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Task eight. Debajo de las piedras negras puede haber agua.

Caso práctico

Parece que las aguas han vuelto a su cauce con Mara.

Durante dos semanas, los cuidados de Nico y Mili, y el descanso proporcionado a Mara, han dado sus frutos. Ahora está más tranquila y concentrada, trabajando igual que antes. No ha sido fácil. Incluso a Mili y a Nico, por turnos, les ha afectado el sueño. Se despertaban en medio de la noche y la acompañaban a ver las estrellas, que sabemos que es lo que más le gusta a Mara, superando poco a poco sus miedos y el trauma de quedarse sin batería.

En estos días, el trabajo para establecerse en la cueva avanzó mucho. Ya han elegido una sala principal como zona habitable donde establecerán el campamento. En otras salas han decidido construir laboratorios, zonas de trabajo, zonas de almacenamiento... Hasta hay prevista una zona deportiva.

Pero hay una sala en la cueva especial. Nico hizo algunas investigaciones y está convencido de que un acuífero de agua líquida pasa a algunos metros de profundidad del suelo, y el agua, por capilaridad, rezuma en ciertos puntos hasta casi alcanzar la superficie de la cueva. No hay ningún indicio del líquido hasta que se excava y el agua brota naturalmente.

Sin embargo, tiene una sospecha. Al iluminar bien la sala se dio cuenta que la superficie del suelo está compuesta en su mayor parte por piedras. La inmensa mayoría  de ellas son de color claro. Pero salpicadas aquí y allá hay montoncitos de piedras casi negras. Está convencido de que el agua rezuma por donde se acumulan las piedras negras... Algún tipo de reacción química (que aún tiene que investigar) hará que las piedras, al sentir la humedad del subsuelo, reaccionen y cambien de color.

Así que... ¡vuelta al trabajo, Mara! Nico le ha encargado a Mara que mapee el suelo de la cueva y encuentre todos los montoncitos de piedras negras.

El Independiente
Europa Press

Lo que tendrás que conseguir es:

  1. En una superficie clara donde existan zonas más oscuras ponemos en marcha el robot, que vagabundea o recorre la zona de forma sistemática.
  2. Cuando sus sensores de infrarrojos detecten una diferencia entre el color del suelo normal (claro) y la zona oscura deberá detenerse, hacer una indicación sonora o lumínica y contar de alguna forma la mancha que ha encontrado.
  • Por ejemplo, para contar la mancha puede aparecer el número en una pantalla, o si no disponemos de pantalla, puede sonar algo tantas veces como manchas llevemos o parpadear un led, etc.

NOTA: la superficie clara con zonas oscuras puede ser:

  1. Un suelo de terrazo claro con manchas oscuras (hacer pruebas primero de que mis sensores de infrarrojos detectan las diferencias).
  2. Un papel A3 o A2 con manchas dibujadas en color negro o con manchas negras realizadas con cinta aislante de color negro. Esta zona puede ser más elaborada: fabricar un recinto con paredes de madera en forma de valla. Así también podemos programar el sensor de ultrasonidos para que no tropiece con las paredes.
Aurelio Gallardo. Task 8. Debajo de las piedras negras puede haber agua. Elaboración propia
Este vídeo es una simulación de la práctica. En esta opción, se ha optado porque el robot vagabundee, lo cual puede implicar que cuente la misma mancha dos o más veces. Si recorre la zona de forma sistemática, puede lograrse que sólo cuente cada mancha una vez.

Actividad de lectura

Accede a esta página web y lee el artículo:

La NASA encuentra “definitivamente” agua líquida en Marte

  1. Lectura detallada del contenido del artículo.
  2. Responde a estas preguntas:
    • A lo largo del año marciano, ¿todo el año aparece el agua en su superficie?
    • Si existe agua en Marte, ¿quiere decir que hay vida - microbiana al menos - en Marte?
    • El agua de marte tiene un origen... ¿Subterráneo o atmosférico?
    • En el pasado... ¿Hubo agua líquida y abundante en Marte?

Tablero de la práctica cuentamanchas.

