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Sottoprogetti per la Scuola: imparare lavorando

Polyteknos e Accoglienza, ancora oggi, operando nell’era della pandemia con i molti problemi indotti ed ancora irrisolti, spera ancora che le Istituzioni locali e nazionali, intendano avviare una riflessione sull’utilizzo delle più avanzate innovazioni scientifiche e tecnologiche, per un’ulteriore eccellenza: rendere quelle innovazioni appropriate a facilitare l’accoglienza di nuove generazioni di ogni etnia in difficoltà, intanto in più contesti territoriali, dell’Europa e del mondo.

Polyteknos e Accoglienza, nel proprio nome richiama più arti e mestieri perché concorrano ad accogliere giovani precari o persone in difficoltà coinvolte nell’imparare-lavorando assieme a particolari amici, con competenze intersettoriali, per concorrere a ricercare nuovi modelli di sviluppo locale, coerenti con gli stimoli europei per una transizione verso un’economia circolare e le sue implicazioni positive e negative sull’ambiente, sull’economia e sulla società (compresa la salute umana)”.

Le relazioni maturate nel contesto scolastico, potrebbe permettere, d’intesa con il Collegio dei Docenti, sperimentazioni su attività educative da precisare con i ricercatori di Polyteknos e Accoglienza in grado di coinvolgere studenti in percorsi di ricerche-azioni nel realizzare oggetti complessi, funzionali alla scuola di ogni ordine e grado.

Un esempio può essere la progettazione-costruzione di una particolare “Cupola Geodetica” che mimi la natura e i suoi processi biologici in modo da ricreare un micro-ecosistema autosufficiente.

Cupola geodetica

Il sotto-progetto di seguito dettagliato intende sperimentare un modello di “didattica del fare” in modo da essere un “multi-level project” dinamico. Di fatto ne deriverà un prodotto-laboratorio sulle scienze della vita, che incorporerà know-how scientifico e tecnologico di singoli componenti tecnologicamente avanzati, o di componenti aggregati, per esemplificare eco-sistemi innovativi anche nell’inclusione di soggetti svantaggiati.

L’ipotesi é che i prodotti-laboratorio sperimentati nella loro funzionalità, potranno poi essere riprodotti ed utilizzati dalle scuole, anche d’infanzia. Gli alunni, i docenti ed i ricercatori tecnici, lungo le loro osservazioni ed azioni creative, potranno essere ripresi, filmati, memorizzando passaggi importanti, nella piattaforma, prevista nel progetto generale di Polyteknos e Accoglienza sotto illustrato. Sarà un’opportunià per imparare assieme come creare MOOC ((Massive Open On-line Courseware), materiali multimediali da condividere con altre istituzioni formative, ovunque nel paese, e che concorreranno, anno dopo anno, a migliorare le metodologie e ricerche-azioni applicate, di fatto educative, perfino professionalizzanti per adolescenti e giovani verso nuovi mestieri, e nell’apprezzare una cultura interdisciplinare ed intersettoriale.

1 – Progetto GEODESIC DOME Ecosystem project

Le prime riflessioni sulle ipotesi progettuali sono state richieste a Cesare Lobascio (dirigente presso la Thales Alenia Space) ed amico di Polyteknos e Accoglienza che scrive:

Cupola come aula  di scienze della vita nell’incontro con le tecnologie protettive

“Le Cupole Geodetiche saranno un potente strumento per lo sviluppo, lo studio e l’educazione verso gli ecosistemi semichiusi, sia per l’economia circolare, sia per le future applicazioni nell’esplorazione spaziale. Nelle Cupole sarà possibile implementare soluzioni per la rigenerazione delle risorse, quali acque, nutrienti e substrati per le coltivazioni, con gradi di “chiusura” via via crescenti. I cicli delle risorse saranno rappresentati da modelli matematici. Si potrà studiare l’efficienza energetica delle soluzioni a luce naturale, artificiale e ibrida. Di interesse lo sviluppo di sistemi innovativi e sicuri per la germinazione e la coltivazione dei micro-greens a basso impatto energetico ed elevata qualità nutrizionale”.

