Що показали школярі-фіналісти конкурсу «розумних» пристроїв STEAM House

У Києві відбувся фінал національних змагань для школярів з моделювання «розумних» пристроїв STEAM House. Учасники змагань подали на них близько 100 різноманітних проектів корисних смарт-винаходів. У фінал конкурсу пройшли лише 10 школярів з різних областей України.

3D-друк, Raspberry, Arduino…

Всі фіналісти продемонстрували непоганий рівень винаходів. Особливістю проектів стало активне залучення найновіших електронних компонентів і технологій виготовлення корпусних елементів. Наприклад, активне використання інтернету, смартфонів та мобільних додатків, міні-ПК типу Raspberry Pi та мікроконтролера Arduino. Також варто відзначити застосування 3D-друку для виготовлення корпусних та інших деталей. Це значно спростило деякі завдання, окрім того, дозволило проектам виглядати солідніше і більш довершено. А років 20 чи навіть 10 тому юним винахідникам довелось би клеїти корпусні елементи з фанери та пластиліну.

Юні винахідники гідно представили свої проекти під час пітчингу

Юні винахідники гідно представили свої проекти під час пітчингу

Не будемо гадати, яку роль в розробці та реалізації ідей зіграли дорослі (батьки та вчителя). Як мінімум, кожен винахідник зміг достойно представили свій проект та відповісти на всі питання аудиторії.

Короткий опис проектів

  • «Розумний» кран

Михайло Сірий (м. Горішні Плавні, Полтавська обл.) розробив «розумний кран», саме цей винахід і став переможцем конкурсу. У школі Михайла часто ламався кран, в результаті вода витрачалася даремно. Найпростішим рішенням проблеми було б встановлення сенсорного крану, але його вартість складає від 5 000 грн, що занадто дорого для школи. Тому винахідник розібрався з принципом дії пристрою і створив свій власний кран, який значно дешевше промислового аналога.

Винахідник використав в своєму пристрої електромагнітний клапан від пральної машини, який відкриває воду, коли в полі зору датчика з’являється людина. Контролером приладу служить Arduino Uno. Перший смарт-кран працює з лютого 2018-го у школі Михайла і непогано зарекомендував себе. Другий подібний пристрій вже виготовлений і незабаром буде встановлений на іншому поверсі школи.

Оцінка проекту: Важко сказати, наскільки надійним є такий кран. Адже електромагнітний клапан пральної машини зазвичай не розрахований на багаторазове вмикання протягом кожного дня.

  • «Система стеження за сонцем»

Костянтин Найден (м. Горішні Плавні, Полтавська обл.) розробив систему стеження за сонцем, яка орієнтує фотопанель точно перпендикулярно сонячним променям. Це дає можливість збільшити ефективність фотопанелі на 10-15%. В основі моделі — фотодатчик, який визначає позицію сонця, та мотопривід, який повертає та нахиляє під потрібним кутом сонячну панель. Цей проект зайняв друге місце в старшій групі.

Оцінка проекту: Подібний пристрій значно ускладнює та робить дорожчим обладнання під сонячні панелі. З одного боку — ККД сонячної панелі підвищується. З іншого — постійно витрачається електроенергія на поворот панелі під потрібним кутом, також в цілому конструкція стає важче і дорожче.

  • Система компенсації втраченого зору

Ігор Шибко (м. Дніпро), переможець конкурсу в молодшій групі, створив проект системи для компенсації втраченого зору. Датчики пристрою кріпляться на одязі або на тілі на трьох рівнях: коліна, пояс, плечі. Завдяки таким датчикам система виявляє перешкоду і генерує голосове оповіщення в навушники про її розташування. Автор вважає, що цей пристрій полегшить людям з вадами зору пересування в просторі, насиченому предметами.

Ігор Шибко представляє макет системи компенсації втраченого зору

Ігор Шибко представляє макет системи компенсації втраченого зору

Оцінка проекту: Система корисна, але без спеціальної тростини незрячому все рівно не обійтись. Адже система лише генерує повідомлення типу «перешкода справа, перешкода прямо», але не прокладає альтернативний маршрут.

  • Протизсувна система

Ілля Рябко з Дніпра — автор проектів «розумний» пішохідний перехід, «розумна» урна і оригінальної протизсувної системи. Школяр запропонував цікавий метод зменшення рівня підземних ґрунтових вод: у водонасиченому шарі ґрунту треба пробурити вертикальну свердловину, в яку потім вставити трубу. Далі до труби підключають компресор, який висмоктує повітря зі свердловини, утворюючи область зниженого тиску. Таким чином, під впливом вакууму в трубу просочується вода. Коли її набереться достатня кількість — вмикається насос, що викачує воду на поверхню та зливає її у спеціальну ємність. Цикл повторюється доти, поки зволоженість ґрунту не прийде в норму. Проект отримав друге місце в молодшій групі.

Оцінка проекту: школяр продемонстрував тільки зменшений макет протизсувної системи. Як вона покаже себе в робочій експлуатації — поки невідомо.

  • Видобуток води з повітря

Тетяна Шаповал (м. Южноукраїнськ, Миколаївська обл.), що зайняла третє місце в молодшій групі, розробила проект автоматичного поливу дерев за рахунок збирання конденсату з повітря. Ідея полягає в тому, щоб занурити алюмінієво-мідну трубку на глибину кілька метрів під землю, це дозволить отримати різницю температур з поверхнею 10-12° і збирати конденсат. Система оснащена датчиком світла: коли на вулиці буде темніти, вода через спеціальні отвори в трубі буде надходити до коріння дерев. Тетяна прорахувала, що кожне дерево щодня отримає мінімум 1,5 л води додатково.

