Complesso elettronica di base e biologia per lo studio della FISIOLOGIA VEGETALE: IL "FIOREBOT" il gemello digitale
Il Fiorebot è un sistema didattico interattivo progettato per introdurre studenti e studentesse allo studio della fisiologia vegetale e ai principi base della robotica ambientale. Il dispositivo riproduce in forma automatizzata il comportamento fototropico delle piante: mediante quattro sensori di luce LDR disposti sulla corolla, il sistema calcola la direzione di massima intensità luminosa e orienta lo “stelo” flessibile grazie a due servomotori a rotazione limitata, simulando il movimento di una pianta che si piega verso la luce.
Il Fiorebot integra ulteriori sensori ambientali per la misura di temperatura, umidità dell’aria e umidità del terreno, consentendo analisi comparate tra condizioni ambientali e reazioni del sistema, secondo un approccio di tipo STEM-to-biology.
La struttura modulare e la compatibilità con l’Arduino IDE rendono il Fiorebot un valido strumento per l’insegnamento integrato di fisica, biologia, informatica e tecnologia.
Il Fiorebot costituisce un gemello digitale di una pianta reale, capace di rilevare le variazioni ambientali e reagire in tempo reale attraverso un movimento orientativo controllato.
Dal punto di vista didattico, consente di sviluppare competenze interdisciplinari:
Biologia: studio dei fenomeni di fototropismo e relazioni luce–pianta;
Fisica: analisi della luce, intensità, radiazione e bilancio energetico;
Tecnologia: conoscenza dei sensori, attuatori e principi di retroazione (feedback loop);
Informatica e coding: sviluppo di algoritmi di controllo e programmazione embedded.
L’architettura aperta del sistema permette agli studenti di osservare il flusso dati dal sensore all’attuatore, comprendendo il concetto di controllo retroazionato e la logica input–process–output tipica dei sistemi cibernetici.
Il sistema utilizza i dati provenienti da quattro sensori di luminosità disposti a 90° attorno alla corolla, per determinare la direzione prevalente della luce e orientare dinamicamente lo “stelo” flessibile mediante due servomotori (uno per l’asse verticale e uno per l’asse orizzontale). In questo modo, il Fiorebot replica il comportamento di una pianta reale che si orienta verso la fonte luminosa.
Oltre ai sensori di luce, il Fiorebot integra:
• Sensore DHT11 o DHT22 (a seconda della versione) per la misura di temperatura e umidità dell’aria;
• Sensore di umidità del suolo a principio conduttivo (digitale o analogico), utilizzabile per il monitoraggio di piante reali in vaso;
• Display LCD o OLED integrato sulla corolla mobile, con due pulsanti touch capacitivi che consentono di navigare tra diverse schermate informative e visualizzare in tempo reale i valori acquisiti dai sensori.
La struttura meccanica si compone di una base di controllo e di uno stelo flessibile che supporta la corolla sensorizzata.
Il sistema è totalmente riprogrammabile: può essere gestito tramite Arduino IDE, per lo sviluppo di progetti avanzati in C/C++, oppure, limitatamente ad alcune funzioni base, attraverso strumenti visuali a blocchi come Tinkercad Circuits.
Specifiche tecniche
• Scheda di controllo: compatibile Arduino Uno R3 o equivalente (microcontrollore ATmega328P);
• Sensori di luce: 4 × fotoresistenze LDR (Light Dependent Resistors) montate su corolla;
• Sensore di temperatura/umidità: DHT11 o DHT22;
• Sensore di umidità terreno: modulo conduttivo con uscita digitale “umido/asciutto” e opzionale analogica;
• Attuatori: 2 × servo motori a rotazione limitata (180°) per orientamento su doppio asse;
• Interfaccia utente: display LCD 16×2 o OLED 0.96” I²C, 2 pulsanti touch capacitivi;
• Alimentazione: 5V DC via USB o alimentatore esterno (consumo medio < 300 mA);
• Compatibilità software: Arduino IDE, Tinkercad Circuits, Scratch for Arduino (S4A);
• Firmware base: fornito in formato sorgente e ripristinabile in ogni momento.
Destinatari:
Il Fiorebot è progettato per essere utilizzato in contesti scolastici dalla scuola primaria alla secondaria di secondo grado, con livelli di complessità differenziati:
- Livello base (4ª–5ª primaria): uso esplorativo e introduzione al concetto di fototropismo e fotosintesi;
- Livello intermedio (scuola secondaria di primo grado): lettura dei sensori, uso del codice a blocchi per esperimenti interattivi;
- Livello avanzato (scuola secondaria di secondo grado e ITS): programmazione in Arduino IDE, analisi dati e realizzazione di applicazioni autonome (data logging, automazione ambientale, interfacce IoT). Applicazioni didattiche e sperimentali Con il Fiorebot è possibile:
- Illustrare fenomeni biologici reali, come il fototropismo e la fotosintesi, attraverso simulazioni controllate;
- Studiare la relazione tra parametri ambientali (luce, temperatura, umidità) e risposte adattive delle piante;
- Monitorare piante vere in vaso, grazie al sensore di umidità del terreno e al confronto con i dati simulati;
- Creare un “gemello digitale” di una pianta reale, utile per comprendere la logica di automazione e regolazione ambientale;
- Programmare comportamenti creativi, come il “fiore ballerino” o il tracciamento della luce con risposta animata, unendo sensori, attuatori e codici di controllo.
Servizi formativi e supporto opzionali
- Formazione di base su Arduino e introduzione al coding fisico;
- Formazione specifica sul kit Fiorebot, con esempi di esercitazioni progressive e percorsi STEM;
- Supporto alla progettazione di attività didattiche personalizzate, anche in ottica PCTO e laboratori di educazione ambientale o robotica.
Materiali consigliati per l’utilizzo:
• PC o tablet con connessione Internet;
• Kit Arduino base (per esercitazioni aggiuntive e riprogrammazione);
• Kit componenti discreti (LED, resistenze, sensori, cablaggi);
• Materiale per coltivazioni in vaso per esperimenti comparativi con piante reali.
