На Детском научном конкурсе Фонда Андрея Мельниченко показали проекты по робототехнике и IoT
В конце января состоялся Детский научный конкурс Фонда Андрея Мельниченко.
Детский научный конкурс (ДНК) – это ежегодный смотр-конкурс естественнонаучных исследовательских и инженерных проектов школьников. Конкурс проводится в несколько этапов. В ноябре на площадках образовательных центров Фонда Андрея Мельниченко проходят отборочные этапы, а в конце января финал ДНК традиционно объединяет около 50-ти лучших проектов воспитанников центров детского научного и инженерно-технического творчества, региональных технопарков «Кванториум» и школ регионов присутствия компаний ЕВРОХИМ, СУЭК и СГК. Победители и призеры ДНК получают дипломы и ценные призы, а также представляют Россию на международных конкурсах, в т. ч. в финале Regeneron ISEF – крупнейшей в мире ярмарки исследовательских и инженерных проектов школьников, проводимой более 70 лет в США.
30 января были подведены итоги III Детского научного конкурса Фонда Андрея Мельниченко. Жюри ДНК-2021 определило лучшие проекты в сфере естественных и точных наук, выполненные школьниками 5-11 классов и студентами 1-2 курсов техникумов из различных регионов России.
Десятки школьников и студентов стали победителями в номинациях: «Исследовательские проекты», «Инженерные проекты», «IT-проекты». Кроме того, были и спецноминации. Участники представили несколько интересных робототехнических проектов.
Создание автономной системы полива растений на базе микрокомпьютера EV3 и микроконтроллера Arduino Nano
Автор: Михеев Марк, ученик 5 класса КГБУ ДО «Детский технопарк Алтайского края «Кванториум.22» (г. Барнаул, Алтайский край)
Цель проекта: разработка экономичной, удобной в эксплуатации, многофункциональной автоматизированной системы полива растений в отсутствии человека.
В проекте описываются стадии разработки двух поливальных систем на базе микрокомпьютера EV3 и микроконтроллерной платы Arduino Nano. Данные системы полива должны обеспечивать уход за домашними растениями в отсутствии хозяев дома, а также предоставлять информацию о состоянии почвы. В работе представлены две действующие рабочие модели системы полива, и проведено сравнение моделей с экономической и практической сторон.
Созданные модели системы автополива опробованы, проведен сравнительный анализ получившихся моделей, выявлены достоинства и недостатки. Поливальная система на базе микроконтроллера Arduino Nano оказалась более эффективна с экономической и практической точек зрения. Устройство способно определять уровень влажности почвы. В зависимости от данного уровня система решает, когда нужно полить растение. Также у данной системы есть Bluetooth-модуль, который отправляет результаты замеров влажности почвы и количество поливов на телефон. Помимо этого, устройство способно определить отсутствие воды в резервуаре и начинать сигнализировать при помощи установленного в нем пьезоэлемента.
«Helping hand» — вспомогательное устройство для людей с ослабленным зрением
Автор: Кручинин Денис, ученик 6 класса Центра детского научного и инженерно-технического творчества (г. Киселевск, Кемеровская область), созданного при поддержке Фонда Андрея Мельниченко.
Цель проекта: Создание вспомогательного устройства для людей с ослабленным зрением с большой эргономичностью и малой себестоимостью.
В основе работы созданной модели лежит способ эхолокации: ультразвуковой датчик излучает ультразвуковую высокочастотную волну, которая отражается от объектов, расположенных на расстоянии до 5,5 метров.
Устройство имеет GPS и GPRS модули, 3-х осевой акселерометр-гироскоп, кнопку SOS, беспроводную зарядку. Заряда аккумуляторной батареи хватает более чем на 6 часов за счет того, что устройство может переходить в «спящий режим».
Вспомогательное устройство подходит, в первую очередь, для людей, которые временно лишены зрения, например, после операции.
После проведения экспериментальной проверки было определено, что модель работает, помогает ориентироваться в пространстве и чувствовать приближение объектов, а с помощью дополнительных функций может стать незаменимым помощником в непредвиденных ситуациях.
В отличие от аналогов, устройство имеет длительное время автономной работы, оснащено кнопкой обратной связи, не зависит от метеоусловий, безопасно для пользователя. Весомый плюс — это низкая себестоимость.
В дальнейшем планируется разработать приложение, с помощью которого можно будет настраивать устройство индивидуально для каждого пользователя.