Polyteknos e Accoglienza, ipotizzando inizialmente la realizzazione della prima Cupola Geodetica da realizzare d’intesa col Politecnico di Torino, la intuisce anche come particolare “aula di scienze” in grado di stimolare la naturale creatività dei bambini delle scuole primarie, che potranno poi esprimere nel laboratorio “bottega del legno” per loro attrezzata. Sono stati quindi molto illuminanti le riflessioni dell’amica Nuccia Maldera dello storico MCE (Movimento di Cooperazione Educativa) tratte da un suo scritto:

A noi piace pensare la scuola come una bottega di apprendistato. La classe é una “bottega” in cui si impara facendo, e perfezionando il proprio fare. Lo spazio deve quindi essere adatto al “pasticciamento”, materiale e mentale, tipico di ogni situazione di “bottega”. I bambini devono aver modo di provare le proprie capacità, guidati dalla pazienza e dalle correzioni di chi ne sa più di loro e che a volte li lascia sbagliare, perché imparino a loro spese. Come in ogni bottega, a scuola ci son delle regole, ma non fini a se stesse; ci sono regole connesse con gli scopi ed i significati dello stare insieme; regole di gestione dello spazio e del tempo; regole imposte o regole concordate, che consentono ai bambini di sentirsi come ospiti o sentirsi di casa.

1.1 – L’ipotesi delle fasi progettuali e costruttive del prototipo educativo per le scuole di secondo grado

La struttura: GEODESIC-dome Ecosystem project si predispone come un elemento architettonico componibile e scomponibile, con un proprio basamento di supporto a terra, il tutto concepito per non essere considerato assimilabile ad edificio da autorizzare da parte di Enti pubblici, facilitandone la riproduzione ovunque si voglia riprodurre.

Il basamento sarà una piattaforma rialzata e isolata dal suolo sottostante, di forma geometrica in armonia con la cupola geodetica (esagonale, ottagonale, etc.), funzionale all’attività stessa della cupola, senza barriere architettoniche e in materiali eco-sostenibili, sviluppati all’interno del programma scolastico che caratterizza l’ipotesi di “didattica del fare”.

La cupola sarà costituita da una “struttura scheletrica” basata sul principio costruttivo delle cupole geodetiche, sistema altamente efficiente da molti punti di vista (struttura autoportante, massima efficienza di guadagno solare, resistenza alle intemperie, mantenimento del calore, flussi interni di circolazione dell’aria, etc.). Questa struttura è “presa in prestito” dalla natura e messa in pratica grazie alla “biomimicry”.

Una prima ipotesi di dimensionamento potrà essere: cupola con diametro di circa 8-10 m, un’altezza massima di circa 4-5 m e un’area di circa 50-100 mq (le misure sono indicative per fornire l’ordine di grandezza della cupola). Lo scheletro strutturale sarà in materiali eco-sostenibili, sviluppati all’interno dei work-packages dedicati allo studio dei materiali.

1.2 – I singoli componenti

Il rivestimento e le superfici esterne saranno in materiali trasparenti per assorbire tutta la luce ed energia solare, insieme a pannelli fotovoltaici (inseriti sulla struttura e anche esterni) e pannelli isolanti (porzione basale ed esposta a nord), al fine di ottimizzare il fabbisogno energetico dell’ecosistema interno (in relazione con l’ambiente esterno). Il rivestimento esterno (ed interno) sarà in materiali eco-sostenibili, sviluppati all’interno dei work-packages dedicati allo studio dei materiali. Nel rivestimento esterno saranno predisposte aperture per l’ingresso (portello d’ingresso alla cupola) e per gli scambi di aerazione, motorizzati e comandati da microsistemi dedicati al controllo microclimatico interno, e saranno sviluppati all’interno delle ricerche-azioni dedicate alle automazioni.

Illuminazione e Sensoristica: GEODESIC-dome Ecosystem project sfrutterà al massimo l’energia solare reperibile nel contesto pedoclimatico in cui verrà installata, ma vanterà l’integrazione di una illuminazione a led integrata nel contesto di automazione della cupola stessa, in modo da fornire particolari lunghezze d’onda per l’ecosistema interno o il fotoperiodo opportuno. Inoltre si svilupperà un sistema innovativo di illuminazione in grado di controllare la proliferazione di microrganismi (patogeni e non) grazie alle innovazioni tecnologiche di una società leader del settore (Nextsense – Biovitae).

