PER UNA GAIA SCIENZA

7 — Internet of Things (IoT) Laboratorio A — ESP32 + MQTT (3–4 h) Obiettivo: leggere un sensore (es. DHT22) su ESP32 e pubblicare telemetria a un broker MQTT; creare semplice dashboard (Node-RED/Grafana). Hardware minimo : ESP32 dev board DHT22 o sensore analogico/TMP36 Breadboard, cavi, alimentazione USB Passi pratici (sintesi) : Configurare broker MQTT locale (Mosquitto su Raspberry Pi o broker cloud). Caricare sketch Arduino su ESP32 (Wi-Fi + MQTT) — vedi esempio sotto. Pubblicare su robots/esp32_01/telemetry payload JSON con temperatura/umidità/timestamp. Configurare Node-RED per sottoscrivere il topic e inviare i dati a Grafana o dashboard semplice. Esempio di codice (Arduino/ESP32 con PubSubClient): #include <WiFi.h> #include <PubSubClient.h> #include <DHT.h> #define DHTPIN 4 #define DHTTYPE DHT22 const char* ssid = "YOUR_SSID"; const char* pass = "YOUR_PASS"; const char* mqtt_server = "192.168.1.50"; // broker I...

6 – Intelligenza Artificiale e Robotica Autonoma Obiettivi del Modulo Il sesto modulo mira a fornire agli studenti le competenze necessarie per rendere un robot autonomo , capace di prendere decisioni in base agli stimoli dell’ambiente. Gli obiettivi specifici includono: Comprendere e implementare algoritmi decisionali di base per il controllo robotico. Apprendere le logiche di automazione avanzata tramite stati finiti e regole “se-allora”. Introdurre i concetti fondamentali di machine learning applicati alla robotica. Affrontare le problematiche di localizzazione e navigazione autonoma, incluso il concetto di SLAM (Simultaneous Localization and Mapping). Sperimentare con attività pratiche per consolidare la teoria e sviluppare capacità di progettazione autonoma. Contenuti del Modulo 1. Algoritmi decisionali di base Logiche condizionali e regole “se-allora” : implementazione di decisioni reattive a eventi semplici. Automi a stati finiti (Finite State Machines, FSM) : ...

5 – Programmazione per la Robotica Obiettivi del Modulo Questo modulo si propone di introdurre gli studenti alla logica di programmazione applicata alla robotica , fornendo le competenze necessarie per sviluppare software che interagisca con sensori e attuatori. Gli obiettivi specifici includono: Comprendere la struttura fondamentale di un programma robotico: acquisizione dati, elaborazione e controllo dell’output. Apprendere le basi della programmazione in linguaggi chiave per la robotica: C/C++ (Arduino) e Python (Raspberry Pi). Sviluppare capacità di progettazione di algoritmi per comportamenti autonomi dei robot. Applicare concetti di controllo, logica condizionale, cicli e gestione dei dati dei sensori. Sperimentare con attività pratiche che consolidino la comprensione teorica. Contenuti del Modulo 1. Programmazione base in C/C++ per Arduino Struttura di un programma Arduino: setup() e loop() . Tipi di dati, variabili e costanti. Operatori aritmetici, logici e d...

4 – Elettronica di Base e Microcontrollori Obiettivi del Modulo Il modulo si propone di fornire agli studenti le competenze fondamentali per progettare, costruire e controllare circuiti elettronici di base e per interagire con microcontrollori a livello pratico. Gli obiettivi specifici includono: Comprendere i principi di funzionamento dei componenti elettronici fondamentali. Saper interpretare schemi elettrici e circuiti pratici. Acquisire familiarità con la programmazione di microcontrollori per il controllo di dispositivi elettronici. Applicare concetti di sicurezza elettrica e gestione dell’alimentazione nei progetti pratici. Integrare elettronica e programmazione per realizzare prototipi di robotica di base. Contenuti del Modulo 1. Componenti elettronici fondamentali Resistenze : comprendere la legge di Ohm, calcolare le cadute di tensione, identificare resistenze tramite il codice colore. LED (Light Emitting Diode) : polarità, tensione di soglia, corrente massima,...

3 Sensori e Percezione 📌 Panoramica rapida Obiettivo generale: capire come i robot percepiscono l’ambiente, collegare sensori a microcontrollori, leggere dati e usarli per decisioni (es. fermarsi davanti a un ostacolo). Prerequisiti: basi di elettronica, programmazione Arduino/Python, nozioni minime di trigonometria. 🎯 Obiettivi didattici Descrivere funzionamento e limiti dei sensori (ultrasuoni, IR, encoder, LIDAR, IMU, camera). Cablarli a un Arduino o Raspberry Pi e acquisire misure ripetibili. Calcolare distanza da tempo di volo e spostamento lineare da encoder. Applicare filtri semplici e comprendere principio del filtro di Kalman. Integrare più sensori per decisioni robuste. Realizzare un esperimento completo: robot che si ferma davanti a un ostacolo. 1 — Sensori base 🔊 Ultrasuoni (HC-SR04) Equazione: $$d = \frac{v_{suono} \cdot t}{2}$$ Esempio numerico: $$t = 0.005\ s,\quad v_{suono} = 343\ m/s$$ $$d = \frac{343 \cdot 0.005}{2} = 0.8575\ m$$ ...

2 – Fondamenti di Meccanica e Attuazione 🎯 Obiettivi (misurabili) Al termine del modulo lo studente sarà in grado di: Descrivere i concetti di cinematica (grado di libertà – DoF), tipi di giunto, effettore. Calcolare posizione e traiettoria su un semplice braccio planare (forward e inverse kinematics). Scegliere un attuatore adeguato (DC, BLDC, stepper, servo, attuatore lineare) in funzione di coppia, velocità e potenza richieste. Scegliere trasmissioni (ingranaggi, riduttori, cinghie, vite a ricircolo) valutandone vantaggi/svantaggi. Assemblare e cablare un robot su ruote con controllo base dei motori. Eseguire esperimenti di base con servo: controllo angolare, misura risposta, valutazione sovraccarico. 📚 Contenuti teorici approfonditi 1) Concetti base di cinematica Grado di libertà (DoF): numero di coordinate indipendenti necessarie per definire la configurazione. Esempio: robot su ruote differenziali (3 DoF: x, y, θ); braccio con 3 giunti rotazionali → 3 DoF. ...

1 – Introduzione alla Robotica Entrare nel mondo della robotica significa confrontarsi con una domanda che sembra semplice ma che in realtà ha acceso dibattiti tra ingegneri, filosofi e scienziati: che cos’è un robot? Non basta pensare all’umanoide di ferro e circuiti che vediamo nei film. Un robot può avere le sembianze di un braccio meccanico, di un piccolo aspirapolvere che si muove per casa, oppure di un veicolo spaziale che esplora Marte senza che nessuno lo guidi in tempo reale. È un robot o no? All’inizio della lezione invitiamo la classe a un gioco: mostriamo otto esempi concreti – dall’ascensore all’assistente vocale, dal drone al braccio pick&place – e chiediamo agli studenti di decidere se si tratti o meno di robot. Alcuni casi sono evidenti, altri meno. Un ascensore, ad esempio, compie un’azione programmata, ma non “percepisce” l’ambiente: si muove solo su comando. Un robot aspirapolvere invece capisce quando ha incontrato un ostacolo e cambia direzione, mostrando ...