stereofotogrametrije. Rabi se za mjerenje indeksa loma tekućina te čvrstih tvari, ponajprije kristala. Reyleighov interferencijski refraktometar je konstruirao John William Strutt Rayleigh (1842.– 1919.), engleski fizičar, koji je dobio 1904. godine Nobelovu nagradu za fiziku za otkriće kemijskog elementa argona “za njegovo istraživanje gustoće najvažnijih plinova i za njegovo otkriće argona u vezi s tim studijama”. Rabi se za određivanje indeksa loma plinova pomoću dviju zraka koje prolaze kroz uzorak plina poznatog i nepoznatog indeksa loma. Jelleyev mikrorefraktometar je konstruirao i 1934. godine objavio Edwin E. Jelley (1898.– 1965.), američki optičar i fotografski stručnjak. Rabi se za određivanje indeksa loma tekućina. Namjenski refraktometri rabe se za mjerenje indeksa loma na kapljici tekućine koja se stavlja na mjernu podlogu, te se okularom promatra otklon svjetlosti. Služe za brzo određivanje udjela primjesa, na primjer šećera u tekućinama (sokovima, vinu, alkoholnim pićima, mlijeku, ulju i sl.). Polarimetar Polarimetar je optički mjerni instrument kojim se mjeri zakretanje ravnine polarizirane svjetlosti u nekoj tvari, a na osnovi toga određuju neka svojstva te tvari, većinom primjese u njoj. Saharometar je priručni polarimetar koji se rabi za određivanje koncentracije šećera u otopini. Zasniva se na linearnoj polarizaciji svjetlosti koju je pri reflektiranju svjetlosti od ravne površine opazio 1808. godine Étienne-Louis Malus (1775.–1812.), francuski časnik, matematičar i fizičar.

29


Osnovna sastavnica polarimetra je polarizator svjetlosti, što može biti polarizacijska prizma (Nicolova prizma) ili polarizacijski filtar koji se sastoji od tankog propusnog sloja nekih tvari koje polariziraju svjetlost. Polarimetar se sastoji od osno postavljenih izvora monokromatske svjetlosti, ulaznog polarizatora svjetlosti, ispitivanoga uzorka ili kivete s otopinom optički aktivne tvari te izlaznog polarizatora koji se naziva analizatorom. Kada polarizirana monokromatska svjetlost prolazi kroz otopinu s optički aktivnom tvari, zakreće se ravnina polarizacije. Zakretanjem analizatora mjeri se koliki je kut zakreta. Iz njega se uz umjeravanje uzoraka poznate koncentracije optički aktivne tvari određuje koncentracija optički aktivne tvari ispitivanoga uzorka. Spektrometar Spektrometar je optički mjerni instrument za mjerenja u spektru svjetlosti i bliskog elektromagnetskog zračenja (ultraljubičastog i infracrvenog). Mjere se ponajprije valne duljine, a u složenijim instrumentima i svjetlosne jakosti. Razvio se umjeravanjem spektroskopa, instrumenta za promatranje spektra svjetlosti. Glavna sastavnica svakog spektralnog instrumenta je sastavnica koja razlaže svjetlost po valnim duljinama, a to su optička prizma ili optička rešetka koje različitim raspršivanjem ili disperzijom, odnosno ogibom razlažu svjetlost. Okular za promatranje ili optički sustav za snimanje spektra nalazi se na kružnom kutomjeru, umjerenom obično u pripadnim valnim duljinama. Zakretanjem okulara ili optičkog

Zoran prikaz spektroskopa (ilustracija iz knjige: Oton Kučera, Valovi i zrake. Matica hrvatska, Zagreb 1903.)