A modo de ejemplo, se presentan tres documentos del mismo tablero:

  1. Versión en A3, circuito_manchas.pdf
  2. Versión en imagen vectorial svg (inkscape), circuito_manchas.svg
  3. Versión en dos A4 para imprimir y pegar con cinta celo, CM_A4.pdf

NOTA: cualquier circuito o tablero imprimible tiene que tener un alto contraste entre el negro (mate) y el blanco (brillante).

Proceso para llevar a cabo la tarea

El sensor de infrarrojos

Sensores de infrarrojos

Un sensor de infrarrojos es un elemento imprescindible en robótica. Bueno, en general en la electrónica de detección de objetos.

Es un componente que suele estar compuesto de dos componentes: un LED que emite luz infrarroja, invisible al ojo humano y un fotodetector (fototransistor) sensible a la luz infrarroja.

El fotodetector es como un "grifo". Cuanta más cantidad de luz infrarroja detecte, mayor corriente pasa por sus terminales e induce mayor tensión en un puerto de entrada analógico.

En resumen, a mayor luz mayor tensión. Y eso lo podemos registrar con una placa electrónica como Arduino, ESP32 o micro:bit
Sensor infrarrojo 1
FC-51
Sensor de infrarrojo 2
TCRT5000
Sensor CNY70
CNY70
Sensor KY22
KY-022
Distintos sensores de infrarrojos (imágenes de aliexpress.com). Excepto el KY-022, de demodulación de luz infrarroja emitida por el módulo KY-005, los demás son usados con frecuencia en el mundo de la robótica.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento es sencillo: el LED emisor emite continuamente luz infrarroja. Si la luz no se refleja en nada, o se absorbe en su mayor parte por la superficie en la que incide (colores oscuros - negros -), en el fotodetector detectaremos niveles bajos. Si por el contrario se refleja en una superficie de color claro (blanca) el fotodetector recibirá una mayor cantidad de luz y detectaremos niveles bajos.

Por lo tanto, si en un robot colocamos uno o varios detectores de infrarrojos en su base, dirigidos al suelo, podremos saber si la superficie por la que el robot se mueve es más o menos clara, menos o más oscura. Y ésto lo podemos aprovechar para importantes aplicaciones.

Algunos sensores tienen un potenciómetro. Puedo ajustar la sensibilidad del fotodetector variando ese dispositivo.

NOTA: un sensor de infrarrojo que sirve para seguir líneas, dirigido al suelo, a veces se denomina tracker.

Como funciona el emisr-receptor infrarrojo
Aurelio Gallardo. Como funciona el emisor-receptor infrarrojo. Elaboración propia

Razona el algoritmo (detectando)

Para llegar a hacer este programa necesitas razonar el algoritmo. ¿Qué tal si diseñas un diagrama de flujo?

Detección de manchas (digital). Bloque makecode (micro:bit)

maqueen ir 0 1

maqueen bloque

 ejemplo

https://makecode.microbit.org

DETECCIÓN DIGITAL: en el lenguaje makecode tenemos dos bloques que darán un valor alto cuando lea color oscuro (1) y un valor bajo (0) cuando lea color claro.

Ejemplo

Detección de manchas (digital). Bloques en Arduinoblocks

Detección digital arduinoblocks

DETECCIÓN DIGITAL: en lenguajes como Arduinoblocks, necesito detectar en un pin como entrada digital la señal del detector de infrarrojo. El umbral lo establezco mediante el potenciómetro.

El mejor procedimiento para calibrarlo es el siguiente:

  1. Hacerse un pequeño programa que al detectar un cambio en el sensor infrarrojo encienda o apague un led (ver arriba).

  2. Dibujar en un papel una linea negra con rotulador indeleble (marcarla bien) o pegar cinta aislante negra al papel.

  3. Situar los sensores del sensor a una distancia fija del papel (tal como quedarán colocados en el robot).

  4. Colocarlo sobre la línea negra.

  5. Girar el potenciómetro (normalmente necesitaré un destornillador plano pequeño para ello) hasta el punto exacto en el que no haya detección, cuando el led de detección pase de encendido a justo apagado.

  6. Mover el sensor sin perder su altura sobre el papel a una zona blanca. Si se produce detección, lo tenemos calibrado. Tener paciencia, a veces hay que repetir el procedimiento hasta obtenerlo.

