Σχεδιάστε ένα ρομποτικό έντομο

Υλικά

• Χαρτί
• Στυλό/Μολύβια ή Μαρκαδόροι
• (Προαιρετικό) Φύλλο εργασίας για τα ρομποτικά έντομα – Λήψη PDF

Διαχείριση

• Προαιρετικά, μπορείτε να βάλετε τους μαθητές σε ομάδες των δύο έως τεσσάρων και να τους ζητήσετε να δημιουργήσουν ένα ενιαίο σχέδιο. Μπορείτε επίσης να δώσετε σε κάθε ομάδα ένα διαφορετικό περιβάλλον για να δημιουργήσει τα σχέδιά της.

Ιστορικό

Τα έντομα γύρω μας έχουν σωματική δομή τέτοια που να εξυπηρετεί κάποιες μοναδικές λειτουργίες. Για παράδειγμα, τα έντομα έχουν σύνθετα μάτια, τα οποία τα βοηθούν να βλέπουν, παρέχοντας ευρύτερο οπτικό πεδίο από το ανθρώπινο μάτι και τους επιτρέπουν να παρακολουθούν τις γρήγορες κινήσεις.

Με τον ίδιο τρόπο, τα ρομπότ κατασκευάζονται με δομές και μέρη που το καθένα έχει μια συγκεκριμένη λειτουργία. Όπως τα έντομα, τα ρομπότ που κατασκευάζονται για να εξερευνούν άλλους πλανήτες πρέπει να κινούνται, επομένως έχουν συχνά τροχούς που τους επιτρέπουν να πηγαίνουν από μέρος σε μέρος. Τα ρόβερ της NASA στον Άρη Perseverance and Curiosity έχουν εργαλεία, ή «όργανα», που τους επιτρέπουν να αγγίζουν και να αναλύουν το έδαφος γύρω τους, με τον ίδιο τρόπο που ένα έντομο μπορεί να αισθάνεται και να γεύεται το χώμα και τους βράχους στο περιβάλλον του. Οι κάμερες χρησιμοποιούνται συχνά για να παρέχουν όραση στα ρομπότ και τους χειριστές τους, οι οποίοι μπορεί να είναι πολύ μακριά – ακόμα και σε άλλο πλανήτη. Τα έντομα χρησιμοποιούν τις κεραίες τους για να αισθανθούν τον κόσμο γύρω τους μέσω της αφής και της όσφρησης, και μερικές φορές μέσω της ακοής και του θορύβου. Ομοίως, οι ρομποτικές διαστημοσυσκευές χρησιμοποιούν μια κεραία για να λαμβάνουν πληροφορίες σχετικά με το τι υπάρχει γύρω τους (αν και οι κεραίες τους φαίνονται και λειτουργούν κάπως διαφορετικά).

Υπάρχουν πάρα πολλές ομοιότητες μεταξύ των εντόμων και της ρομποτικής. Στην πραγματικότητα, οι μηχανικοί της NASA εμπνέονται συχνά από τα έντομα και τη φύση όταν κατασκευάζουν ρομπότ που προορίζονται να λειτουργήσουν σε ακραία περιβάλλοντα.

Δείτε πώς οι μικρές σαύρες γκέκο, (οι οποίες στα ελληνικά λέγονται μολυντήρια), ενέπνευσαν μια νέα τεχνολογία της NASA που κάνει τα πράγματα να κολλάνε το ένα με το άλλο στο διάστημα. Πιθανές μελλοντικές εφαρμογές της μπορεί να είναι η σύλληψη δορυφόρων για επισκευή ή η απομάκρυνση διαστημικών σκουπιδιών. Θυμηθείτε ότι μπορείτε να βάλετε ελληνικούς υπότιτλους, εάν πατήσετε στις "Ρυθμίσεις" του βίντεο και στη συνέχεια "Υπότιτλοι --> Αυτόματη μετάφραση --> Ελληνικά" Δείτε στο YouTube

Διαδικασίες

1. Ρωτήστε τους μαθητές για τα έντομα: Τι είναι το έντομο; Ποια είδη εντόμων γνωρίζετε ή έχετε ξαναδεί; Τι είδους σωματοδομή έχουν και γιατί πιστεύετε ότι είναι έτσι φτιαγμένα;
2. Συζητήστε τις βασικές δομές των εντόμων ή/και μοιράστε τη σελίδα "Η δομή ενός εντόμου" από το φύλλο εργασίας του μαθητή. Το σώμα των εντόμων αποτελείται από τρία κύρια μέρη:
   
   • Ένα κεφάλι με μάτια, στόμα και κεραίες
   • Θώρακα με πόδια ή/και φτερά
   • Μια κοιλιά που περιέχει τα όργανά τους
   
   Δείτε από τι άλλο αποτελείται το σώμα ενός εντόμου στο παρακάτω γράφημα.
   

