XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
УМНАЯ УРНА КАК ПРЕДМЕТ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЙ
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
В современном мире проблема экологии становится все более актуальной и требует немедленных действий для ее решения. Одним из ключевых направлений в этой сфере является создание и внедрение инновационных технологий, способных улучшить состояние окружающей среды. Одной из таких технологий является умная урна, которая становится все более востребованной в городах и общественных местах.
Таким образом, актуальность данной работы связана с необходимостью разработки и внедрения современных технологий для улучшения экологической ситуации и решения проблемы утилизации отходов.
Цель работы - создание умной урны, способной оптимизировать процесс сбора и переработки мусора.
Исходя из поставленной цели, можно составить ряд нескольких задач:
1. Разработка концепции умной урны, учитывающей потребности и особенности конкретного региона.
2. Создание прототипа умной урны с использованием современных технологий (например, GPS).
3. Тестирование эффективности работы умной урны на пилотной территории.
Предметом и объектом работы является умная урна, которая представляет собой специальное устройство для сбора и обработки мусора. Умная урна оснащена датчиками, сенсорами и системой управления, что позволяет оптимизировать процесс сбора и утилизации мусора, а также повысить эффективность работы коммунальных служб.
Результаты проекта позволят значительно улучшить экологическую обстановку в городах, сократить количество отходов, снизить затраты на утилизацию мусора и повысить эффективность работы коммунальных служб.
В рамках данной работы мы рассмотрим принцип работы умной урны, ее преимущества и потенциал в сфере экологических совершенствований, а также пути интеграции данной технологии в повседневную жизнь для обеспечения чистоты и безопасности окружающей среды.
ГЛАВА 1. ТЕОРИТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УМНОЙ УРНЫ
1.1 История появления умной урны
Понятие умной урны стало популярным в последние несколько лет, но точная дата ее появления трудно указать. Идея использования технологий для улучшения управления отходами могла возникнуть задолго до того, как она была реализована на практике. Первые примеры умных урн, оснащенных датчиками для определения уровня наполненности, могли появиться в начале 2010-х годов. Однако с развитием интернета вещей и облачных технологий стало возможным создание более продвинутых умных урн с функциями мониторинга, управления и аналитики. Таким образом, можно сказать, что концепция умных урн стала активно развиваться и внедряться в середине и конце 2010-х годов.
История создания умных урн включает в себя постепенное развитие и совершенствование этой технологии со временем, с целью повышения эффективности управления отходами и улучшения экологической обстановки в городах.
Умные урны были созданы в ответ на проблему неэффективного управления отходами в городах. Идея использования технологии для улучшения сбора отходов встретила отклик у разработчиков и инженеров, которые разработали специальные датчики и программы для умных урн.
Изначально умные урны были представлены как простые контейнеры с датчиками, которые позволяли определить уровень наполненности. С развитием технологий в урны начали внедряться специальные программы и алгоритмы, которые позволяли оптимизировать сбор отходов.
С появлением интернета вещей умные урны стали связываться с облачными сервисами и мобильными приложениями, что позволило управлять ими удаленно, отслеживать состояние и загрузку, а также получать уведомления о необходимости опустошения.
Сегодня умные урны активно внедряются в городах по всему миру, где они помогают сократить количество мусора, улучшить санитарные условия и снизить нагрузку на окружающую среду. Использование умных урн способствует повышению эффективности сбора отходов, а также сокращению расходов на обслуживание и утилизацию мусора.
1.2 Принцип работы умной урны и технологии, используемые в них
Принцип работы умной урны основан на использовании специальных датчиков, которые мониторят уровень наполненности контейнера. Когда уровень отходов достигает определенного уровня, умная урна отправляет уведомление об этом на специальный сервис или мобильное приложение. Это позволяет эффективно организовывать сбор и вывоз отходов, предотвращая переполнение и снижая стоимость обслуживания.
Для реализации принципа работы умной урны используются разнообразные технологии:
1. Датчики наполненности: ультразвуковые, инфракрасные или весовые датчики могут использоваться для определения уровня наполнения контейнера.
2. IoT (интернет вещей): умные урны часто подключены к интернету, что позволяет им передавать данные о наполненности в реальном времени на удаленный сервер или мобильное устройство.
3. Облачные сервисы: данные, собранные умными урнами, хранятся и обрабатываются в облачных сервисах, где их можно анализировать, создавать отчеты и управлять процессом сбора отходов.
4. Мобильные приложения: пользователи могут получать уведомления о состоянии умных урн, следить за их работой и дистанционно управлять процессом сбора отходов через специальные мобильные приложения.
5. Искусственный интеллект и алгоритмы аналитики: используя данные, собранные умными урнами, можно разрабатывать алгоритмы для оптимизации маршрутов сбора отходов, прогнозировать объемы и влияние на окружающую среду, а также проводить анализ эффективности и экономической выгоды от использования умных урн.
Эти технологии в совокупности обеспечивают эффективное управление отходами и помогают сократить затраты, улучшить санитарные условия и снизить негативное воздействие на окружающую среду.