  7. En nuestro programa, el LED del pin 13 se apaga en la línea negra y se enciende en la zona blanca.

CONSEJO: usar siempre la misma iluminación en la habitación o sala de trabajo. Una iluminación cambiante puede provocar que haya que calibrar de nuevo los sensores. También es buena idea aislar el LED y el fotoreceptor de luces parásitas todo lo que se pueda.

NOTA: Se puede usar un bloque específico de lectura digital en un pin concreto; no es necesario el bloque SIGUE LÍNEAS (IR)

Detección de manchas (digital). IDE Arduino

Detección de manchas (analógico). Por ejemplo, caso del sensor CNY70

En el caso de usar el sensor CNY70 (u otros similares) encontraremos que la señal que tenemos que leer no es digital, sino analógica. Leeremos valores de entrada en el puerto analógico de nuestros dispositivos (en Arduino UNO, por ejemplo, de 10 bits entre 0 y 1023; en ESP32 de 12 bits entre 0 y 4096) y estableceremos el umbral como un número intermedio (variable) entre los valores leídos en zona clara y oscura. La posibilidad de escoger el umbral como un número puede hacer que este sensor sea más controlable que otro con un potenciómetro que a veces es difícil de ajustar.

Para saber más: http://www.practicasconarduino.com/manualrapido/sensor_de_infrarrojos_cny70.html

 

CNY70

Esquema cny70
http://www.practicasconarduino.com/

Razona el algoritmo (contando manchas)

¿Cómo cuento las manchas?

Si entendiste bien lo que aprendiste en la tarea tres sobre variables... ¡Ya sabes la respuesta a esta pregunta!

¡Necesitaras una variable, obvio!

Procedimiento

Crea una variable y pone un nombre Llámala numeroManchas. Al inicio establece a cero. Añade uno a la variable numeroManchas cada vez que detecte una mancha
Crear variable
https://makecode.microbit.org
inicializa variable
https://makecode.microbit.org
incrementa variable
https://makecode.microbit.org
En principio puedo usar tantas como quiera o necesite. Cuando una variable la establezco en su valor inicial al principio del programa se dice que la estoy inicializando.

 Cuando sumo un número fijo al valor que tenía la variable antes digo que la estoy incrementando.

Si hago lo contrario (restar), la estoy decrementando.

¡OJO! Estas líneas de programa son muy básicas; el programa cuentamanchas necesitará seguramente más y mejor código.

Consejos

CONSEJO 1: ten en cuenta que nuestra robot Mara podrá detectar una mancha y, si no lo programas bien, volverá a contar la misma mancha. Una vez que cuente una mancha deberá moverse y abandonarla.

CONSEJO 2: las variables deben tener un nombre que recuerden qué valor almacenan. Por ejemplo, yo llamé a la mía numeroManchas (dos palabras, juntas, y la segunda con mayúsculas). La forma de llamar a las variables de esta forma se denomina de joroba de camello. Para saber más: https://firebird21.wordpress.com/2013/10/03/la-notacion-camello/

Cómo trabajar

  1. Normalmente se trabaja en parejas o en pequeños grupos, con un robot y un ordenador para programarlo.
  2. Aunque tu compañero/a sea quien maneje el ordenador o el robot, intenta siempre entender lo que estáis programando o haciendo: las órdenes o bloques que se están usando, el tiempo que tardan en ejecutarse, el orden en el que se colocan los bloques en el programa...
  3. Compartir las ideas con los demás, colaborar en lograr el reto,  no molestar a otros grupos si están probando o trabajando...
  4. Ten paciencia si tienes un sensor de infrarrojos que necesites calibrar con potenciómentro.
  5. Si no sale a la primera, no desanimarse. Es normal que haya que hacer varias pruebas hasta que salga.

Pistas

La clave para el éxito está en:

  1. Pensar siempre, a priori, qué estamos haciendo. 
  2. Averiguar los bloques de programación necesarios.
  3. Deducir el diagrama de flujo ANTES de escribir el programa.
  4. Determinar muy bien cómo funcionan nuestros sensores de infrarrojos y calibrarlos adecuadamente.
  5. Haz las cosas paso a paso: no pasar al paso siguiente hasta no tener seguro el anterior.