IL PAVONE

Il titolo della gara Scienzafirenze, “ Vedere l’invisibile”, mi ha fatto venire in mente l’iconica scena di “Star Wars: l’attacco dei cloni”, il secondo film della saga, ambientata nella camera da letto buia della senatrice Padme Amidala.

A causa delle sue idee pacifiste sono molti i criminali e i politici corrotti che la vorrebbero vedere morta. Come ci si può aspettare, il rischio di un attentato è altissimo; così viene messo a guardia della senatrice un robot, chiamato R2D2. Durante la scena, dei piccoli vermi alieni velenosi entrano dalla finestra, lanciati da un misterioso attentatore. Fortunatamente R2D2, grazie al suo sistema di rivelazione dei pericoli, riesce a individuare nell’oscurità quei piccoli vermi invisibili.

L’interpretazione che ho dato alla sfida del convegno, “Vedere l’invisibile, lo sguardo dello scienziato dentro le cose”  Oltre alla costruzione del robot, è stata quella di trovare un modo per rilevare un movimento, magari di una persona, in una stanza priva di luce, o meglio, priva di onde elettromagnetiche visibili. Le onde sono una perturbazione avente origine da uno stato di quiete, che si propaga nello spazio trasportando energia ma non materia. 

 Caratteristiche delle onde 

Distinguiamo le onde in longitudinali (l’oscillazione è parallela alla propagazione) e trasversali (l’oscillazione è perpendicolare alla propagazione). Possiamo inoltre raggruppare le onde in meccaniche, ovvero onde che per propagarsi necessitano di un mezzo (per esempio l’aria) ed elettromagnetiche, che non hanno bisogno di alcun mezzo, propagandosi nel vuoto.

Caratteristiche delle onde

Le onde elettromagnetiche 

Per chiarire il concetto di onde elettromagnetiche risulta essenziale una breve premessa al concetto di campo elettrico.

I campi elettrici coincidono con l’area, attorno a una carica detta generatrice, in cui agisce una forza di attrazione o di repulsione su tutte le cariche prova (satelliti) che circondano la generatrice. Il campo elettrico dipende dalla carica generatrice, e dalla sua distanza con la carica satellite che stiamo considerando.

Al variare di un campo elettrico si genera un campo magnetico e viceversa; è questo continuo variare da una tipologia di campo all’altro che dà origine alle onde elettromagnetiche. Queste onde possono essere rappresentate su uno spettro elettromagnetico, che le distingue in base alla loro lunghezza d’onda.

Le onde elettromagnetiche possono essere: onde radio, microonde, raggi x, infrarossi, ultravioletti, raggi x e raggi gamma. 

Abbiamo pensato ad una proprietà intrinseca della materia: ogni corpo con una temperatura maggiore dello zero assoluto trasmette calore tramite radiazioni termiche di vario tipo.

Per quanto riguarda l’uomo,  il suo calore emette onde nel campo degli infrarossi. Abbiamo pensato di conseguenza di  utilizzare il sensore PIR, presente in molti sistemi d’allarme antifurto, dato che esso  analizza i dati utilizzando materiali piroelettrici, ossia che generano energia in presenza di radiazioni  infrarosse.

In particolare, dopo aver determinato la temperatura “normale” dell’ambiente in cui si trova, il sensore sarà in grado di segnalare se è avvenuto un movimento, non perché possiede una telecamera, ma perché almeno un punto dello spazio, misurato precedentemente con una certa temperatura, sarà occupato da un nuovo corpo con una temperatura diversa.

Dato che i mammiferi, tra cui gli umani, hanno una temperatura corporea solitamente maggiore di quella ambientale, irradieranno una maggiore quantità di energia rispetto a un oggetto comune.

Il sensore PIR è in grado di percepire oggetti caldi in movimento con una lunghezza d’onda compresa tra i 700 nm e 1 mm . Nel caso della rilevazione di esseri umani la lunghezza d’onda da rilevare è compresa tra 8-14 micrometri. Ed ecco spiegato come il PIR(figura 4) può dirci se in una stanza si aggira una qualche entità nascosta nel buio.

Sensore pir

Per valutare il funzionamento del sensore PIR, abbiamo collocato il robot al centro della palestra e ci siamo posti alle sue spalle.

Ruotando un regolatore trimmer, siamo stati in grado di regolare la sua portata, da 10 cm a 7 metri. 

La nostra compagna si è mossa davanti al sensore variando la sua distanza e la velocità.

Sensore PIR	Velocità  1	Velocità 2	Velocità 3	Velocità 4
Velocità rilevate usando l’app Samsung Health
Rilevazione a 3 m	SI	SI	SI	SI

Sensore PIR	Distanza 1	Distanza 2	Distanza 3	Distanza 4
	0.30 m	3 m	6 m	10 m
Rilevazione	SI	SI	SI	NO

Come previsto il sensore PIR ha rilevato la persona entro il raggio d’azione di 7 m dichiarato dal venditore. La velocità non ha influito sulla rilevazione. 

Tra un avvistamento e l’altro è stato necessario attendere 5-6 secondi per permettere al sensore di adattarsi alla quantità di energia infrarossa presente nella stanza.

Abbiamo ripetuto in un’aula buia questi esperimenti e i risultati non sono cambiati.

Nel prossimo articolo parleremo del sensore ad ultrasuoni e ultravioletti.

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