Юные гении инженерной мысли: топ-5 разработок московских школьников
Более двух тысяч школьников Москвы приняли участие в конкурсе проектов и исследований «Инженеры будущего». Юные таланты представили разработки в области робототехники, физики, 3D-проектирования, информационных технологий. Несмотря на то, что школьники делают только первые шаги навстречу будущей профессии, их изобретения уже отличаются практичностью – некоторые из них весьма полезны для повседневной жизни, их можно применять здесь и сейчас. Рассказываем о пяти интересных разработках.
Еда для рыб по расписанию
У Анастасии С., ученицы 10 класса школы №1329, аквариум появился недавно. Ей очень нравится ухаживать за рыбками, но довольно часто приходится уезжать из дома, из-за чего она не может следить за своими домашними питомцами и вовремя их кормить. Для решения этой проблемы Анастасия придумала особую кормушку, которая подает питание рыбам через заданные промежутки времени. Также устройство снабжено дисплеем, где отображается температура и уровень воды – важные параметры, за которыми нужно следить постоянно.
В кормушке установлен сервопривод. Через определенные промежутки времени, которые вы задаете сами с помощью меню на дисплее, он открывает отверстие для корма. Устройство разделено на два отсека. Первый содержит всю электронную составляющую, в другой можно засыпать хлопья, гранулы и даже мелкий живой корм. Вся конструкция достаточно герметична, как и датчик температуры, который должен находиться в воде. Если я смогла создать этот проект на базе детского технопарка, то и промышленное производство таких кормушек вполне возможно, – рассказывает Анастасия.
Созданное устройство школьница распечатала на 3D-принтере. Оно состоит из нескольких датчиков и системы автокормления. Аналогов своему изобретению Анастасия не нашла.
От аварий и перегрузок
Изобретение ученика 10 класса школы №171 Григория К. способно помочь дальнобойщикам и водителям грузового автотранспорта избежать поломок машин из-за перегрузки и предупредить аварии на дороге. Система состоит из электронного устройства на пневмоподвеске машины и мобильного приложения, с помощью которого водитель может производить мониторинг нагрузки на оси грузовика.
Электронная плата по принципу токовой петли преобразовывает ток 4–20 мА в напряжение 0–3,3 В, ток 0 мА означает обрыв в цепи. Далее составляются зависимости напряжения от давления, давления от нагрузки по методу наименьших квадратов. Данные поступают на микроконтроллер ESP32 и по Bluetooth отправляются на телефон: так водитель может осуществлять мониторинг данных.
Водитель сам может мониторить данные с помощью приложения. Если нагрузка слишком большая, ему приходит сигнал о том, что машину нужно разгрузить. Если нагрузка малая, он это тоже увидит и решит проблему. Аналогов почти нет, только в очень дорогих грузовых авто. А моя система автоматизированная, дешевая и актуальная, – объясняет Григорий.
Во время разработки своего проекта Григорий общался с дальнобойщиками на Кавказе, и все были согласны с тем, что такая система актуальна.
Робот-кормораздатчик: коровы сыты – фермер доволен
Ученик 10 класса школы №2107 Леонид Ш. в одиночку разработал мобильную систему для кормления крупного рогатого скота. Робот-кормораздатчик полностью автоматизированный и, по словам юного инженера, должен облегчить труд фермеров. Животные вовремя будут получать сбалансированную еду, что, несомненно, повлияет на их здоровье и увеличит надои.
Мобильная система состоит из емкости с секциями для комбикорма, к которым крепятся датчики – они определяют точный вес пищи, что позволяет ее дозировать. Отдельно располагается бак с витаминами.
Принцип работы заключается в следующем: робот движется вдоль стойл, в каждом из которых находится кормушка с определенной меткой. Подъезжая к ней, устройство считывает все данные о том, какая это корова, какой комбикорм ей требуется выдать и сколько. Я разработал программу для кормления разных видов коров. Всю информацию можно отслеживать в приложении для смартфона. Я искал аналоги мобильной автоматизированной системы в интернете, изучал, какие существуют методы дозирования и механизмы смешивания комбикорма. Этот проект я создал на базе платформы Arduino, – рассказывает Леонид.
Над разработкой прототипа устройства школьник трудился два года. Теперь он планирует усовершенствовать его, а затем выпустить рабочий образец.
Платформа для юных программистов
Владимира Е., ученика 11 класса школы №1537 «Информационные технологии», с детства привлекали разные устройства, и он очень любил ходить по музеям, рассматривать и изучать экспонаты. Идея создания собственной машины возникла у него давно, а три года назад он разработал учебную платформу для изучения программирования и построения аппаратных схем. После этого школьник создал платформу для разработки процессоров. Представленный на конкурсе проект «Модульная программно-аппаратная платформа для освоения разработки микропроцессорных систем» является синтезом предыдущих двух и предназначен для изучения, производства микропроцессоров и написания программ.
Проект состоит из нескольких подпроектов. Во-первых, это образовательное пособие, где собраны уроки, которые ученик должен пройти. Во-вторых, образовательный стенд на базе собственной архитектуры. Также разработан набор программного обеспечения, который помогает работать с этим проектом. И кроме того, он представляет собой аппаратную модель процессора, которую предполагается воссоздать, чтобы понять, как архитектура работает изнутри, – рассказывает Владимир.
Проект уже полностью готов, его можно запускать, осталось только разработать теоретическую методичку на базе пробных уроков. Чтобы воплотить свою идею в жизнь, Владимир изучил электронно-вычислительные машины, включая самые первые, которые появились еще в 40-ые годы прошлого века, много профильной литературы, программы курсов различных вузов. Особенно ему помогла книга Эндрю Таненбаума «Архитектура компьютера».
Столь комплексных решений, как у меня, я еще ни разу не встречал. Похожие проекты реализовывались для ознакомления с конкретной архитектурой процессоров, а не с теоретической основой устройства. И также они зачастую не реализуют уровень программного обеспечения, что в моем проекте все-таки присутствует, – отмечает Владимир.
Считыватель текста Брайля
Уже несколько лет Никита А. и Виталий К. – ученики 9 класса школы №1770 – в составе команды работают над проектами для незрячих и слабовидящих людей. Ребята знают, что сейчас большинство незрячих пользуется мобильными телефонами со специальными сервисами, которые могут считывать текст с экрана и озвучивать. Но рельефно-точечный шрифт Брайля они считать не могут. И школьники решили создать такую систему, которая переводила бы текст Брайля в латиницу и кириллицу.
Это довольно серьезная проблема. Незрячий сфотографировал что-то на Брайле, а мобильный телефон не может считать и обработать полученную информацию. Такая проблема действительно существует. И мы реализовали программный комплекс, который мог бы считать текст, расшифровать его и озвучить, – объясняет Никита.
Проект ребят уже получил положительные отзывы потенциальных пользователей. Сегодня сервис установлен только на локальном компьютере, а после доработки школьники планируют сделать его общедоступным.
На конкурсе «Инженеры будущего» было представлено немало интересных работ. Обо всех, заслуживающих внимания, к сожалению, не расскажешь. Но можно констатировать: многие школьники проявили изобретательность и продемонстрировали, что готовы и в дальнейшем удивлять современников и покорять все новые грани науки. Пожелаем им удачи!