30

sustava mjeri se valna duljina pojedinih dijelova spektra: spektralnih linija ili tamnih pruga, tzv. Fraunhoferovih linija. Te je tamne linije, dakle nedostatak svjetlosti nekih valnih duljina u Sunčevom spektru, nastale apsorpcijom u plinovima i parama u Sunčevoj atmosferi, zapazio 1814. godine Joseph von Fraunhofer (1787.– 1826.), njemački fizičar i optičar. Spektrometar se rabi u spektralnoj analizi za razlaganje i mjerenje svjetlosti pojedinih izvora svjetlosti te apsorpcije pojedinih dijelova spektra prolaskom kroz određene tvari. Instrumenti za promatranje, mjerenje i zapisivanje spektara drugih zračenja (radiofrekvencijskog, rendgenskog i gama-zračenja) podrobnije se nazivaju prema tim zračenjima. Interferometar Interferometar je optički mjerni instrument u kojem se ulazni mlaz svjetlosti razlaže na dva mlaza ili više njih, koji se nakon prolaska različitim putovima ili sredstvima ponovo spajaju. Iz interferencije valova vrlo se precizno mjere razlike u putovima ili sredstvima. Interferometar je rabio još 1805. godine Thomas Young (1773.–1829.), engleski fizičar, liječnik i egiptolog (odgonetnuo drevne egipatske hijeroglife), pri istraživanju biti svjetlosti. Potom je 1877. godine Albert Abraham Michelson (1852.–1931.), američki fizičar poljskog podrijetla, interferometrom nastojao mjeriti brzinu svjetlosti. Michelson je 1907. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziku “za optičke precizne instrumente te spektroskopska i mjeriteljska istraživanja koje je pomoću njih načinio”. Michelson i Edward Williams Morley (1838.– 1923.), američki kemičar i fizičar, 1887. godine

Laserski daljinomjer za rutinsko mjerenje

Ručni laserski daljinomjer


posebno konstruiranim interferometrom izveli su znameniti Michelson-Morleyev pokus, jedno od najvažnijih mjerenja u fizici, kojim su dokazali nepostojanje etera, hipotetički zamišljene fine i nevidljive tvari koja ispunjava sav prostor. Interferometri se rabe u fizici, astronomiji, spektroskopiji, geodeziji te u industrijskim mjerenjima. Na istim zamislima kao što je optički interferometar, konstruirani su interferometri za druga zračenja: radijsko, ultrazvučno, neutronsko i dr. Svjetlosni daljinomjeri Svjetlosni daljinomjeri mjerni su instrumenti za mjerenje udaljenosti od stajališta promatrača do zapaženog predmeta, tzv. cilja, pomoću svjetlosti. Dva su načelno različita takva daljinomjera pa se i nazivaju različito: klasični ili optički daljinomjer i laserski ili elektronički daljinomjer. Optički daljinomjer mjerni je instrument za mjerenje udaljenosti optičkim mjerenjem zamišljenog, tzv. paralaktičkog trokuta (grč. parallaxis: odstupanje, promjena), mjernim postupkom koji se stoga naziva triangulacijom (lat. triangulum: trokut). Pri mjerenju s osnovicom trokuta na stajalištu promatrača dva se objektiva nalaze na udaljenosti koja je osnovica trokuta, a šiljasti vrh trokuta, tzv. kut paralakse je u cilju. Visina toga trokuta udaljenost je od sredine osnovice do cilja. Viziranjem cilja pomoću tih dvaju objektiva, mjere se kutovi prema osnovici. Duljina osnovice i dva kuta su tri podatka, dovoljna za trigonometrijsko izračunavanje sastavnica paralaktičkog trokuta. Pri mjerenju s osnovicom trokuta na cilju mjerna letva se postavlja na cilj, a sa stajališta promatrača viziraju se dvije odabrane točke kao krajevi osnovice. Kut između dva vizirana smjera je vršni kut jednakostraničnog trokuta, iz čega se može trigonometrijski izračunati sastavnice paralaktičkog trokuta. Zbog vrlo malog vršnog kuta trokuta mjerenja nisu osobito točna. Ipak, takvi su se daljinomjeri dugo rabili u geodeziji, mornarici, topništvu i sl. Laserski daljinomjer, nazivan i elektroničkim daljinomjerom, optički je mjerni instrument za mjerenje udaljenosti pomoću laserskoga mlaza. Primjenjuje se svjetlost ili infracrveno zračenje. Dvije su vrste takvih daljinomjera:

– impulsni daljinomjer mjeri vrijeme do povratka odaslanoga pa od cilja reflektiranog impulsa zračenja. Iz brzine svjetlosti cs u zraku i polovice vremena povratka signala t slijedi udaljenost predmeta, tj. s = cs · t; a kako je brzina svjetlosti vrlo velika, vrijeme je i za velike udaljenosti vrlo kratko, pa njegovo mjerenje mora biti vrlo precizno. – fazni daljinomjer mjeri faznu razliku odaslanog i od cilja reflektiranog zračenja, a iz nje slijedi udaljenost ciljanog predmeta. Glavni dijelovi takvih daljinomjera su laserski izvor, prijamnik reflektiranog signala i računalni procesor za precizno mjerenje vremena ili fazne razlike te njihovo preračunavanje u udaljenost. Mjerenje je jedino osjetljivo na promjene u atmosferi. Danas se većinom rabe laserski daljinomjeri koji su vrlo velike točnosti. Postoji vrlo širok izbor takvih daljinomjera, pa se oni jednostavni i jeftini rabe za brza priručna mjerenja u raznim tehničkim primjenama, na primjer u graditeljstvu, u cestogradnji, geodeziji, topništvu i dr. Velike udaljenosti na Zemlji danas se mjere pomoću globalnoga položajnog sustava (GPS). Ultrazvučni sonar također je izvedba daljinomjera primjenom ultrazvuka za opažanje predmeta i mjerenja udaljenosti u vodi. Rabi se u podmornicama, ribarstvu, istraživanju morskoga dna i dr. Teodolit Teodolit je optički mjerni instrument za mjerenje vodoravnih i okomitih kutova između zapaženih točaka ili predmeta (podrijetlo naziva je nepoznato, postoji nekoliko pretpostavki, na

Klasični teodolit (kraj XIX. stolje- Suvremeni teodolit, ća), kakvim su se služili i hrvatski tzv. totalna stanica geodeti

31


primjer možda je kovanica od grč. teos bog, doro: dar i lithos: kamen). Prije teodolita za mjerenje kutova rabili su se jednostavniji mjerni instrumenti: groma, mjerilo drevnih Rimljana za određivanje pravoga kuta pri izmjeri zemljišta, slog crtaćih ravnala, trokuta i kutomjera, dioptar, antički astronomski instrumenti i dr. Ti su jednostavni instrumenti postupno ujedinjavani u jedinstveni instrument, koji je 1576. godine konstruirao Erasmus Habermel (~ 1538.–1606.), praški urar i dvorski graditelj geodetskih instrumenata na dvoru Rudolfa II. na Hradčanyma u Pragu2. Prvi instrument sličan današnjem teodolitu konstruirao je 1725. godine Jonathan Sisson (1690.–1747.), engleski graditelj instrumenata, pa ga se smatra izumiteljem teodolita, koji je do kraja XIX. stoljeća poprimio današnji oblik. Osnova teodolita je pokretna alhidada (prema arap. al idhadah: klizač) koja se sastoji od vodoravnog i okomitog kutomjera, viska ili razulje, dalekozora, naprave za očitavanje kutova i vijaka za namještanje. Alhidada se postavlja na tronožni stalak iznad mjesta s kojega se mjeri, tzv. stajališta. Suvremeni su teodoliti opremljeni i laserskim daljinomjerom te računalnim procesorom, memorijom, pokaznikom, a neki i kompasom ili giroskopom. Takav se teodolit naziva tahimetrom te mjernom ili totalnom stanicom. Teodolit se rabi u geodeziji, meteorologiji, topništvu i dr. Nivelir (prema franc. niveau: razina) optički je mjerni instrument za mjerenje visinskih razlika između promatranih predmeta ili točaka, donekle sličan teodolitu. Osnova mjerenja je postavljanje vodoravnoga pravca i određivanje kuta između viziranja promatranog predmeta ili točke, te pomoću toga određivanje visine promatrane točke. Nivelir se rabi u geodeziji za određivanje visina u velikom rasponu, od mjerenja na gradilištu do određivanja visina planina.

Ilustracija uporabe Jakovljeva štapa iz 1523. godine

Sekstant Sekstant (lat. sextans: šestina) je optički mjerni instrument za mjerenje kutne visine nebeskih tijela prema obzoru (horizontu). Naziv potječe od toga što mu je kutomjer šestina kružnice (60º). Prethodili su mu kvadrant (lat. quadrans: četvr-