1.3 Преимущества использования умных урн в управлении отходами
Использование умных урн в управлении отходами имеет ряд значительных преимуществ, которые способствуют улучшению качества городской инфраструктуры и окружающей среды. Некоторые из основных преимуществ умных урн:
1. Эффективное управление отходами: умные урны позволяют отслеживать уровень наполнения контейнеров в режиме реального времени, что позволяет оптимизировать маршруты сбора отходов и предотвращать переполнение.
2. Снижение операционных расходов: благодаря точному мониторингу можно сократить число лишних выездов для вывоза мусора, что ведет к снижению затрат на транспортировку и обслуживание.
3. Экологическая эффективность: оптимизированный процесс вывоза отходов уменьшает воздействие на окружающую среду и снижает выбросы углекислого газа.
4. Улучшение общественного здоровья: своевременная сборка мусора помогает поддерживать чистоту и санитарные условия в городах, что влияет на здоровье жителей.
5. Лучшее использование ресурсов: анализ данных, собранных умными урнами, позволяет оптимизировать процессы управления отходами, предотвращая перерасход ресурсов.
6. Удобство для жителей города: мобильные приложения позволяют жителям следить за состоянием урн, получать уведомления и быстро сообщать о проблемах с мусором.
7. Смарт-городское управление: умные урны являются частью концепции умных городов (smart cities), где технологии используются для повышения комфорта жизни горожан и снижения нагрузки на городскую инфраструктуру.
Функциональность умных урн позволяет современным городским системам эффективно управлять отходами, улучшать инфраструктуру и снижать экологическое давление на окружающую среду.
ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВНЕДРЕНИЯ УМНЫХ УРН
2.1 Создание умной урны своими руками в домашних условиях
Мысль о создании умной урны для уборки мусора превратилась в осуществление. Задача будет заключаться в передаче данных по GPS навигации диспетчеру мусорной компании, о его наполнении и своевременном вывозе, что обеспечит чистоту города.
В данном проекте был предоставлен макет урной (контейнера), для этого понадобились следующие материалы:
1.Металлическаябанка;
2. Два пластиковых стаканчика;
3. Пружинка;
4. Система звукового и светового оповещения (GPS)
Рисунок 1 – Необходимые материалы для создания умной урны
Перейдём к самому алгоритму действий создания умной урны.
1 этап:
Вырезаем отверстие в кромке банки под стаканчик (который работает в роли направляющей), затем наносим клей и прикрепляем к крышке. Получается такая конструкция.
Рисунок 2,3,4 – Изобретение умной урны ( 1этап )
Далее следующие действия ( 2 этап ):
Необходимо укрепить дно у накопительной ёмкости, для этого нам послужит опорная пружинка, а затем собираем электрическую схему системы GPS.
Также, у опорной пружинки приклеить дополнительную нижнюю основу для большей устойчивости.
Рисунок 5,6,7 – создание умной урны (2 этап )
Приступаем к системе GPS ( 3 этап - заключительный ):
Необходимо установить систему GPS на корпус банки, а затем вывести систему индикации. После подключить провода и протестировать окончательный результат.
Рисунок 8, 9, 10 – Создание умной урны ( 3 этап – заключительный )
Макет умной урны готов и успешно протестирован. Также, был представлен в школе одноклассникам и учителям.
Рисунок 11 – показ макета умной урны в школе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, создание умной урны - это инновационное решение для оптимизации процесса сбора и утилизации отходов. Благодаря использованию технологий Интернета вещей и машинного обучения, умная урна способна улучшить эффективность сбора мусора, сократить затраты на его вывоз и переработку, а также сделать городскую среду более чистой и здоровой для жителей. Работа над проектом позволила нам убедиться в том, что инновации играют ключевую роль в решении экологических проблем и содействуют устойчивому развитию общества. Мы надеемся, что создание умных урн станет шагом в направлении создания более экологически чистого и умного города.
Для дальнейшего использования умных урн с целью улучшения экологической ситуации в городах, рекомендуется следующее:
1. Масштабирование проекта: расширение сети умных урн на городских улицах, парках, торговых центрах и других общественных местах для обеспечения максимального охвата и эффективности сбора отходов.
2. Систематический мониторинг и анализ данных: постоянное отслеживание заполненности урн, определение часов пиков загрязнения, анализ видов отходов и определение наиболее загрязненных зон для улучшения стратегии уборки.
3. Внедрение программ по образованию и информированию населения: проведение образовательных мероприятий, размещения информационных баннеров о правилах раздельного сбора отходов, стимулирование активного участия горожан в экологических инициативах.
4. Сотрудничество с местными органами власти и компаниями по переработке отходов: создание партнерских отношений для оптимизации процесса сбора и переработки отходов, а также повышения эффективности утилизации мусора.
5. Постоянное обновление технологий и разработка новых функциональностей: следить за инновациями в области сбора и переработки отходов, интегрировать новые возможности и улучшения, чтобы добиться еще более высокой производительности и эффективности работы умных урн.
Благодаря совокупности этих рекомендаций можно добиться значительного улучшения экологической ситуации в городах и сделать жизнь горожан более комфортной и безопасной.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Статья «Экологические проблемы городов» [Электронный ресурс]
2. Статья «9 роботов, которые помогают решить экологические проблемы» [Электронный ресурс]
3. Видеоролик «ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОСТИ» [Электронный ресурс]
4. Видеоролик «Люди, которые СПАСАЮТ нашу планету» [Электронный ресурс]