   Η Δομή των Εντόμων

   

3. Πείτε στους μαθητές ότι θα σχεδιάσουν ένα σχέδιο για το δικό τους ρομποτικό έντομο που, όπως ένα πραγματικό έντομο, πρέπει να έχει ιδιαίτερα χαρακτηριστικά για να επιβιώσει σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον. Μπορεί να είναι μεγάλο ή μικρό και να έχει οποιοδήποτε είδος χαρακτηριστικού που πιστεύουν ότι θα λειτουργούσε. Ίσως έχει φτερά ή τροχούς ή μάτια που μπορούν να διακρίνουν πόσο ζεστό ή κρύο είναι κάτι. Ενθαρρύνετε τους μαθητές να είναι δημιουργικοί όταν σχεδιάζουν τα ρομποτικά τους έντομα (π.χ. μάτια λέιζερ, 10 σετ φτερών, τροχοί για πόδια). Οι δομές δεν χρειάζεται να περιορίζονται σε αυτό που συμβαίνει στη φύση. Δείτε τον παρακάτω πίνακα για μερικά παραδείγματα ρομπότ της NASA εμπνευσμένα από τη φύση:

	Λεμούριος	Μπορεί να σκαρφαλώσει σε τοίχους βράχων, χρησιμοποιώντας εκατοντάδες μικροσκοπικά αγκίστρια σε κάθε ένα από τα 16 δάχτυλά του. Χρησιμοποιεί τεχνητή νοημοσύνη (AI) για να βρίσκει τον δρόμο του γύρω από τα εμπόδια.
	Αραχνο-μποτ	Ένα μικρορομπότ που έχει σχεδιαστεί για να χαρτογραφεί το έδαφος σε άλλους πλανήτες και να εξερευνά μικρότερα σώματα, όπως κομήτες, αστεροειδείς ή τη Σελήνη. Διαβάστε περισσότερα
	A-PUFFER (Φουσκωτό)	Ένα αναδιπλούμενο ρομπότ που θα μπορούσε να εξερευνήσει περιοχές στη Σελήνη και να αποκτήσει πληροφορίες για τοποθεσίες που είναι δύσκολο να εξερευνηθούν με τα πόδια από τους αστροναύτες, όπως είναι οι δυσπρόσιτοι κρατήρες και οι στενές σπηλιές. Το όνομα του ρομπότ προέρχεται από το γνωστό ψάρι "Φουσκωτό" που άλλάζει το μέγεθός του για να τρομάξει τους εχθρούς του.
	ΣΠΟΥΡΓΙΤΗΣ	Αυτοπροωθούμενο ρομπότ που χρησιμοποιεί τον ατμό για να κινείται, και να αναπηδά σε παγωμένα εδάφη, όπως αυτά που βρέθηκαν στο φεγγάρι του Δία, Ευρώπη και στο φεγγάρι του Κρόνου, τον Εγκέλαδο. Διαβάστε περισσότερα
	Γκεκο-μποτ	Ένα σύστημα αγκίστρωσης εμπνευσμένο από τις μικροσκοπικές τρίχες στο κάτω μέρος των ποδιών της σαύρας "γκέκο", επιτρέπει σε αυτό το ρομπότ να προσκολλάται σε κάθετους τοίχους και άλλες επιφάνειες. Διαβάστε περισσότερα
	Μπρούι	Σχεδιασμένο για υποβρύχια εξερεύνηση σε εξωγήινα, παγωμένα νερά, αυτό το ρομπότ χρησιμοποιεί τους δύο τροχούς του για να κυλάει στην κάτω πλευρά του πάγου που καλύπτει τις τεράστιες θάλασσες των απομακρυσμένων κόσμων. Διαβάστε περισσότερα
	Ρομπο-σίμιαν	Ένα ρομπότ σαν πίθηκος που θα μπορούσε να ανταποκριθεί σε καταστάσεις καταστροφής πολύ επικίνδυνες για τους ανθρώπους. Διαβάστε περισσότερα
	Σμηνάρια	Αυτή η ομάδα ρομπότ εμπνέεται από τον τρόπο που συνεργάζονται τα μυρμήγκια για να ανταλλάσσουν πληροφορίες. Διαβάστε περισσότερα