tina) s kutomjerom od četvrtine kružnice (90º) i oktant (lat. octavum: osmina), s kutomjerom od osmine kružnice (45º), ali je kutomjer konačno povećan na šestinu. Tim se instrumentima mogu mjeriti dvostruki kutovi. Sekstantu su prethodili stariji instrumenti: Jakovljev štap3 ili križni štap drevni je mjerni instrument za mjerenje kutne visine nebeskih tijela, koji je u XI. stoljeću izumio Avicena (arap. Ibn Sina; ~ 980.–1037.), perzijski filozof, liječnik, prirodoznanstvenik i astronom. Sastojao se od mjernoga štapa po kojem se pomicao okomiti štapić preko čijih su se vrhova vizirale dvije točke između kojih se mjerio vidni kut. U astronomiji je to bio obzor i promatrano nebesko tijelo. Mjerni štap bio je umjeren u stupnjevima toga kuta. Rabio se od XV. stoljeća u pomorskoj navigaciji, a i u geodeziji. Kvadrant, optički mjerni instrument za mjerenje kutova u astronomiji rabio je još u II. stoljeću pr. Kr. Klaudije Ptolemej (~  100.– ~  170.), aleksandrijski matematičar i astronom, a potom u srednjem vijeku arapski astronomi. Oktant (nazivan i reflektirajući ili zrcalni kvadrant) oko 1699. godine zamislio je i nacrtao Isaac Newton (1643.–1727.), znameniti engleski matematičar i fizičar, ali je to objavljeno tek 1742. godine, poslije njegove smrti. Prve oktante konstruirali su i objavili oko 1730. godine Thomas Godfrey (1704.–1749.), američki optičar, i neovisno od njega 1731. godine John Hadley (1682.–1744.), engleski matematičar i astronom, i njegova braća Georg (1685.–1768.), ugledni engleski meteorolog, i Henry (? –1687.). Sekstant, proširen kutomjerom na 120º konstruirao je 1757. godine John Bird (1709.–1976.),

2 Rudolf II. (1552.–1612.) bio je car Svetog Rimskog Carstva, kralj Hrvatske, Ugarske i Češke te nadvojvoda Austrije. Od 1581. do 1594. godine naš je Faust Vrančić kao carev tajnik boravio na njegovu dvoru.

3N  aziv potječe od sličnosti sa štapom hodočasnika u znamenitom pohodu na grob Sv. Jakova u španjolskom gradu Santiago de Compostela.

32


britanski graditelj astronomskih instrumenata. Potom je konstruirano niz instrumenata s kutomjerima za različite dijelove kružnice, ali se svi oni obično nazivaju sekstantima. Sekstant se sastoji od okvira s ručkom, kutomjera, dalekozora i dvaju zrcala, velikim preko kojega se motri nebesko tijelo kojemu se mjeri kutna visina te malog preko kojega se gleda veliko zrcalo, a istodobno se kroz providnu polovicu motri obzor. Veliko zrcalo okreće se dok se u dalekozoru slika nebeskog tijela i obzora ne podudare. Na kutomjeru se očitava kut između smjera obzora i smjera nebeskog tijela. Sekstant namijenjen mjerenju kada se ne vidi obzor, ili iz zrakoplova, ima i razulju ili visak za određivanje vodoravnog pravca.

Klasični sekstant

Sekstant je uz kompas i kronometar bio najvažniji navigacijski mjerni instrument, sve do pojave radijskih navigacijskih sustava (LORAN i dr.) sredinom XX. stoljeća, a osobito globalnoga položajnog sustava (GPS) krajem XX. stoljeća. Dr. sc. Zvonimir Jakobović

Upoznajte zeptosekundu Znanstvenici su izmjerili najkraću vremensku jedinicu ikad: vrijeme potrebno laganoj čestici da prijeđe u molekulu vodika. To zabilježeno vrijeme iznosi 247 zeptosekundi. Zeptosekunda je bilijun milijarditog dijela sekunde ili decimalna točka iza koje slijedi 20 nula i 1 jedinica. Kada su istraživači zakoračili u područje zeptosekundi, 2016. godine, izvijestili su o tome za časopis Nature Physics kako su koristili lasere za mjerenje vremena u koracima do 850 zeptosekundi. Ova je točnost ogroman skok od rada nagrađenog Nobelovom nagradom iz 1999. godine koji je prvi put mjerio vrijeme u femtosekundama, koje su milijunti dijelovi milijarditih sekundi. Vrijeme potrebno da se kemijske veze raspadnu i stvore mjeri se u femtosekundama, a vrijeme u kojem svjetlost putuje kroz jednu molekulu vodika (H2) izražava se u zeptosekundama. Kako bi izmjerio ovo vrlo kratko putovanje, fizičar Reinhard Dörner sa Sveučilišta Goethe u Njemačkoj i njegovi kolege snimili su rendgenske zrake PETRE III na Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), akceleratoru čestica u Hamburgu. Istraživači su postavili energiju X-zraka tako da je jedan foton ili čestica svjetlosti izbacio dva elektrona iz molekule vodika. (Molekula vodika sastoji se od dva protona i dva elektrona.) Foton je odbio jedan elektron od molekule, a zatim

