Ogni Roomba procede lungo le pareti pulendo alla base dei battiscopa, aggira gli ostacoli, rallenta e indietreggia quando, per esempio, si avvicina troppo a uno scalino. In questo modo evita di cadere dalle scale, dal soppalco o da qualsiasi superficie sopraelevata. Tutto ciò è possibile grazie a una serie di sensori IR che, sfruttando l’emissione e la conseguente riflessione dei raggi infrarossi da parte degli ostacoli che il robot incontra sul suo cammino, inviano informazioni sulla posizione di questi ultimi al processore centrale del robot.
Questo può così calcolare il percorso migliore da seguire. Il tutto, con una frequenza di oltre 60 volte al secondo. Ai sensori IR, Roomba affianca però un ulteriore sensore che consente al robot aspirapolvere di riconoscere i punti in cui si concentra maggiormente lo sporco, per dedicare a questi più attenzione, pulendoli a fondo prima di passare a un’altra porzione di pavimento.
Si tratta del sensore piezoelettrico posizionato sotto le due spazzole contro-rotanti e collegato al LED di colore azzurro contraddistinto dalla voce Dirt Detect e posto di fianco alla console centrale dei comandi (pulsanti CLEAN, SPOT, etc…). Quando il sensore rileva maggiori tracce di sporco, il LED si accende e Roomba torna più volte sullo stesso punto per pulire accuratamente la superficie. La tecnologia Dirt Detect, che si trova per esempio nei Roomba Serie 900, la si trova solo sui dispositivi iRobot: un motivo in più per considerare Roomba un robot più efficiente dei prodotti concorrenti. Senza dilungarci in spiegazioni fisiche troppo dettagliate, vediamo di capire come funziona questa tecnologia.
Tutto inizia con la proprietà piezoelettrica di alcuni cristalli
Il sensore Dirt Detect sfrutta una particolare proprietà fisica di alcuni cristalli naturali o artificiali: la piezoelettricità. È quindi un sensore piezoelettrico, più nel dettaglio di tipo acustico. Per piezoelettricità si intende la generazione di cariche elettriche di segno opposto su superfici di un cristallo sottoposto a sollecitazioni meccaniche, come la compressione o la dilatazione, lungo determinate direzioni. Sono sufficienti variazioni volumetriche minime, cioè di qualche nanometro (1 nm = 1/1.000.000.000 m, un miliardesimo di metro), perché il fenomeno si presenti.
Fra le specie cristalline più diffuse in natura a vantare proprietà piezoelettriche vi sono il quarzo e la tormalina, ma diverse applicazioni industriali prevedono l’uso di materiali ceramici, come il titanato di bario (BaTiO3) e il titanato di piombo (PbTiO3). Questi, essendo materiali policristallini composti da grani disposti in maniera casuale, presentano piezoelettricità solo dopo polarizzazione indotta da elevato campo elettrico. Le cariche elettriche, di segno opposto, generano quindi una tensione (ossia una differenza di potenziale) che, applicata a un circuito esterno, produce una corrente elettrica. In sostanza, il cristallo o il materiale ceramico opportunamente trattato (piezoceramico), si comporta come una pila. È importante, affinché l’effetto si produca, che il reticolo cristallino del solido sottoposto a deformazione sia privo dell’operatore di simmetria Centro, il che esclude 11 delle 32 classi cristallografiche esistenti in natura. L’effetto piezoelettrico si presenta anche in modo inverso, laddove un materiale opportuno a cui venga applicata una tensione elettrica, produce al suo interno una deformazione quindi una variazione del suo volume.
Pulisce a fondo finché non ha terminato
Nel caso di Roomba, l’effetto piezoelettrico è diretto. Il sensore Dirt Detect reagisce infatti alle vibrazioni prodotte dalle particelle di sporco più pesanti – come granelli di sabbia o piccoli corpi solidi -, che, raccolte dalle spazzole contro-rotanti, vengono scagliati contro di esso colpendolo ripetutamente. Le vibrazioni così generate inducono nel sensore microscopiche variazioni di volume le quali, come sopra spiegato, determinano un accumulo di cariche elettriche di segno opposto sulle sue due facce. Il sensore è infatti un cilindro molto schiacciato, di aspetto simile a una monetina.
Le cariche accumulate sulle placche metalliche che racchiudono il sensore (a mo’ di panino) generano una corrente elettrica che, opportunamente amplificata, è in grado di attivare la funzione Dirt Detect e di “allertare” Roomba sulla presenza di sporco in eccesso. Il robot quindi si concentra sull’area da trattare fino a quando questa non sarà perfettamente pulita. Una volta disattivato il circuito, il LED si spegne e Roomba riprende a pulire la stanza sfruttando il suo algoritmo di base. Il principio di funzionamento del sensore piezoelettrico di Roomba è simile a quello che governa i pick-up piezoelettrici utilizzati dalle chitarre elettriche: questi dispositivi sono infatti in grado di rilevare le variazioni di pressione esercitate nell’aria da una corda in vibrazione, generando una corrente elettrica che viene poi amplificata fino a produrre il corrispettivo suono. Roomba, a quel suono, fa corrispondere l’attivazione della funzione Dirt Detect.