The Augmented Laboratory

A cura di Tommaso Rosi.

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The Augmented Laboratory è un progetto che mira a portare innovazione nei laboratori scientifici didattici. Si basa sulla possibilità di ottenere delle ricostruzioni digitali 3D di esperimenti scientifici che possono essere visualizzate dal vivo, mentre si effettua l’esperimento, o rivedere in seguito come dei playback interattivi. Il software, interamente progettato e sviluppato dall’autore, richiede solo un computer ed un Microsoft Kinect, che agisce da scanner 3D.

kinect1Ricostruzioni 3D di esperimenti di fisica

Tali ricostruzioni possono essere molto utili negli esperimenti che riguardano il moto: infatti, seguendo una semplice procedura, il software è in grado di registrare le traiettorie degli oggetti a cui siamo interessati. È inoltre possibile visualizzare tali traiettorie assieme a tutte le più importanti informazioni che possiamo derivare dalle stesse (energie, momenti angolari e lineari, il centro di massa del sistema, e così via). Riguardando gli esperimenti, è possibile analizzarli istante dopo istante e concentrarsi su istanti chiave, come ad esempio l’istante in cui avviene un urto. Tutti i dati ottenuti possono anche essere esportati ed analizzati con software esterno.

kinect2Tracking 3D di più oggetti contemporaneamente

Aggiungendo un proiettore al setup, possiamo sfruttare appieno il potenziale della realtà aumentata, che ci permette di rappresentare tutte le informazioni riguardanti gli esperimenti direttamente sugli oggetti usati e sull’ambiente in cui abbiamo svolto l’esperimento, ad esempio un tavolo. La realtà aumentata apre nuove possibilità per la didattica e la comunicazione delle scienze. Per esempio, possiamo seguire le traiettorie di due palline che urtano vedendole direttamente sul piano che stiamo usando, o possiamo proiettare direttamente su di una superficie per vederne alcune proprietà, come l’altezza o le curve di livello, o informazioni più avanzate come il suo gradiente o la sua divergenza.

kinect3Traiettorie e altre informazioni di interesse proiettate dal vivo sull’esperimento

kinect4Riproduzione della registrazione di un esperimento arricchita dalle informazioni cui siamo interessati

kinect5Proiezioni di informazioni legate alle superfici direttamente sulle superfici stesse

Possiamo anche portare un nuovo concetto nei laboratori didattici, quello delle simulazioni aumentate. Una simulazione aumentata è il risultato dell’interazione diretta tra il computer ed il mondo “reale”.

Vediamo un primo esempio di simulazione aumentata riguardante la meccanica. Possiamo proiettare un oggetto simulato il cui movimento viene influenzato dagli oggetti fisici su cui si trova. In questo modo possiamo vedere direttamente il comportamento di un oggetto che segue le stesse leggi fisiche che studiamo e discutiamo. Possiamo inoltre paragonare i risultati ottenute da misure dirette e da simulazioni.

kinect6Proiezione della traiettoria di un corpo simulato che si muove in un potenziale dato dalla superficie fisica

Un secondo esempio di simulazione aumentata è quello dell’ondoscopio, o “ripple tank”. È possibile fare qualunque esperimento che riguardi la propagazione delle onde usando degli oggetti materiali. Questi oggetti infatti rappresentano delle sorgenti di onde, ostacoli, aree a diversa velocità di propagazione delle onde (ad esempio lenti e prismi), ed il software è in grado di riconoscerli e distinguerli. In questo modo, la discussione di argomenti quali riflessione, rifrazione, diffrazione, l’effetto doppler ed il boom sonico può essere fatta in modo intuitivo e diretto.

kinect7L’ondoscopio o “ripple tank” nella sua versione di simulazione aumentata!

Il software è completo di tutte le funzionalità citate e molte altre sono in fase di progettazione e sviluppo. Il setup è anche stato testato con un gruppo di studenti di Trento, iscritti alle lauree magistrali di matematica e di fisica, che hanno seguito corsi in didattica e sono interessati a diventare insegnanti. Il setup è risultato molto convincente, la maggior parte di loro ha dichiarato che vorrebbe usarlo in classe e di essere convinto della sua spendibilità in ambiti comunicativi al di fuori di scuole e università, specialmente quando si sfrutta appieno la realtà aumentata come nel caso del ripple tank. È in fase di valutazione la possibilità di sviluppare il software in forma distribuibile.

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