La sensoristica: sarà la parte vitale della cupola; il cervello e il cuore pulsante della cupola, l’intelligenza artificiale che mima un semplice sistema naturale in grado di soddisfare il proprio fabbisogno energetico e di inter-relazionarsi con l’ambiente esterno (biomimicry). Una fitta rete di micro-sensori per umidità, temperatura, lumen, CO2, O2, CH4, vento (esterno), webcam, IRUV– monospecificFrequenceCam, soilmoisture, etc., saranno gli “occhi e la pelle” della cupola, i quali confluiranno le informazioni in un sistema di intelligenza artificiale basato inizialmente sul sistema Arduino.

geodesic jellyfish
Geodesic jellyfish

Il sistema “intelligenza artificiale” della cupola deve saper interagire in modo autonomo in relazione ai diversi fabbisogni della vita interna, in relazione al tipo di coltura, in relazione alle condizioni climatiche esterne, etc. Per ricondurre questo concetto nel campo della biomimicry, ci si vuole ispirare a organismi invertebrati come i Poriferi e i Cnidari, organismi “primitivi” in grado di svolgere funzioni primarie di relazione tra l’interno dell’organismo e l’ambiente esterno (luce, temperatura, nutrimento). Qui a fianco un esempio di automa “geodesic jellyfish”.

La sensoristica non avrà soltanto il pieno controllo su tutti i parametri interni della cupola, ma sarà in grado di gestire in modo autonomo le risposte e i fabbisogni, a partire dalla semplice irrigazione fino alla gestione dei complessi scambi gassosi della fotosintesi (flussi di anidride carbonica e ossigeno, ad esempio).

Nursery per germogli: GEODESIC-dome Ecosystem project avrà un’area interna adibita a nursery-vivaio-semenzaio per la produzione di germogli per la produzione vegetale e per l’alimentazione. Il concetto di “nursery” ha anche una doppia valenza, ovvero la continuità e il ciclo naturale della produzione vegetale (dalla nascita alla morte e il conseguente ciclo degli elementi).

Coltivazioni eubiotiche: GEODESIC-dome Ecosystem project ha come obiettivo di diventare un “incubatore” di coltivazioni indoor con un aspetto innovativo e tecnologico. Si tratta infatti di un sistema di coltivazione eubiotico dove ci si concentra sulla ricreazione di un micro-habitat artificiale che mimi un vero ecosistema naturale comprensivo di tutte le funzionalità date anche dai microrganismi presenti nel suolo, nelle e dentro le radici, e sulle foglie. Non si tratta quindi di una semplice coltura idroponica, ma di una coltura in un suolo ricreato e arricchito di microrganismi utili alla pianta e al micro-ecosistema stesso.

La sfida diventa quindi lo studio e la realizzazione di un sistema funzionale e autosufficiente, con una motivazione particolare grazie alla ricerca scientifica nel settore della biologia, che indica il tema di questo progetto come la frontiera del futuro. In merito saranno aperte collaborazioni con l’Università di Torino per la parte di ricerca e sperimentazione. Questo progetto può anche diventare un esempio di ecosistema “chiuso” oggetto di studi scientifici sulla sua “emivita” o su come si evolve il micro-ecosistema microbico.

La tipologia di coltivazione che si vuole sperimentare non è altro che una coltivazione atta a promuovere il significato etimologico della parola eubiotica stessa; dal greco “buono per la vita”, “benefico per l’organismo”, “(che assicura) il ben vivere”. Le piante non vivono da sole, ma in relazione perenne con una miriade di microrganismi in una rete ecologica altamente complessa. L’utilizzo di microrganismi “utili” per le piante insieme al naturale mantenimento di tutti i microrganismi associati alle piante diventa il “fulcro” sperimentale del progetto stesso.

Potranno poi partire delle colture all’esterno della cupola (del tutto analoghe a quelle all’interno), ai fini di dare rilievi e analisi comparative, traendo bilanci economici, energetici ed ambientali tra i sistemi a terra, i sistemi in ambienti protetti, i sistemi di base per germogli e il loro rapporto con l’alimentazione delle persone. Sarà assai istruttivo rilevare tutti i dati dei due processi interni-esterni per successive analisi qualitative sul piano organolettico, ma anche per bilanci energetici ed economici. Si tratterà di riflessioni sul “benessere”, quindi non sugli aspetti economici ed energetici, ma su analisi riguardanti i bisogni del corpo in relazione al variare delle stagioni ed i cibi consumati.

geodesic 2
geodesic 1
geodesic 3

Alcuni esempi di forme geodetiche in natura ad opera di funghi (generi Clathrus e Calvatia).

Ecosistema microhabitat: GEODESIC-dome Ecosystem project avrà come fine ultimo la mimesi di un piccolo ecosistema in tutto e per tutto, ricreando un microhabitat in cui non solo si coltivano le specie vegetali di interesse colturare, ma anche dove si “allevano” tutti gli attori che concorrono alla vita della cupola stessa, dove si pensa non solo al prodotto finito ma a tutto il network che caratterizza il prodotto stesso.