Устройство для первичного анализа заболеваний органов дыхательной системы
Авторы: Каширских Максим и Петров Александр, ученики 5 класса Центра детского научного и инженерно-технического творчества при КузГТУ «УникУм» (г. Кемерово), созданного при поддержке Фонда Андрея Мельниченко.
Цель проекта: создание устройства для первичного анализа органов дыхательных путей.
Проект представляет собой устройство для отслеживания дыхания человека и выявления различных заболеваний дыхательных путей. В первой версии разработка может выполнять три функции:
1) расчет числа вдохов и выдохов за определенный промежуток времени;
2) спирография (определение объема легких);
3) определение количества выдыхаемого углекислого газа.
Устройство по числу вдохов и выдохов определяет состояние органов дыхания и различные заболевания, например, дыхательную недостаточность. По количеству выдыхаемого углекислого газа выявляются внутренние повреждения дыхательной системы. Снятие показаний производится путем считывания оборотов с крыльчатки, установленной в приборе, а также при помощи специального датчика.
Для определения необходимости и функционала разрабатываемого устройства был проведен опрос родителей маленьких пациентов и работников медицинских учреждений. В итоге была разработана принципиальная схема устройства, и создан его лабораторный вариант для выявления заболеваний дыхательных путей.
Следующая версия будет выполнена в виде модуля для силиконовой маски в детском дизайне, чтобы не повлиять на психику маленьких пациентов и привлечь их к выполнению анализа.
Подвижный манипулятор для мультикоптерных беспилотных летательных аппаратов
Автор: Быстрицкий Кирилл, ученик 8 класса Центра детского научного и инженерно-технического творчества «Наследники Ползунова» (г. Барнаул, Алтайский край), созданного при поддержке Фонда Андрея Мельниченко.
Цель проекта: разработка устройства для мультикоптеров класса 450, позволяющего выполнять захват объектов с вертикальных поверхностей.
Объекты, расположенные в близи к вертикальным поверхностям, недоступны для мультикоптера в процессе манипуляции с ним. Это ограничение связано с особенностями конструкции беспилотника. Чтобы решить эту проблему было разработано устройство, принцип действия которого заключается в том, что на мультикоптер устанавливается одноосевой манипулятор, который в горизонтальном положении выходит за габариты летательного аппарата и позволяет дотянутся до отвесных стен.
Принципиальная схема устройства
Dг – габаритный диаметр мультикоптера; Rз – радиус рабочей зоны манипулятора.
В ходе работ рассчитаны действующие в устройстве крутящие моменты с учётом их значений при заданной грузоподъёмности, а также разработано собственная конструкция электропривода (рис. 2) и прототип устройства (рис. 3) с применением 3D-печати.
Трёхмерная модель электропривода
Шарнирный узел
Прототип манипулятора
Были выполнены предварительные стационарные испытания манипулятора.
Для полученной конструкции выведена формула зависимости опрокидывающего крутящего момента, действующего на мультикоптер со стороны манипулятора, от угла наклона манипулятора относительно вертикальной оси.
В дальнейшем планируется проведение испытаний системы стабилизации мультикоптера на максимальный компенсирующий крутящий момент и испытание манипулятора в полёте. Совместно с контрольно-диагностическим центром планируется разработка специализированного захвата для установки датчиков акустической эмиссии на высотные металлоконструкции.
Макет участка шахты и модели электровоза, осуществляющего безлюдную доставку грузов
Авторы: Визило Вячеслав и Капустин Роман, ученики 8 класса Центра детского научного и инженерно-технического творчества «Трамплин» (г. Ленинск-Кузнецкий, Кемеровская область), созданного при поддержке Фонда Андрея Мельниченко.
Цель проекта: создание макета участка шахты и модели электровоза, осуществляющего безлюдную доставку грузов.
Проект показал возможность автоматизации процесса по доставке грузов. В результате, был смоделирован технологический процесс, ведь сегодня в угольных шахтах данные действия не автоматизированы.
Из центра управления (ЦУ) удаленно производят погрузку материалов для доставки в места ведения подземных работ по подвесной монорельсовой дороге, оснащенной автоматическим стрелочным переводом для выбора направления движения. Питание электровоза – это аккумулятор. На электровозе установлены датчики присутствия и движения, датчик определения уровня метана и схема аварийной остановки. Показания датчиков передаются в ЦУ по wi-fi, а обратная связь с датчиками обеспечивает автоматизацию процесса остановки и движения локомотива и стрелки.
