Projekt turbidymetru... z klocków Lego
Czy z klocków Lego można zbudować profesjonalny model urządzenia pomiarowego wykorzystywanego w laboratoriach? Okazuje się, że tak. Wystarczyło 261 klocków i mały karton, by otrzymać konstrukcję działającego turbidymetru. Jest to efekt współpracy członków działającej przy Uniwersytecie Śląskim grupy Unibot oraz Akademii Młodych Biologów „Lykeion” związanej z Pałacem Młodzieży w Katowicach.
Unibot to jednostka edukacyjna należąca do Uniwersyteckiego Towarzystwa Naukowego – Wszechnicy Śląskiej działającej przy Centrum Kształcenia Ustawicznego Uniwersytetu Śląskiego. Tworzą ją wykładowcy akademiccy, doktoranci, studenci, absolwenci, członkowie kół naukowych oraz popularyzatorzy nauki. Przygotowując zajęcia dla młodzieży szkół podstawowych, gimnazjalnych i ponadgimnazjalnych, a także dla nauczycieli, przekonują, że nauka wcale nie musi być nudna i skomplikowana. Członkowie grupy Unibot nie tylko prowadzą zajęcia edukacyjne, lecz biorą również udział w projektach naukowych, których celem jest rozwijanie wyobraźni i umiejętności twórczych młodzieży. Jednym z projektów było skonstruowanie modelu turbidymetru służącego do pomiaru mętności roztworów, opracowanego przy współpracy z Akademią Młodych Biologów (AMB) „Lykeion” działającą przy Pałacu Młodzieży w Katowicach.
– Urządzenie bada relację pomiędzy ilością światła emitowanego przez źródło – w naszym przypadku była to dioda pochodząca z zestawu Lego Power Functions – a ilością światła docierającą do detektora po przejściu przez kuwetkę laboratoryjną z próbką – mówi dr Jacek Francikowski z Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Śląskiego, członek zespołu Unibota.
Jak dodaje, strumień światła, przechodząc przez badaną próbkę, ulega rozproszeniu w zależności od stopnia mętności badanej cieczy. Następnie jest on mierzony przez fotodetektor, a uzyskane dane przekazywane są przez jednostkę sterującą do oprogramowania Lego Mindstorms i zapisywane w pamięci komputera turbidymetru.
Zespół Unibota postanowił stworzyć model mętnościomierza, zaczynając od klasycznej szarej płytki, podstawy o wymiarach 38,5 x 38,5 cm, po to, aby uczniowie mogli nie tylko lepiej poznać jego działanie, lecz by również spróbowali zmierzyć się z wyzwaniem konstrukcji takiego urządzenia, mając do dyspozycji określony materiał, czyli klocki, czujniki, części mechaniczne i oprogramowanie z Lego.
– Założyliśmy już na początku, że będziemy budować modele wyłącznie z elementów produkowanych przez firmę Lego. Każdy, kto ma dostęp do tych zestawów, może spróbować własnoręcznie wykonać kopię naszego modelu w domu czy w szkole podczas zajęć edukacyjnych. Ostatecznie w turbidymetrze znalazł się tylko jeden element zewnętrzny – kartonowe pudełko pełniące funkcję osłony diod, fotodetektora i kuwetki laboratoryjnej – wyjaśnia dr Joanna Foryś z Unibota, koordynatorka projektu.
– Czasem przegrywaliśmy z prawami fizyki. W tym przypadku pokonała nas… siła przyciągania grawitacyjnego. Planowaliśmy początkowo zbudować osłonę urządzenia pomiarowego także z klocków Lego. Ona jednak okazała się zbyt ciężka dla zastosowanych przez nas dźwigni, dlatego wykorzystaliśmy kartonowe pudełko – mówi Karen Sornek, uczennica liceum, członkini AMB z Pracowni Biologii i Edukacji Ekologicznej działającej przy Pałacu Młodzieży w Katowicach.
Jednym z ważniejszych momentów, jak podkreślają konstruktorzy turbidymetru, było odkrycie, że urządzenie rzeczywiście wykonuje pomiar próbek wody. Porównywali mętność zawiesiny z rzeki Rawy z roztworami otrzymanymi na bazie soków owocowych i mleka. Gdy na ekranie monitora dostrzegli różnice danych w zależności od badanej próbki, zrozumieli, że urządzenie zaczyna działać zgodnie z założeniami projektu.
Urządzenie przypomina prawdziwy laboratoryjny turbidymetr nie tylko swoją konstrukcją, lecz również tak samo działa. Można je wykorzystywać do wykonywania prostych pomiarów. Pamiętając o ograniczeniach, jakie nakłada wybrany materiał, czyli klocki Lego, próbkowanie jest jednak stosunkowo mało dokładne. Instrukcja budowy i obsługi urządzenia jest już dostępna na stonie www.unibot.us.edu.pl.
Kolejnym realizowanym już przez zespół Unibota projektem jest konstrukcja sondy badawczej, w którą zostanie wyposażony balon stratosferyczny. Model urządzenia, wznosząc się na wysokość około 30 kilometrów, będzie dokonywać pomiaru. Następnie eksploduje, a zadaniem ekipy konstruktorów będzie zlokalizowanie sondy i odczytanie dokonanych pomiarów.
– Na początku czerwca zamierzamy wypuścić balon stratosferyczny z sondą badawczą. Zadanie jest ekscytujące, ponieważ ze względu na koszty operacji będziemy mieć tylko jedną próbę. Czekamy na nią z niecierpliwością, a wszystkich zainteresowanych zapraszamy do udziału w tym wydarzeniu! – mówi dr Joanna Foryś.
Małgorzata Kłoskowicz
Pełna wersja artykułu „Popularyzacja nauki poprzez... klocki Lego” ukazała się drukiem w numerze 8 (248) „Gazety Uniwersyteckiej UŚ” (maj 2017).