Система автоматичного поливу дерев за рахунок конденсату

Система автоматичного поливу дерев за рахунок конденсату вологи з повітря

Оцінка проекту: собівартість системи доволі висока. Хоча школярка підрахувала, що система поливу для 300 дерев буде коштувати близько $780, однак реальна ціна скоріш за все буде набагато вища. Крім того, система потребує обслуговування, адже отвори в трубі швидко заб’ються.

  • «Розумний» замок

Школяр Артем Якуненко (с. Володарка, Київська обл.) розробив проект замка, яким можна керувати зі смартфона. В основі платформи — чип Raspberry Pi, підключений до інтернету. Пристрій можна встановити на фактично будь-який існуючий замок без значної модифікації. Для повороту шпинделя замка використовується сервопривід з крутним моментом 8 кг/см на 5Вт, цієї потужності має бути достатньо.

Оцінка проекту: Оскільки для керування замком потрібний інтернет, то у випадку його відсутності замок неможливо буде відкрити чи закрити без класичного ключа. Крім того, автор не пояснив, наскільки пристрій захищений від кібератак зловмисників.

  • «Розумний» клас

Юрій Роман (с. Довге, Закарпатська обл.) розробив проект SmartGadgetsforClassroom. Передбачається, що розробка дозволить автоматизувати полив рослин, відкривання-закривання штор; контролювати клімат класного приміщення; виконувати моніторинг навколишнього середовища.

Макет «розумного» класу

Макет «розумного» класу

Компоненти системи будуються на основі мікроконтролера Arduino і різноманітних датчиків, сенсорів, двигунів і т. д. За допомогою модуля Ethernet shield гаджети здатні передавати дані на веб-сервер, де їх зможе контролювати кожний бажаючий.

Оцінка проекту: висока собівартість системи.

  • «Розумний» холодильник

Кузьма Шпак з молодшої групи (м. Київ), розробив проект смарт-холодильника. Школяр вирішив реалізувати цей проект за допомогою плати Arduino та сумісних з нею комплектуючих деталей.

Ідея наступна: коли людина підходить, двері холодильника автоматично відкриваються, а на дисплеї відображається температура, вологість, список продуктів. Через мобільний додаток можна замовити продукти в інтернет-магазині, перевірити їх наявність або закінчення терміну придатності.

Оцінка проекту: автоматичне відкриття дверей значно ускладнює конструкцію та підвищує її вартість.

  • Інтелектуальний протез кінцівки руки

Кирило Дикий (м. Суми), фіналіст молодшої групи змагань Steam House, розробив інтелектуальний протез кінцівки руки, що вміє обучатися.

Юний винахідник спробував створити протез, який матиме тактильні якості. Для виготовлення елементів протезу він застосував 3D-принтер. В якості контролера використана платформа Arduino. Рух пальців маніпулятора здійснюється завдяки протягненому уздовж пальця з передньої та задньої сторони тросика, що натягується серводвигуном, вмонтованим у середину корпусу руки. При обертанні двигуна тросик натягується і відбувається стискання пальця. На моторах встановлені редуктори, які зменшують швидкість обертів, але при цьому збільшують момент крутіння, що забезпечує міцне стискання усіх пальців руки.

Макет інтелектуального протезу кінцівки руки

Макет інтелектуального протезу кінцівки руки

  • Bluetooth-трекер для валізи

Ахмуз Карім (м. Харків), фіналіст молодшої вікової групи, винайшов валізу, що рухається автоматично за господарем. Секрет полягає у наявності всередині валізи Bluetooth-трекера. Достатньо підключити трекер до телефону — і  валіза буде самостійно слідувати за смартфоном.

З точки зору розробника, такий пристрій має вирішити проблему «зайнятих рук». Скажімо, вам терміново потрібно зробити дзвінок з мобільного, коли ви тримаєте валізу.

Макет валізи з Bluetooth-трекером, що рухається автоматично за господарем

Макет валізи з Bluetooth-трекером, що рухається автоматично за господарем

Оцінка проекту: наявність мотоприводу йа акумулятора у валізі значно збільшує її вагу. Крім того, на Bluetooth-зв’язок впливає багато перешкод, тому дуже вірогідно, що валіза не зможе завжди безпомилково визначати напрямок, де знаходиться господар багажу.

Висновки

Хоча деякі проекти справді були цікаві, на більшість розробок варто подивитися критично. Перш за все, юні винахідники не дуже цікавилися тим, чи реалізовані вже подібні розробки не тільки за кордоном, але навіть в Україні. І якщо для молодшої вікової групи це нормально, то старша група вже мала би задуматися про такі речі.

Ще один серйозний недолік проектів — слабке техніко-економічне обґрунтування. Скоріш за все, більшість проектів і надалі будуть перебувати на стадії дослідних зразків, оскільки їх просто не вигідно впроваджувати в серійне виробництво. Не випадково переможцем конкурсу став «розумний» кран — доступне і дешеве рішення, яке забезпечує реальну економію та зручність. Інше питання — наскільки цей пристрій надійний, але такі оцінки виходили за межі конкурсу.

Крім того, деякі юні винахідники бралися за розв’язання занадто складних та масштабних задач, які просто не під силу якісно вирішити за рахунок тих ресурсів, що мали розробники. Саме тому такі проекти були сумнівними з точки зору їх корисності для суспільства.

Втім, це зовсім не означає, що юним винахідникам треба було відкинути їхні ідеї ще до початку реалізації. Адже школярі отримали неабиякий досвід розробки, презентації та захисту проектів. А усвідомлення необхідності економічного обґрунтування прийде з часом, коли кожну нову ідею вони будуть оцінювати з точки зору унікальності й доцільності її реалізації та впровадження.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: