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Juegos Robótica episodio 18. ¿Cómo funciona un sensor de color?
Bienvenidos a Juegos Robótica, el podcast en el que hablamos de robótica educativa, iniciación a la programación, aplicaciones para docentes, entornos de programación para niños y en general todo lo que tiene que ver con despertar la curiosidad de los más jóvenes por la programación y la tecnología para que se conviertan en creadores y no en meros consumidores.
Como ya sabes este podcast es un reflejo sonoro de los contenidos y cursos que puedes encontrar en juegosrobotica.es
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La semana pasada te hablé de los robots sigue líneas y comenté que aunque lo habitual es utilizar sensores de infrarrojos también se pueden plantear sigue líneas con indicaciones de color en la propia línea o a los lados.
Este tipo de circuitos combinando líneas y colores se suele plantear con LEGO Mindstorms EV3 puesto que tanto el kit de educación como el doméstico incluyen un sensor capaz de medir luz reflejada pero también color, pero también otros fabricantes tienen sensores de color por lo que los vas a poder utilizar en general.
Pues a raíz de ese comentario dos personas me han preguntado por los sensores de color por lo que creo que puede tener cierto interés saber cómo funcionan.
Además si sois profesores os recomiendo plantear el funcionamiento de un sensor de color como práctica para que los niños puedan entender la descomposición de la luz en colores o por qué los objetos tienen colores concretos, lógicamente porque reflejan unos colores y absorben otros.
Precisamente en eso se basa un sensor de color, por eso entendiendo cómo funciona seremos capaces de reproducir su funcionamiento con algunos elementos de robótica aunque no sean exactamente un sensor de color.
Luz y color.
Como te decía el primer paso es entender la luz.
Cuando decimos que un camión de bomberos es rojo realmente le llamamos así por un consenso, y de hecho cada persona apreciará un color levemente distinto. Realmente lo que estamos diciendo es que la luz reflejada en ese objeto, en este caso el camión, es roja.
Aunque hay ciertos objetos que emiten luz, la mayoría de los objetos que nos rodean son visibles por nosotros debido a que reflejan luz. Un objeto de color perfectamente negro debería absorber completamente la luz al estilo de los agujeros-pegatina de la película ¿Quién engaño a Roger Rabbit?, pero la verdad es que conseguir un negro que absorba completamente la luz es práctica imposible. Hace un año saltó la noticia de que habían descubierto un material de un color negro tan perfecto que actuaba de esa forma.
En el lado contrario estarían los objetos de color blanco. Definimos un objeto de color blanco a aquel objeto que es capaz de reflejar toda la gama de colores y no absorbe ninguno.
Si realizas un sencillo experimento iluminando con luz de color un folio en blanco podrás comprobar que el papel adquiere el color con el que está siendo iluminado. Es decir si lo iluminas únicamente con una luz roja, verás un folio rojo, aunque evidentemente no es lo mismo que el camión de bomberos que sólo reflejaba luz roja.
Por cierto, para este tipo de experimentos es muy práctico utilizar nuestro kit de robótica educativa porque en la mayoría de casos contamos con LEDs RGB que nos permiten generar luz del color que queramos.
El mismo folio en blanco lo podemos iluminar con luz azul, verde, naranja, violeta… y veremos que siempre adquiere el color de la luz con el que se ilumina puesto que el blanco tiene la cualidad de reflejar cualquier color.
Pues bien, ahora sigamos experimentando y toma cartulinas de diferentes colores empezando por los más básicos como son el rojo, verde y azul. Recuerda que en pigmentación los colores primarios son el rojo, azul y amarillo, pero en generación de luz son el rojo, verde y azul, por lo que te propongo empezar por ellos.
Si proyectamos luz blanca, con el espectro completo de colores, veremos cada cartulina de su color porque cada cartulina está reflejando un color concreto. La cartulina azul reflejará únicamente la luz azul que forma parte del espectro completo de la luz.
Continuando con la prueba, pon las cartulinas una al lado de otra y anula cualquier fuente de luz que no sea la que vas a usar en la prueba, y empieza proyectando luz roja por ejemplo.
La sensación que tendrás es que todo se ve rojo, lógicamente, pero fíjate que la cartulina roja se ve mucho mejor, brilla más por decirlo así, que la azul y la verde que parecen estar más oscuras.
Esto es debido a que la cartulina roja es capaz de reflejar la mayor cantidad de la luz recibida puesto que la luz que recibe es roja, mientras que la cartulinas verde y azul reflejan una mínima cantidad de luz, por eso son visibles, porque la luz roja no tiene apenas componente de color que esas cartulinas podrían reflejar.
Esto mismo lo puedes repetir con la luz verde o la luz azul.
En términos de cantidad de luz, si proyectamos con luz verde por ejemplo, la cartulina refleja mucha más cantidad de luz que la azul o la roja.
Pues te he contado todo esto porque así es como funciona un sensor de color, interpretando la cantidad de luz reflejada separando por colores la luz.
Tecnologías de los sensores de color.
Podemos clasificar los sensores de color en dos grandes grupos dependiendo de su tecnología y en consecuencia de su manera de trabajar.
