TechTopus - Roboti - Dolj - Lucrari 2026 Nationala

Lucrari Lucrari 2026 Nationala
1

Informatii generale

  • Categorie: Roboti
  • Judetul: Dolj

Descriere

TechTopus este un braț robotic bioinspirat, conceput ca răspuns tehnologic la două probleme distincte pe care robotica industrială clasică nu le rezolvă elegant: manipularea obiectelor fragile sau cu geometrie neregulată, respectiv intervenția în medii contaminate unde prezența umană directă este dificilă sau periculoasă. Proiectul se inspiră direct din morfologia și comportamentul cefalopodelor, în special al caracatiței, reproducând mecanic principiile de funcționare ale tentaculelor: flexibilitate distribuită, adaptare pasivă la forma obiectului manipulat și distribuție uniformă a forței pe suprafața de contact.

Spre deosebire de gripperele rigide clasice, care operează pe principiul strângerii mecanice prin două sau trei degete metalice și necesită o formă compatibilă a obiectului, TechTopus utilizează un modul terminal cu șase tentacule flexibile fabricate integral din TPU 90A — un elastomer termoplastic durabil și rezistent la umiditate, cu proprietăți mecanice apropiate de cele ale țesuturilor biologice. Fiecare tentacul este acționat prin trei sfori de nylon tensionate independent, dispuse la 120° una față de alta pe secțiunea transversală. Această configurație oferă fiecărui tentacul trei grade de libertate reale, permițând mișcări curbilinii în orice direcție a spațiului, similar cu articulațiile continue ale unei tentacule biologice. Rezultatul este un mecanism care poate manipula fără reconfigurare mecanică obiecte extrem de diferite — de la o sticlă de plastic rigidă la o pungă flexibilă, o creangă neregulată sau resturi organice — cu risc minim de deteriorare.

Structura mecanică este modulară, construită din profile de aluminiu pentru elementele portante și patru piese structurale imprimate 3D din PLA care alcătuiesc brațul. Lanțul cinematic complet oferă șase grade de libertate: rotația bazei, ridicarea segmentului primar, articulația segmentului secundar, orientarea modulului terminal, mularea tentaculelor și ridicarea lor. Toată electronica este protejată într-o carcasă.

Aplicația principală a robotului este colectarea deșeurilor de la suprafața ecosistemelor acvatice statice — lacuri, iazuri, bălți, zone mlăștinoase — unde acumularea de sticle de plastic, materiale organice în descompunere, resturi vegetale sau chiar animale decedate creează atât probleme de mediu, cât și riscuri sanitare majore pentru operatorii umani. Robotul operează exclusiv pe suprafața apei, nu în imersie, colectând deșeurile plutitoare. TechTopus abordează aceste probleme simultan: operează de la distanță prin Wi-Fi eliminând expunerea directă a operatorului; manipulează obiecte de forme și dimensiuni foarte variate fără reconfigurare mecanică; iar tentaculele flexibile permit apucarea sigură chiar și a obiectelor alunecoase sau a resturilor organice.

Sistemul de viziune artificială este asigurat de un modul ESP32-CAM cu senzor optic OV2640, care rulează algoritmi de detecție și clasificare a obiectelor țintă direct pe placă și comunică deciziile către ESP32-ul principal prin Wi-Fi. Această arhitectură distribuită — cu un procesor dedicat pentru viziune și altul pentru control motor — permite ambelor plăci să funcționeze la performanță maximă fără să se blocheze reciproc. Controlul manual se face printr-un controller PlayStation 5 conectat prin cablu USB-C la un telefon Android, pe care rulează o aplicație dedicată de tip driver station, dezvoltată în Android Studio, ce transmite comenzile prin Wi-Fi la ESP32.

Proiectul se plasează la intersecția a trei domenii moderne în evoluție rapidă — soft robotics, robotica biomimetică și robotica de mediu — demonstrând că soluțiile complexe pentru probleme reale de mediu pot fi construite cu componente Arduino accesibile, într-un cadru educațional.

Tehnologii

Hardware

  • Microcontrolere: ESP32 WROOM-32 pentru placa principală, ESP32-CAM AI-Thinker cu senzor OV2640 pentru viziune
  • Control PWM și motoare: shield PCA9685, 2× driver stepper TMC2208
  • Motoare: 2× stepper NEMA 17 17HS4401 pentru bază și segment 1
  • Servomotoare: 3× DS3225 de 25 kg·cm pentru segment 2, orientare modul și mulare tentacule; 1× MG996R de 11 kg·cm pentru ridicare tentacule
  • Alimentare: baterie LiPo 3S 11,1V 2200mAh, regulator DC-DC step-down pentru 5V și 3,3V
  • Dispozitive de control: controller Sony PlayStation 5 DualSense, telefon Android

Structură mecanică

  • Filamente pentru imprimare 3D: TPU 90A pentru tentacule, PLA pentru piesele structurale ale brațului
  • Profile aluminiu 20×20 mm, fir nylon 0,8 mm pentru cele 18 sfori, carcasă din aluminiu, cuplaje flexibile și scripeți imprimați 3D

Software și librării

  • Medii de dezvoltare: Arduino IDE pentru firmware-ul ESP32, Android Studio pentru aplicația de control
  • Limbaje: C++ pentru microcontrolere, Kotlin pentru aplicația Android
  • Librării ESP32: WiFi.h, WebServer.h, HTTPClient.h, Wire.h, Adafruit_PWMServoDriver.h, AccelStepper.h, esp_camera.h

Comunicație

  • Wi-Fi 2,4 GHz între aplicație, ESP32 principal și ESP32-CAM
  • USB pentru conectarea controller-ului PS5 la telefon

Domenii tehnologice

  • Soft robotics, robotică biomimetică, imprimare 3D, viziune artificială

Cerinte sistem

Dispozitiv de control

  • Telefon Android cu versiune minimă Android 8.0
  • Port USB-C sau micro-USB cu adaptor OTG compatibil
  • Minim 2 GB RAM și 100 MB spațiu liber pentru aplicație
  • Suport Wi-Fi 2,4 GHz
  • Ecran minim 5 inch pentru afișarea corectă a interfeței driver station

Controller

  • Sony PlayStation 5 DualSense conectat prin cablu USB-C
  • Cablu USB-C la USB-C cu suport transfer de date

Rețea

  • Rețea Wi-Fi 2,4 GHz activă

Mediu de operare

  • Temperatură ambient între 5°C și 40°C
  • Umiditate până la 85%
  • Iluminare minimă pentru modul autonom de 200 lux
  • Distanță maximă operator-robot de 30 m în spații deschise și 15 m în interior
  • Suprafață de apă calmă, fără curenți puternici
  • Nu se operează în ploaie sau în imersie completă

Alimentare robot

  • Baterie LiPo 3S 11,1V încărcată complet înainte de utilizare
  • Încărcător compatibil LiPo 3S pentru realimentare

Realizatori

Stefan Gresita

  • Scoala: Colegiul National Elena Cuza
  • Clasa: 11
  • Judet: Dolj
  • Oras: Craiova

Sofia Fluerasu

  • Scoala: Colegiul National Elena Cuza
  • Clasa: 11
  • Judet: Dolj
  • Oras: Craiova

Screenshots