Potranno poi essere installati all’esterno della cupola (o perché no in modo interfaccia) uno o più alveari per l’apporto delle api alla crescita e vita delle piante, dentro e fuori dalla Cupola, ma soprattutto le api saranno ospiti d’onore in quanto porta-voci sulla sensibilizzazione ambientale ed ecosistemica. Anche gli alveari saranno anche controllati con sistemi Arduino per il loro monitoraggio (in questo caso potrebbero nascere collaborazioni con enti apistici per lo sviluppo di arnie-monitor per studi sullo stato di salute delle api negli ecosistemi naturali).

Ecosistema microhabitat: GEODESIC-dome Ecosystem project avrà come fine ultimo la mimesi di un piccolo ecosistema in tutto e per tutto, ricreando un microhabitat in cui non solo si coltivano le specie vegetali di interesse colturare, ma anche dove si “allevano” tutti gli attori che concorrono alla vita della cupola stessa, dove si pensa non solo al prodotto finito ma a tutto il network che caratterizza il prodotto stesso.

1.3 – Il Prodotto-Laboratorio innovativo e tecnologico

GEODESIC-dome Ecosystem project sarà in ultimo uno stimolo per la partenza di nuovi progetti su nuove cupole ed ecosistemi, cooperando con Istituzioni scientifiche e scolastiche di ogni regione del paese.

Potrà altresì diventare uno stimolo allo studio di nuovi sistemi di intelligenza artificiale nel campo dell’automazione dei sistemi colturali al chiuso, con risvolti di innovazioni tecnologiche per le realtà produttive ed economiche. Inoltre si possono anche prevedere dei risvolti di produzione di un modello tecnologico per la brevettazione e/o vendita.


2 – GEODESIC-dome Ecosystem project – Ipotesi di Work-Packages

Di seguito le ipotesi di Polyteknos e Accoglienza da condividere, modificare, integrare con i docenti e tutori interessati all’esperienza.

Work-Package 0:

La cupola geodetica come strumento di apprendimento: fase progettuale dall’idea alla realizzazione

  1. Know how: Ricerca delle competenze e conoscenze necessarie per avviare il progetto. Redigere un work-flow ideale per la fase progettuale e realizzativa, in cui si evidenziano tutte le interconnessioni delle competenze coinvolte al fine di ricercare i punti di forza e i punti critici (valutazione analitica del progetto).
  2. State of art: Ricerca delle conoscenze pregresse in materia delle cupole geodetiche; stato dell’arte sia in campo progettuale (progetti, disegni), sia in campo utilizzativo (usi e scopi già svolti). Ricerca anche dei concetti tecnologico-scolastici che possono essere coinvolti nel progetto cupola geodetica, ad esempio la matematica e la fisica applicate alle cupole geodetiche, le forme in natura, etc.
  3. Skills: Definizione delle competenze coinvolte, insieme alle materie e agli argomenti da affrontare e studiare per svolgere il progetto.
  4. Aims: Definizione degli obiettivi per cui si sta progettando la cupola geodetica. Ricerca dei possibili utilizzi nel modo reale e/o ideare un concetto innovativo di utilizzo.
  5. Multidisciplinary approach: Definizione delle materie tecnico-scolastiche su cui svolgere il progetto e impostare un percorso multidisciplinare per acquisire capacità di lavoro in gruppo.
  6. Thematic Networks: Definizione del network di settori coinvolti nel progetto e ricerca delle migliori azioni congiunte, insieme alle tempistiche e alla definizione delle fasi procedurali.
  7. Definition of Common Objectives: Ricerca degli obiettivi comuni di ogni settore disciplinare e finalizzare ogni risultato di ognuna parte per il raggiungimento della realizzazione del progetto.
Work-Package 1:

Il progetto costruttivo della cupola geodetica

  1. Progetto Ingegneristico: Produzione del progetto preliminare della cupola in formato digitale e creazione di un modello 3D della cupola geodetica. Calcolo strutturale e degli elementi costituenti.
  2. Progetto Meccanico: Produzione del progetto preliminare delle parti meccaniche costituenti la cupola in formato digitale e creazione di un modello 3D degli stessi.
  3. Progetto elementi Architettonici: Produzione di un modello di elementi architettonici costituenti la cupola geodetica, come ad esempio la forma estetica e geometrica, oltre a ogni elemento decorativo, di design o altro. Produzione di un modello architettonico 3D della cupola come modello finale.
  4. Progetto realizzativo: Produzione del progetto realizzativo per la costruzione e l’opera di cantiere.
  5. Progetto funzionale: Ricerca delle funzionalità della cupola, collegate agli obiettivi preposti. Valutazione sui modelli prodotti se gli obiettivi preposti sono fattibili.
  6. Studio di fattibilità: Studio di fattibilità sul progetto intero.
Work-Package 2:

Il progetto dei materiali della cupola geodetica

  1. Progetto Chimica dei Materiali: Ricerca di possibili materiali utilizzabili per la costruzione delle parti (o alcune) della cupola geodetica. Ricerca di nuovi materiali, ricerca di processi produttivi per la creazione di materiali costruttivi provenienti dal riciclo o dagli scarti. Creazione di indotto.
  2. Progetto Metalmeccanico: Ricerca di materiali e processi meccanici per la realizzazione delle parti meccaniche
  3. Cross Evaluation: Valutazione dei risultati di ricerca dei punti precedenti. Ricerca di una strategia comune, collaborazione e condivisione dei risultati.
  4. Progetto realizzativo: Produzione del progetto realizzativo finale per la costruzione e messa in opera della cupola geodetica.
Work-Package 3:

Il progetto Elettrotecnico della cupola geodetica

  1. L’energia nella cupola e il suo fabbisogno: Definizione del fabbisogno energetico della cupola per progettare un impianto sostenibile e a basso impatto ambientale.
  2. Autoproduzione Energetica: Predisposizione di impianto fotovoltaico per la produzione di energia elettrica.
  3. Impiantistica: Produzione del progetto dell’impianto elettrico.
  4. Autosufficienza Energetica: Definizione degli obiettivi di autosufficienza in base agli scopi di utilizzo della cupola geodetica.
Work-Package 4:

“Biologia” della cupola geodetica

  1. Ecosistema: Studio di come ricreare un micro-ecosistema che copia la natura. Come funziona un ecosistema e come si può ricreare lo stesso in un sistema chiuso come nella cupola geodetica.
  2. Microclima: Studio degli elementi su cui lavorare per ricreare un ecosistema, come ad esempio lo studio del ciclo degli elementi, il ciclo dell’acqua, della vita. Studiare le relazioni tra la cupola e l’ambiente circostante, come la cupola interagisce al suo interno e al suo esterno.
  3. Agronomica: Definizione di un progetto di realizzazione di un ciclo produttivo di colture o di una serra per la conservazione della biodiversità, ricreando ad esempio ambienti diversi dall’ambiente esterno (ad esempio una serra produttiva in ambiente freddo o desertico).
  4. Microbiologia: Ricreazione dei processi vitali che stanno alla base di ogni processo ecologico, con lo studio delle relazioni microbiche.
Work-Package 5:

Automazione della cupola geodetica

  1. Automazione: Studio per l’automazione della cupola geodetica in tutti i suoi componenti. Gestione e automazione del microclima ricreato all’interno. Innovazione di Hardwer e Software per la gestione delle componenti automotiche. Gestione “intelligente” della cupola.
  2. Sensoristica: Sviluppo di ogni sensore necessario per il funzionamento della cupola geodetica.
  3. Media: Definizione e documentazione degli aspetti mediatici connessi. Documentazione e registrazione di video e fotografie di tutte le fasi progettuali e realizzative. Pubblicazione dei materiali per far conoscere il progetto alla comunità.
Work-Package 6:

Analisi critica di integrazione dei Work Packages

  1. Valutazione dei risultati WPs: Valutazione dei singoli Work Packages e dei risultati ottenuti. Fase di analisi critica dell’intero work-flow.
  2. Analisi di compatibilità tra WPs: Analisi delle compatibilità e delle incompatibilità che ci possono essere in tutti i punti dei work packages.
  3. Nuove Idee, Innovazioni, Modifiche: Studio di nuove ideee, innovazioni a partire dai risultati ottenuti nelle fasi progettuali precedenti, o studio di eventuali modifiche da apportare al progetto.
Work-Package 7:

Realizzazione della cupola geodetica

  1. Fasi di realizzazione: Definizione delle operazioni e dell’iter produttivo per la costruzione della cupola geodetica.
  2. Fasi di costruzione: Costruzione della cupola geodetica tra tutte le parti coinvolte.
  3. Fasi di operatività: Messa in opera del microambiente da ricreare, studio e valutazione delle idee messe in pratica.
  4. Collaudo: Collaudo della cupola geodetica.
  5. Inaugurazione: Inaugurazione della cupola geodetica con eventi pubblici.