Un grupo descompone la luz que proyecta para analizar el color y toma medida de la luz reflejada sin descomponer, y el otro grupo proyecta luz con el espectro completo, luz blanca, y utiliza fotodiodos de colores concretos para medir la luz reflejada descompuesta en colores.
En el primer grupo tendríamos el sensor de color de LEGO Minstorms EV3. Este sensor lo que hace es algo similar a lo que hemos visto con la experiencia de las cartulinas anteriormente.
Emite luz roja y mide la cantidad de luz reflejada en general, luego emite luz verde y vuelve a medir la luz reflejada en general y por último emite luz azul y mide la cantidad de luz reflejada en general, sin descomponer.
Este proceso lo hace tan rápidamente que el ojo humano no percibe la secuencia y podrás visualizar los tres colores a la vez si pones el sensor de LEGO en modo sensor de color, pero debes entender que realmente está cambiando el color de la luz, midiendo luz reflejada y cambio de color de nuevo de manera continua y rapidísima.
Tal y como creo que ya has entendido cualquier objeto al que acerquemos el sensor de color nos devolverá tres valores de luz reflejada y la con esos tres valores se está registrando la cantidad de luz que refleja de cada color básico, por lo que con el conjunto de las tres medidas podemos definir el color del objeto.
En este punto te recomiendo encarecidamente que veas la resolución del reto 18 de Juegos Robotica en el que se simula este tipo de sensor mediante un robot mBot de Makeblock gracias a sus LEDs RGB y su sensor de luz. Viendo esa resolución acabarás de entender perfectamente cómo funcionan este tipo de sensores de color, y lo puedes reproducir si eres tu quien tiene que explicar las propiedades de la luz y el funcionamiento de un sensor de color.
En la resolución del reto 18 utilicé un robot de Makeblock para explicar el funcionamiento que tiene por ejemplo el sensor de LEGO Mindstorms EV3, sin embargo los sensores de color utilizado en Arduino normalmente utilizan otra tecnología y forman parte del otro grupo en el que se pueden clasificar los sensores de color.
Aunque es muy parecido la otra tecnología utilizada se basa en emitir luz blanca, que contiene todos los colores del espectro pero se mide la cantidad de luz reflejada por colores. Es decir se mide la luz reflejada roja, la luz reflejada verde y la luz reflejada azul, no la cantidad de luz en general como hacíamos en el otro grupo de sensores.
Para medir la cantidad de luz reflejada de los colores concretos el sensor utiliza fotodiodos similares a los que usa el otro tipo de sensor, con la particularidad de que tienen un filtro de color de manera que únicamente miden la luz reflejada del color del filtro.
Una parte de los fotodiodos tienen un filtro rojo, que sólo deja pasar la luz roja, y por lo tanto mide la cantidad de luz roja reflejada. Y de la misma manera otra parte de los fotodiodos tienen un filtro azul y otra parte un filtro verde.
Si tienes un sensor de color de este tipo, normalmente los utilizados para Arduino lo son, podrás apreciar la matriz de fotodiodos con sus colores de filtro bien diferenciados a simple vista.
Con este sensor igualmente tendremos tres valores que se corresponden a la luz reflejada roja, verde y azul, y con los que podemos definir igualmente el color del objeto que hemos inspeccionado con el sensor.
Como ves se han utilizado dos tecnologías diferentes para medir una misma cualidad física de la materia y la luz.
Con este “sencillo”, entre comillas, ejemplo, vuelvo a reivindicar el uso de la robótica de manera transversal en educación también en secundaria y no sólo en etapas infantiles.
Hay muchas oportunidades de utilizar la robótica en asignaturas que en principio no tienen que ver con la programación como podría ser en este caso ciencias naturales o física, y a la vez perfeccionar la programación en su asignatura de programación o tecnología pero para hacer un proyecto de colorímetro que se utilizará por el mismo grupo u otro diferente en el laboratorio de ciencias.
Uno de los cursos de la plataforma de Juegos Robótica trata precisamente sobre cómo aprovechar Arduino en otras asignaturas que no sean tecnología, incluyendo su utilidad como equipo de medida por ejemplo en un laboratorio de física.
Con ese tipo de proyectos trabajamos a la vez la programación y la robótica y luego hacemos el seguimiento y la experiencia de uso del usuario, y ese feedback ayudará a mejorar nuestra capacidad de diseño. Y por otro lado proporcionamos herramientas para mejorar la enseñanza y el aprendizaje de otras asignaturas.
Por segunda semana consecutiva ha salido un episodio quizá demasiado técnico, pero a veces no podré evitarlo dependiendo del tema a tratar.
Por cierto te recuerdo que te puedes poner en contacto para proponer algún tema o plantear tus dudas o hacer alguna crítica que me ayude a mejorar.
Esto ha sido todo por hoy. Nos escuchamos en un próximo episodio analizando el funcionamiento de otro sensor o quizá hablando de algún entorno de programación, un kit de robótica educativa o cualquier otra herramienta que nos ayude en el aprendizaje de la programación y la robótica.
Hasta entonces que tengas una feliz semana, nos vemos en siete días… adiós!
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