Система позиционирования электропоезда осуществляется через контрольные точки, расположенные в горной выработке (входит в зону контрольной точки, высвечиваются трекеры). На грузе установлены чипы для автоматического определения габаритов и места выгрузки материалов. Погрузка и выгрузка осуществляется электромагнитными подхватами дистанционно. Проект обеспечивает абсолютную безопасность работы, сократив присутствие людей в опасных зонах, и снижает себестоимость добычи угля.
Разработка четвероногой шагающей платформы
Авторы: Черданцев Константин, Хрусталев Данил и Эпов Вадим, ученики 9 класса Рубцовского филиала Центра детского научного и инженерно-технического творчества «Наследники Ползунова» (г. Рубцовск, Алтайский край), созданного при поддержке Фонда Андрея Мельниченко.
Цель проекта: разработка шагающей платформы.
При разработке шагающих роботов тратится большое количество времени на создание платформы робота, написание и отладку кода, обеспечивающего перемещение платформы робота в точку с заданными координатами. Это время можно сэкономить, используя готовую платформу, которая уже умеет «ходить». Однако на данный момент в широком распространении отсутствуют хорошо разработанные платформы с открытым исходным кодом. Наш проект нацелен на решение этой проблемы.
В результате работы над проектом мы разработали трехмерную модель платформы, распечатали на 3D-принтере каркас, осуществили физическую сборку и разработали тестовое программное обеспечение платформы, реализующее перемещение платформы на принципах инверсной кинематики.
Разработка системы передачи информации на кожу человека на примере беспилотных летательных аппаратов
Авторы: Овсянников Кирилл, ученик 10 класса Центра детского научного и инженерно-технического творчества «Наследники Ползунова», и Савин Александр, студент 1 курса ГБПОУ «Алтайский транспортный техникум» (г. Барнаул, Алтайский край).
Цель проекта: создание системы передачи информации на кожу человека. Исследование возможности устройства, оценка потенциала применения технологии передачи информации через кожу человека.
В нашем проекте в качестве устройства для испытаний выбран беспилотный летательный аппарат (БПЛА). Система предназначена для расширения возможностей оператора, дистанционно управляющего транспортным средством, манипулятором или другим подконтрольным механизмом. Разрабатываемое устройство позволяет передавать информацию о расстоянии до окружающих объектов параллельно основному зрительному каналу. В результате возникает «эффект присутствия» оператора в управляемом устройстве. В этом случае оператор, «чувствуя» расстояние до окружающих объектов, может существенно повысить безопасность и точность управления подконтрольным устройством.
Устройство работает следующим образом: блок, закрепленный на БПЛА, собирает информацию; блок на человеке управляет браслетами из вибромоторов, которые за счет изменения частоты и рисунка вибрации передают информацию на кожу человека.
Первый прототип устройства уже собран и полностью функционирует. В настоящее время мы занимаемся выявлением особенностей процесса передачи информации через кожу человека, проводим исследования и обрабатываем данные экспериментов, чтобы сформировать базу знаний и достичь оптимальной конфигурации системы тактильной передачи информации.
Система инерциального позиционирования горных машин
Авторы: Садовец Роман и Санников Артем, ученики 11 класса Центра детского научного и инженерно-технического творчества при КузГТУ «УникУм» (г. Кемерово), созданного при поддержке Фонда Андрея Мельниченко.
Цель проекта: создание системы инерциального позиционирования геохода.
Одним из важных параметров в управлении и передвижении геохода — аппарата, движущегося в породном массиве с использованием геосреды, — это позиционирование объекта под землей. В целях повышения качества работы геохода разработан специализированный технический модуль, предназначенный для определения местоположения тела в пространстве относительно его первоначальной точки (точки запуска). Разрабатываемый модуль предназначен для вычисления 6 основных параметров позиционирования: пройденного расстоянию по осям X, Y, Z; углов Эйлера: крен, тангаж, рысканье. При этом устройство обладает функциями определения температуры окружающей среды и автономности. Корпус герметичен, что обеспечивает защиту от пыли, влаги и грязи, также предусмотрена виброзащита. После сбора основных инерциальных данных информационный сигнал отправляется на устройство оператора, подвергается обработке и далее выводит 7 видов графиков: 6 с основными осями, а также 7-ой с 3D-моделью траектории, выводящий общее положение тела в пространстве. Проект позволит в дальнейшем обеспечивать более корректное управление и контроль горных машин под землей за счет считывания всех необходимых инерциальных параметров позиционирования.
