Le competizioni internazionali “Micromouse” rappresentano un terreno fertile per l’innovazione ingegneristica, attirando sia studenti che professionisti verso progetti sempre più sofisticati. Il fascino di questa competizione risiede nella progettazione di un robot, chiamato “mouse”, in grado di trovare autonomamente la strada verso il centro di un labirinto nel minor tempo possibile.

Durante l’evento, ogni partecipante si ritrova a dover applicare le tecniche della progettazione meccanica, elettronica e della programmazione avanzata di robot autonomi, stimolando la creatività e l’ingegno. Sono competizioni che affascinano ingegneri esperti e catturano l’immaginazione degli studenti, mostrando loro le entusiasmanti possibilità che la carriera ingegneristica può offrire. Alle competizioni, infatti, partecipano tutti, dai bambini delle scuole agli ingegneri di aziende e università.

L’elettronica di un Micromouse

Un Micromouse deve trovare da solo la strada attraverso un labirinto che ogni volta si presenta diverso e imprevedibile. I tentativi a disposizione sono diversi e la competizione viene valutata combinando il tempo impiegato per attraversare il labirinto e il tempo del tentativo più veloce. Man mano che si raggiungono i livelli più alti, la competizione diventa sempre maggiore e questo richiede l’applicazione di caratteristiche tecniche sempre più performanti, con un equilibrio da raggiungere nella fase di progettazione tra la potenza di elaborazione a bordo, la velocità, la manovrabilità e la riduzione del peso al minimo.

Derek Hall è l’attuale campione del Regno Unito e progetta il suo mouse con schede personalizzate, ma sono gli encoder magnetici Renishaw a fare la differenza nelle prestazioni. Gli encoder Renishaw sono dispositivi di misura di precisione che convertono il movimento meccanico in segnali elettrici per determinare la posizione, la velocità e la direzione del piccolo robot. Vengono utilizzati in diversi settori, dall’automazione industriale alla robotica, e si distinguono per l’accuratezza e la robustezza.

L’encoder viene montato su una piccola scheda che è molto facile da collegare e adattare a un robot così piccolo e complesso. Inoltre, trattandosi di un encoder magnetico si possono sfruttare molti altri vantaggi oltre alla sua robustezza. A differenza degli encoder ottici, che non funzionano se entrano in contatto con la polvere, e di quelli sigillati che sono troppo costosi, gli encoder magnetici non prevedono alcun contatto con agenti esterni e questo evita di introdurre attriti aggiuntivi nel sistema di trasmissione.

L’impiego di questi encoder facilita la trasmissione del segnale elettrico che va direttamente nel chip e fornisce dati in tempo reale sulla distanza percorsa da ciascuna ruota. Il programma installato a bordo registra la distanza percorsa dal robot per capire dove si trova in ogni momento. Inoltre, grazie ai segnali dei sensori, riesce a determinare dove sono localizzati i muri, oppure quando ha raggiunto un vicolo cieco o ancora se ha superato la fine di un muro a lato del robot.

Solitamente, il robot ha due ruote motrici dotate di cuscinetti anteriori e posteriori per mantenere l’equilibrio, e sensori a infrarossi per individuare i muri sul davanti e sul retro. I motori elettrici sono molto veloci grazie agli encoder che ne aumentano l’accelerazione. Inoltre, le ruote hanno una gomma speciale per migliorare l’aderenza, permettendo ai motori di far accelerare il mouse che non deve superare le dimensioni di 25 cm x 25 cm. Infatti, non ci sono limiti di altezza o di peso complessivo, ma è necessario fare attenzione alle componenti più pesanti perché potrebbero ridurre le prestazioni e la durata della batteria.

Il ruolo dell’ingegnere elettronico nella progettazione dei Micromouse

Il concetto di Micromouse viene da sempre declinato a vari livelli e in diversi contesti. Per esempio, è utilizzato dagli studenti universitari per progetti di fine anno oppure, in una versione più semplificata, come gare per le scuole. Infatti, è un progetto che incarna diversi aspetti dell’ingegneria, soprattutto quella elettronica grazie all’impiego degli encoder. Gli ingegneri elettronici svolgono un ruolo fondamentale nelle diverse fasi di progettazione e produzione dei circuiti elettrici del piccolo robot.

Per esempio, devono garantire che questi encoder funzionino con precisione, evitando errori che potrebbero compromettere l’intero sistema. Negli schemi elettronici, gli encoder vengono utilizzati per ridurre la complessità dei dati, comprimendo ingressi binari digitali multipli in un numero inferiore di uscite, un processo essenziale per ottimizzare la gestione dei dati e migliorare l’efficienza dei circuiti. Inoltre, gli ingegneri elettronici utilizzano convertitori da analogico a digitale e viceversa per dar vita a forme avanzate di encoder che trasformano i segnali elettrici migliorandone la trasmissione. Attraverso l’utilizzo di questi dispositivi, gli ingegneri elettronici possono garantire che i segnali analogici, come il suono o la luce, vengano processati dai sistemi digitali, e viceversa in tutte quelle applicazioni che spaziano dalla registrazione audio alla gestione dei segnali nei dispositivi di telecomunicazione. Durante le competizioni Micromouse, questo aspetto diventa cruciale per garantire la trasmissione dei dati in modo efficiente e senza errori sulle lunghe distanze. In questo contesto, gli ingegneri elettronici lavorano per sviluppare e implementare gli algoritmi di codifica che massimizzano la velocità e la robustezza della trasmissione dei dati.

Per quanto riguarda, invece, il movimento dei piccoli robot, sono i trasduttori a fungere anche da encoder, tra cui gli encoder rotativi e lineari. I primi convertono la posizione angolare di un componente in movimento in segnali digitali o analogici, mentre gli encoder lineari svolgono una funzione analoga su una scala lineare. Questi dispositivi consentono di rilevare con precisione la posizione e controllare accuratamente i movimenti.

Infine, un altro ruolo importante dell’ingegnere elettronico nella buona riuscita di un Micromouse è l’utilizzo degli encoder nella sicurezza delle informazioni. Prima della trasmissione o della memorizzazione, infatti, i dati possono essere crittografati dagli encoder rendendoli accessibili solo in seguito all’applicazione di un adeguato processo di decodifica. Questo processo è fondamentale per proteggere le informazioni sensibili da accessi non autorizzati garantendo la correttezza delle competizioni. Pertanto, gli ingegneri elettronici sviluppano e implementano anche protocolli di crittografia avanzati per garantire la sicurezza dei dati durante questi eventi.