IZ SVIJETA ZNANOSTI

drugi, pomalo poput kamenčića koji iskače iz jezera. Te su interakcije stvorile valni uzorak koji se naziva interferencijski uzorak, a koji su Dörner i njegovi kolege mogli izmjeriti pomoću alata nazvanog reakcijski mikroskop spektroskopije hladnog cilja (COLTRIMS). Ovaj je alat u osnovi vrlo osjetljiv detektor čestica koji može bilježiti izuzetno brze atomske i molekularne reakcije. COLTRIMS mikroskop zabilježio je i interferentni uzorak i položaj molekule vodika tijekom interakcije. “Budući da smo znali prostornu orijentaciju molekule vodika, koristili smo interferenciju dva elektronska vala kako bismo precizno izračunali kada je foton dosegao prvi, a kada drugi atom vodika”, kaže Sven Grundmann, koautor studije na Sveučilištu Rostock u Njemačkoj. To vrijeme? Dvjesto četrdeset i sedam zeptosekundi, s malo manevarskog prostora, ovisno o udaljenosti između atoma vodika unutar molekule u točno određenom trenutku kada je foton projurio. Mjerenje u osnovi bilježi brzinu svjetlosti unutar molekule. “Prvi smo put primijetili da elektronska ljuska u molekuli ne reagira na svjetlost svuda istovremeno”, kaže Dörner. “Vremensko kašnjenje nastaje jer se informacije unutar molekule šire jedino brzinom svjetlosti.” Izvor: www.livescience.com Snježana Krčmar

33


World Robotics 2020. Sa zakašnjenjem u odnosu na prethodne godine izišla je referentna poslovna publikacija Međunarodne robotičke federacije World Robotics 2020. o stanju robotike u svijetu i procjenama razvoja u idućim godinama. Nakon šest uzastopnih godina rasta prodaje industrijskih robota prvi je put na kraju 2019. zabilježen pad prodanih jedinica robota u svije­ tu. Prodano ih je ukupno 373 000 što je za 12% manje nego u 2018. godini. Pad prodaje zabilježile su sve regije. Azija i Amerika imale su pad od 13%, dok je u Europi pad bio samo 5%. Robotizacija je smanjivana u gotovo svim industrijama, ali u dvije vodeće pad je bio izrazito velik: u elektrotehnici i elektronici za 17% i automobilskoj industriji za 16%. Kina je ostala najveće svjetsko tržište s udjelom od 38% u ukupnom broju u svijetu instaliranih robota, ali je to bilo 9% manje od prošle godine. Drugi po udjelu instaliranih jedinica je Japan s 13%, treći SAD s 9% ukupnih instalacija. Epidemija Covid-19 ubrzala je četiri “megatrenda” koji temeljito mijenjaju proizvodnju u svijetu. To su individualizacija potrošnje, skraćivanje radnog ciklusa, nesigurnost opstanka na tržištu i digitalizacija. Svakom od tih trendova moguće je prilagoditi se robotizacijom koja u kriznim vremenima omogućava očuvanje zdravlja radnika te održavanje proizvodnje i u nepovoljnim uvjetima. Do kraja 2019. godine u cijelom svijetu radilo je oko 2,7 milijuna industrijskih robota što je + 12% u odnosu na 2018. Razdoblje oporavaka će potrajati, a tek 2022. ili 2023. očekuje se dostizanje stanja prije krize.

SVIJET ROBOTIKE Trenutno u svijetu radi 2,7 milijuna industrijskih robota što predstavlja porast od 12%, unatoč padu godišnje prodaje od 12% u odnosu na prethodnu godinu. U razdoblju od pet godina (2014.‒2019.) broj industrijskih robota u svijetu porastao je za oko 85%. Iznimka u pozitivnom smislu je Kina koja se oporavlja brže. Azija ostaje najjače svjetsko tržište industrijskih robota. U Kini se broj robota koji rade povećao za 21%, tako da ona ima 783 000 industrijskih robota. Za usporedbu Japan ih ima upola manje, tamo je 355 000 jedinica. Indija se ubrzano robotizira i u roku od pet godina udvostručila je broj industrijskih robota. Zanimljiv je odnos robotiziranosti industrije među pojedinim zemljama Europe koja je ukupnu operativnu robotičku zalihu od 580 000 jedinica u 2019. uvećala za 7%. Njemačka s oko 221 500 jedinica ima više robota nego sve ostale europske zemlje zajedno. Od zemalja poput Italije (74 400 jedinica) i Francuske (42 000 jedinica) očekivalo bi se više robota u industriji. Posebno je iznenađujuće mali broj industrijskih robota u Velikoj Britaniji koja ima svega 21 700 jedinica. Ipak, robotiziranost Europe uočava se u disperziranosti po velikom broju zemalja. Među dvadeset prvih zemalja svijeta s najvećom gustoćom robotiziranosti industrije čak trinaest ih je iz Europe. Među njima je i Slovenija. SAD je ostao najveći korisnik industrijskog robota u Americi, dosegnuvši sa 7% povećanja

Indeks gustoće industrijskih robota (dijagram lijevo) pokazatelj je stanja robotiziranosti industrije u svijetu i pojedinim zemljama. Pokazuje koliko robota ima na 10 000 zaposlenih u industriji. Većih promjena u rasporedu zemalja nije bilo osim što se Japan vratio na treće mjesto. Prosječna gustoća robota u svijetu je 113 dok je godinu dana prije iznosila 99. Azija i Europa nešto su iznad svjetskog prosjeka, dok je Amerika ispod prosjeka. Covid-19 utjecao je na pad tržišta robota (dijagram desno) i taj pad će se osjećati sve do 2026. godine.

34


Udio novoinstaliranih robota u Aziji iznosio je oko dvije trećine svjetske opskrbe. Prodaja gotovo 140 500 novih robota u Kini ispod je onih u rekordnim godinama 2018. i 2017., ali je i dalje više nego dvostruko veća od broja prodanih prije pet godina (2014. iznosila je 57 000 jedinica). Kineski proizvođači industrijskih robota kojih ima više od tisuću prodaju uglavnom na domaćem tržištu i njihov udio u tržištu raste. Čak 71% novih robota u Kini isporučuju još uvijek strani dobavljači. Na slici desno je robot poznatog kineskog koncerna Foxxcon.

novi operativni rekord zaliha od oko 293 200 jedinica. Meksiko je na drugom mjestu s 40 300 jedinica s povećanjem od 11%. U Meksiku je jaka automobilska industrija. Zanimljivo je usporediti robotiziranost Meksika i europskih zemalja. Kanada ima relativno malo robota, tek oko 28 600 jedinica. SAD nema većih proizvođača robota i uglavnom uvozi robote iz Japana i Europe. Instalacija kobota porasla je na svjetskoj razini za 11% što potvrđuje kontinuitet razvoja pristupa suradnje robota i radnika u proizvodnji. Kolaboracija čovjek robot ostaje važan trend i primjetno je njegovo širenje. Najčešće se dijeli isti radni prostor tako da radnik i robot rade sekvencijalno, dok su operacije s istovremenim zajedničkim radom rijetke. Dugoročno, tržišna prednost i glavni poticaj robotizacije je brža proizvodnja i isporuka prilagođenih proizvoda po konkurentnim cijenama.