Αυτό το κολάζ εικόνων του Άρη από το διαστημόπλοιο της NASA δείχνει: α) Ένα τμήμα μιας πανοραμικής εικόνας που τραβήχτηκε από το ρόβερ Curiosity στον Άρη β) Μια εικόνα που τραβήχτηκε το 1979 από το σκάφος προσεδάφισης Viking 2 που δείχνει έναν λεπτό παγετό να περιβάλλει το σκάφος στον Άρη και γ) έναν ανεμοστρόβιλο σκόνης ύψους 20 χιλιομέτρων που καταγράφηκε να στροβιλίζεται πάνω από τις πεδιάδες του Άρη σε αυτήν την εικόνα από το τροχιακό σκάφος Mars Reconnaissance. Η ζημιά στους αριστερούς-μεσαίους και πίσω αριστερούς τροχούς του Curiosity διακρίνεται σε αυτήν την εικόνα που τραβήχτηκε από το rover στον Άρη το 2016 χρησιμοποιώντας την κάμερα στο άκρο του ρομποτικού του βραχίονα. Οι 24 εγκοπές με τα τριγωνικά μοτίβα του Curiosity αντικαταστάθηκαν με 48 απαλές καμπύλες στο Perseverance. Οι εκτενείς δοκιμές έδειξαν ότι τα νέα πέλματα στο Perseverance θα αντέξουν καλύτερα την πίεση από τα αιχμηρά βράχια και θα έχουν το ίδιο καλό ή και καλύτερο κράτημα από του Curiosity που κινούνταν σε άμμο.

1. Μοιράστε ή παραπέμψτε τους μαθητές στη σελίδα "Το περιβάλλον το ρομποτικού μου εντόμου" από το φύλλο εργασίας του μαθητή και ενημερώστε τους ότι θα σχεδιάσουν το ρομποτικό τους έντομο ώστε να κινείται άλλοτε σε περιβάλλον με πολύ ήλιο και άλλοτε σε πολύ κρύο και βραχώδες περιβάλλον με τεράστιους ανοιχτούς χώρους. Θα υπάρχουν λόφοι και κοιλάδες στους οποίους θα πρέπει να έχει πρόσβαση. Το ρομπότ μπορεί να χρειαστεί να ταξιδέψει μεγάλες αποστάσεις. Το περιβάλλον μπορεί να είναι πολύ σκονισμένο και να φυσάει. Εξηγήστε ότι τα σχέδια των μαθητών θα πρέπει να περιλαμβάνουν χαρακτηριστικά που επιτρέπουν στα ρομπότ να εξερευνήσουν αυτό το μοναδικό περιβάλλον καθώς και δομές που του επιτρέπουν να σπάει βράχους.
2. Δώστε στους μαθητές 25 λεπτά (ή περιορισμένο χρονικό διάστημα) για να σχεδιάσουν το ρομποτικό τους έντομο σε ένα κομμάτι χαρτί ή στο φύλλο εργασίας του μαθητή. Πείτε τους ότι κατά τη διάρκεια της δραστηριότητας, το περιβάλλον στον προορισμό του ρομπότ τους μπορεί να αρχίσει να αλλάζει ή μπορεί να μάθουν πρόσθετες πληροφορίες, επομένως θα πρέπει να μπορούν να προσαρμόσουν το ρομποτικό σχέδιο εντόμων κατά τη διάρκεια της διαδικασία σχεδιασμού του!
   
   • Στα 5 λεπτά, πείτε στους μαθητές: "Τώρα μάθαμε ότι υπάρχει μεγάλη ποσότητα σκόνης και βρωμιάς στο περιβάλλον και υπάρχει καταιγίδα σκόνης! Βεβαιωθείτε ότι το ρομποτικό έντομο σας είναι σε θέση να αντέξει τους δυνατούς ανέμους." Θυμηθείτε, μια καταιγίδα σκόνης μπορεί να εμποδίσει το φως του ήλιου, το οποίο μπορεί να επηρεάσει την ενέργεια που παράγεται από ένα ρομποτικό έντομο που λειτουργεί με ηλιακή ενέργεια.
   • Στα 10 λεπτά, πείτε στους μαθητές: «Το ρομποτικό έντομό σας πρέπει τώρα να διανύσει μεγαλύτερες αποστάσεις για να εξερευνήσει έναν βράχο, λόφο ή κοιλάδα που μπορείτε να δείτε στον ορίζοντα».
   • Στα 15 λεπτά, ζητήστε από τους μαθητές να αρχίσουν να τελειώνουν τις ζωγραφιές τους. Τερματίστε τη δραστηριότητα μετά από 20-25 λεπτά.
3. Καθοδηγήστε τους μαθητές να δώσουν ένα όνομα στο ρομποτικό τους έντομο και να συμπληρώσουν το υπόλοιπο φύλλο εργασίας του μαθητή. Ζητήστε τους να περιγράψουν το ρομποτικό τους έντομο και γιατί επέλεξαν τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά. Ζητήστε από τους μαθητές να συγκρίνουν τις ζωγραφιές τους με τους συμμαθητές τους. Ποιες είναι οι συγκεκριμένες λειτουργίες που ήθελαν να έχει το ρομποτικό τους έντομο; Πώς ο σχεδιασμός τους ανταποκρίνεται στις μοναδικές προκλήσεις του περιβάλλοντος;

