Protezione chimica. Esperienza di chimica divertente a casa

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Abbiamo chiamato questo esperimento un guardiano chimico e il suo nome più rigoroso è un sensore chemiotrone. La chemiotronica è una nuova branca della scienza, nata all'incrocio tra elettronica e chimica. A differenza dell'elettronica, studia i processi in un liquido dove si muovono gli ioni. Poiché gli ioni sono molto più pesanti degli elettroni, i processi chemiotronici sono più lenti. Ma la velocità non è sempre la cosa più importante. I dispositivi chemotronici sono molto affidabili, stanno già trovando molte applicazioni.

Naturalmente, i veri dispositivi chemiotronici sono complessi. Eppure puoi creare un modello di uno di questi dispositivi: un sensore. Prima di tutto, è curioso vedere come funzionano i chemotroni. Inoltre, questo sensore ti sarà sicuramente utile.

Per prima cosa, crea un corpo cilindrico. Sarebbe meglio scolpirlo dal plexiglass al tornio, ma non è necessario; il corpo può anche essere incollato da lastre di plexiglas separate, nel qual caso sarà rettangolare. Il diametro approssimativo della cassa rotonda è di 40 mm e l'altezza è di circa 20 mm. Dalle estremità del cilindro devono essere ricavate due cavità di circa 5 mm di profondità e 30 mm di diametro, in modo che tra di esse rimanga un ponte a pareti spesse. Direttamente sotto il ponticello, praticare un foro orizzontale con un diametro di 2-3 mm per versare l'elettrolito e raccogliere un tappo stretto in questo foro. Quindi, dalla parte opposta della custodia, praticate altri tre fori per gli elettrodi, uno sotto l'altro, di diametro poco superiore al millimetro. L'elettrodo centrale deve essere nel ponticello, superiore e inferiore - nelle cavità corrispondenti.

Come elettrodi, prendi uno stilo spesso per le matite a pinza. Quei punti in cui le lastre escono dal corpo devono essere sigillate con una specie di colla. Quando la colla si asciuga, praticare verticalmente un foro passante molto sottile con un diametro non superiore a 0,5 mm nel ponticello. Quando scegli un posto per questo, tieni presente che questo foro deve passare attraverso l'elettrodo di piombo centrale.

Il dispositivo è quasi pronto. Non resta che incollarlo dall'alto e dal basso lungo una sottile membrana di quel plexiglass, solo di piccolo spessore (0,3-0,5 mm). Incolla solo la membrana inferiore per ora.

Ora sull'elettrolito. Sciogliere 20-30 g di ioduro di potassio in mezzo bicchiere d'acqua, quindi, scaldando leggermente la soluzione, aggiungere circa 1 g di iodio. Attraverso l'apertura laterale più ampia, versare questo elettrolita nel sensore, nella cavità inferiore, assicurandosi che non rimangano bolle d'aria. Il modo più semplice per eseguire questa operazione è con una siringa medica. Quando anche la cavità superiore è riempita, incollare la seconda membrana e infine sigillare la custodia inserendo un tappo pre-preparato nell'imbocco e riempiendolo accuratamente di colla.

Il sensore chemiotronico sarà alimentato da una batteria a torcia. Collegare gli elettrodi superiore e inferiore situati nella cavità al polo positivo della batteria, quello centrale al negativo. È auspicabile includere nel circuito un reostato, oltre a un voltmetro e un microamperometro, che, come già sapete, possono essere sostituiti con un tester.

Utilizzando un reostato (o resistenze), impostare la tensione a circa 0,8-0,9 V. Un microamperometro collegato al circuito dell'elettrodo centrale mostrerà una corrente di 200-300 μA. Lasciare chiusa la catena per dieci-quindici ore. La corrente scenderà gradualmente a 10-20 µA, che è quanto richiesto. Il sensore è ora pronto per l'uso.

Per verificarne il funzionamento, il modo più semplice è soffiare su una delle membrane o toccarla con la punta di un ago. Nello stesso istante, l'ago del microamperometro devierà bruscamente verso destra. Per l'occhio, il movimento della membrana è impercettibile, ma il sensore ha reagito immediatamente.

Spieghiamo perché questo accade. La forza attuale dipende da quanto iodio è vicino all'elettrodo catodo negativo. Sotto l'azione di una corrente continua, il pod al catodo viene ripristinato, accettando elettroni, e all'anodo è nuovamente formato da ioni. Pertanto, lo iodio viene, per così dire, pompato gradualmente dal catodo all'anodo. Dopo aver caricato il sensore, la corrente diminuisce gradualmente, perché sull'elettrodo negativo rimane sempre meno iodio. Ma non appena hai spostato leggermente, anche con un tocco debole, la membrana, un'ulteriore, anche se molto piccola, porzione di molecole di iodio entra nel catodo; il sensore reagisce istantaneamente a questo: la corrente aumenta.