Industrijski roboti su i “pametniji”, pa je instaliranje i programiranje jednostavnije. Programiraju se demonstriranjem, zadatak koji treba izvesti robotska ruka nauči se tako da radnik fizički vodi manipulator kroz pokrete. Pokreti se posredstvom digitalnih senzora prevode u program gibanja u zadatku. Važnost industrijskih robota je velika u umreženim proizvodnjama karakterističnima za Industry 4.0. Uzajamna komunikacija robota i mogućnost njihova povezivanja, definiranje standarda kojim će se omogućiti povezivanje s Industrijskim internetom stvari (IioT) otvara daljnje mogućnosti širenju robotike. Digitalna povezanost robota s tehnologijom oblaka omogućava provedbu novog trenda robotičkog lizinga nazvanog RaaS (Robots-as-a-Service). Riječ je o servisu iznajmljivanja robota za određene poslove. Tako mala i srednja poduzeća mogu

SERVISNI ROBOTI, za razliku od industrijskih, imali su unatoč epidemiji porast prodaje veći od 30%. To se jednako odnosi na profesionalne servisne robote kao i na osobne kućne robote (dijagram lijevo). Prodaja je rasla u svima kategorijama, a predviđa se i daljnji rast prodaje u idućim godinama. Sve više je zemalja koje razvijaju robote za pomoć starijim osobama. Virusna epidemija pokazala je sve nedostatke domova za starije osobe, ali i tamo su servisni roboti od pomoći jer omogućavaju povećanje razine i kvalitete komunikacije. Na slici desno izraelski je robot za pomoć starijim osobama.

35


Posebice su povećani zahtjevi za robotima dostavljačima hrane i lijekova po ustanovama poput bolnica i različitim domovima (slika desno). Povećana je i potražnja za informacijskim interaktivnim “kioscima” (slika lijevo) koji omogućavaju različite vrste daljinske komunikacije s pacijentima uz održavanje distance što je u današnjim situacijama izloženosti bolničkog osoblja vrlo važno.

robotizirati proizvodnje, čak i ako nemaju početni kapital za kupnju robota i školovanje kadrova. Za razliku od industrijskih, servisni roboti zabilježili su rast veći od 30%. Poslovi dezinfekcije i čišćenja prostora zabilježili su izraziti rast. Poslovi vezani uz higijenu također povećavaju potražnju za robotima. Preko 30 različitih tipova dezinfekcijskih robota različitih proizvođača pojavilo se u 2020., tako da se u ovom području očekuje rast s dvoznamenkastim postotkom. Daljnji rast bilježe i do sada uspješne primjene dostave robe robotima. Snažan rast prodaje zabilježen je i u područjima osobne i kućne robotike. Ističu se tri vrste proizvoda s masovnom ponudom: za čišćenje podova, šišači trave i zabavno-obrazovni roboti. Dodatno je povećana potražnja robota asistenata za hendikepirane i starije osobe. To će stimulirati daljnji razvoj kućnih robota koji će postati složeniji i s više mogućnosti pomaganja u tipičnim kućnim aktivnostima. Brojnošću se izdvajaju roboti za inspekciju i održavanje ili obavijesni (public relations) roboti. Po udjelu u visini prihoda i dobiti i dalje prednjače najskuplji profesionalni servisni roboti koji se koriste u logistici (skladišta), medicini i poljoprivredi.Glavnim pokretačima razvoja servisne robotike smatraju se tehničke inovacije u digitalizaciji, cloud-tehnologijama, 5G-mrežama i strojnom učenju.

COBOT (kooperacijski robot) definira se kao industrijski robot (kako se pojam robot definira po ISO 8372:2012), ali je konstruiran za izvođenje zadataka u istom radnom prostoru kao i radnik. Najveća je potražnja na tržištu za dostavnim (logističkim) robotima, posebice onima po skladištima gdje se nude mnoga nova naprednija rješenja. Zbog nedostatka radne snage skladišta se sve više robotiziraju, a novi sustavi omogućavaju organizaciju rada sa stotinjak autonomnih platformi istovremeno. Svi klasični poslovi dostave poput onih u kojima su se koristili viljuškari sada se prepuštaju autonomnim vozilima. Smatra se da korištenje servisnih robota podiže konkurentnost tvrtki koje ih koriste jer postaju kompetitivnije i inovativno snažnije. Pojavljuju se novi poslovni modeli koji uklanjaju financijske barijere visokih početnih ulaganja što potiče tvrtke na odluku o korištenju robota. Jedna od takvih usluga je “Robot-as-a-service” korištenjem koje korisnici plaćaju samo posao koji su servisni roboti uspješno obavili. U servisnoj robotici takvih poslova je mnogo: od iznajmljivanja robota za čišćenja do čuvara po ustanovama. Igor Ratković

Profile for Zoran Kušan

Časopis ABC tehnike broj 641 za siječanj 2021. godine  

Advertisement
Advertisement