Συζήτηση

• Καθώς οι μαθητές εξηγούν τα σχέδιά τους, προβάλλετε διάφορες εικόνες του αρειανού τοπίου τις οποίες μπορείτε να κατεβάσετε από εδώ: mars images.pdf. Πείτε στους μαθητές ότι αυτό είναι το περιβάλλον για το οποίο έχουν σχεδιάσει , αλλά μην αναφέρετε ακόμα ότι είναι ο Άρης.
• Εξηγήστε ότι το περιβάλλον που είδαν ήταν το αρειανό τοπίο. Γιατί θα τα κατάφερναν ή γιατί όχι τα ρομποτικά τους έντομα στον Άρη; Τι θα χρειάζονταν από αυτά που έχει η Γη αλλά όχι ο Άρης; Υπάρχει κάτι που θα μπορούσαν να κάνουν για να βοηθήσουν τα ρομποτικά τους έντομα να πετύχουν στον Άρη; Τι θα άλλαζαν;
• Το ρόβερ Curiosity Mars της NASA πήγε στον Κόκκινο Πλανήτη με ένα μοναδικό μοτίβο τροχού, σχεδιασμένο να δίνει στο rover περισσότερη πρόσφυση. Μόλις το ρόβερ πέρασε λίγο χρόνο κινούμενο στην επιφάνεια Άρη, οι μηχανικοί της NASA διαπίστωσαν ότι οι αιχμηρές πέτρες κατέστρεφαν τα πέλματα των τροχών. Έτσι, το επόμενο rover, το Perseverance, έχει διαφορετικούς τροχούς σχεδιασμένους για να αντέχουν καλύτερα. Ποια άλλα μέσα κίνησης μπορεί να μας βοηθήσουν να διασχίσουμε τον Άρη χωρίς να καταστρέψουμε το ρομποτικό διαστημόπλοιό μας;
• Το Opportunity ήταν ένα ρόβερ με ηλιακή ενέργεια που εξερεύνησε τον Άρη για σχεδόν 15 χρόνια μέχρι που μια καταιγίδα σκόνης τερμάτισε την αποστολή. Πώς νομίζετε ότι θα επηρέαζε μια καταιγίδα σκόνης ένα ρομπότ που κινείται στον Άρη με ηλιακή ενέργεια;

Αξιολόγηση

• Οι μαθητές θα πρέπει να είναι σε θέση να περιγράψουν πώς αναμένεται να λειτουργήσει ένα χαρακτηριστικό που περιλαμβάνεται στον σχεδιασμό τους.
• Οι μαθητές θα πρέπει να είναι σε θέση να εξηγήσουν πώς άλλαξαν το σχέδιό τους καθώς τους παρουσιάστηκαν νέες πληροφορίες.

Επεκτάσεις

• Αλλάξτε το περιβάλλον σε άλλο πλανήτη ή τοποθεσία. Αυτό μπορεί να είναι ένα περιβάλλον που απαιτεί αναρρίχηση, ανύψωση βαρέων αντικειμένων ή/και αποφυγή κινδύνων όπως πυρκαγιά ή πεσμένα συντρίμμια. Συγκρίνετε τα σχέδια των μαθητών με το RoboSimian, ένα ρομπότ που μοιάζει με πίθηκο και σχεδιάστηκε από το Jet Propulsion Laboratory της NASA.
• Ζητήστε από τους μαθητές να γράψουν στα σημειωματάριά τους για το πώς η εμπειρία τους στο σχεδιασμό ενός ρομποτικού εντόμου συγκρίνεται με τον σχεδιασμό ενός διαστημικού σκάφους.

Εξερευνήστε Περισσότερα

• Ιστοσελίδα: NASA Mars Exploration
• Γεγονότα και αριθμοί: Εξερεύνηση Ηλιακού Συστήματος της NASA
• Για παιδιά: NASA Space Place