Tali dispositivi chemiotronici sono estremamente sensibili; realizzati con cura, a volte possono reagire letteralmente a poche molecole. La loro sensibilità viene utilizzata nella pratica, quando il segnale è debole e difficile da registrare in altri modi. Tali dispositivi chemiotronici vengono utilizzati, ad esempio, nella ricerca medica, nella tecnologia, per contare piccole parti che si muovono su un nastro trasportatore.

È possibile in qualche modo utilizzare un tale sensore a casa oa scuola? Certo che puoi. Perché non trasformarlo in un dispositivo che ti avviserà quando arriva un ospite? Per fare ciò è sufficiente posizionare il sensore sulla soglia dell'appartamento e risponderà non appena l'ospite toccherà la porta.

Ma, ovviamente, uno di questi sensori, di per sé, non è molto conveniente per questo scopo: devi sempre guardare il microamperometro e aspettare che la sua freccia devii. Tuttavia, un sistema di allarme può essere adattato al sensore: un campanello o una lampada elettrica. Come farlo: scoprilo da solo o consulta un insegnante di fisica.

A proposito, un tale "guardiano" chemotronico può essere utilizzato per proteggere oggetti importanti, come le banche. Ovviamente, in questo caso, il sensore non è affatto ospitale: avverte del pericolo.

Autore: Olgin O.M.

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Il robot anticipa le azioni umane 04.06.2013

Il robot, sviluppato presso il Cornell Robotics Lab, potrebbe essere l'assistente perfetto: non c'è bisogno che gli venga detto di "aprire il frigorifero, ci metto un piatto" o di "aggiungere altra birra". Sorprendentemente, il robot stesso è in grado di valutare la situazione e agire in modo proattivo, avvertendo "gentilmente" tutte le intenzioni umane.

Si tratta infatti di un grande risultato, poiché prima era difficile tenere conto delle tante variabili che sorgono quando una persona, ad esempio, si alza da tavola con un piatto di cibo e intenzioni incomprensibili al robot. Tuttavia, gli ingegneri della Cornell University sono riusciti a risolvere questo problema: ora basta accennare silenziosamente al tuo desiderio e il robot ha fretta di soddisfarlo.

Il robot è dotato di bracci manipolatori e di un telaio con ruote che offre libertà di movimento su una superficie piana. Gli "occhi" del robot sono una telecamera stereo Microsoft Kinect che utilizza un database video di movimenti umani tipici. Ad esempio, un robot analizza come una persona interagisce con gli oggetti su un tavolo. Se una persona versa una bevanda da una bottiglia in una tazza e poi la porta alla bocca, il robot capisce che il suo proprietario sta bevendo e la tazza vuota deve essere riempita periodicamente. Allo stesso modo, il robot “capisce” che dopo che il proprietario ha versato cereali e latte nel piatto, le buste per il cibo possono essere riposte.

L'essenza della tecnologia di previsione è scegliere lo scenario più probabile. Quando inizia un qualsiasi movimento, ad esempio, il proprietario con un piatto in mano si alza dal tavolo, il robot inizia ad analizzare le possibili traiettorie del movimento del proprietario e, di conseguenza, le sue intenzioni. Se il proprietario va al frigorifero, il robot apre la porta; se il proprietario va al lavandino, apre l'acqua, dà un asciugamano, ecc.

Durante gli esperimenti, il robot ha fatto previsioni corrette delle intenzioni umane l'82% delle volte con 1 secondo di anticipo, il 71% delle volte con 3 secondi di anticipo e il 57% delle volte con 10 secondi di anticipo. Non è così piccolo come sembra, perché non eseguiamo azioni all'istante. Ad esempio, se il percorso verso il frigorifero dura 10 secondi, il robot avrà 1 secondo per capire la nostra intenzione e ben 9 secondi per raggiungere il frigorifero e aprire la porta, ovvero attendere che il robot sia "cortesia" stando in piedi con una pentola di zuppa tra le mani, non ci vorrà molto.

Naturalmente, inizialmente il robot deve essere istruito e non aspettato da lui "comprensione" il primo giorno di funzionamento. Ma le nostre attività domestiche non sono così diverse, quindi è possibile dedicare un paio di mesi all'allenamento. Ma poi avrai un vero servo robot premuroso e instancabile, che predice letteralmente ogni azione della famiglia. Tali robot in 5-10 anni saranno in grado di fornire un'assistenza seria alle persone con disabilità e solo a coloro che sono sfiniti dalle faccende domestiche. Il robot in sé non dovrebbe essere molto costoso, perché il suo "cervello" è in realtà costituito da una console di gioco e il suo "corpo" è persino più semplice di uno scooter elettrico Segway. Naturalmente, sarà necessario aggiungere alcuni sistemi di sicurezza per proteggere il robot da cadute, collisioni con persone e prevenire movimenti pericolosi da parte dei manipolatori, ma sistemi simili sono già stati sviluppati per i robot dei lavoratori industriali.

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