XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Умный мусорный бак
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Ежедневно в мире выбрасывается колоссальное количество мусора, который является также одним из источников загрязнения, если не проходит должную переработку. Во многих странах уже много лет мусор выбрасывается исключительно в специальные контейнеры, проходя первичную сортировку. Однако в России этот процесс был запущен лишь в нескольких городах и не ведётся должным образом, в следствие чего загрязняется наша окружающая среда, которая представляет огромную ценность для жизни общества нашей страны.
Актуальность темы:
Ряд других стран уже мотивирует своё население различными методами для сортировки и выброса мусора в специально отведённых для этого местах. С 1 января 2019 года введен новый федеральный закон о сборе мусора в пределах нашей страны. В числе прочих изменений, как например, переход на сбор бытовых отходов в разноцветные контейнеры, туда вошло расширение программы общего образования с целью повышения экологической грамотности населения и повышение тарифов на вывоз мусора. Гражданам, которые примут участие в программе раздельного сбора мусора, будут предоставлены льготы на оплату вывоза отходов. Этот закон можно считать первым этапом «мусорной реформы».
Поэтому мы задумались о том, чтобы мотивировать людей финансово, даже если немного, но это всё равно может оказать значительно влияние. В нашей работе мы хотим изучить уже существующие методы сортировки мусора в разных странах, умные системы утилизации и разработать свой мусорный бак с оплатой за выброс мусора, как например, происходит оплата в пунктах приёма на переработку бутылок или макулатуры.
Цель исследования: Изучение материалов о проблемах утилизации мусора и создание модели Умного мусорного бака на базе конструктора Lego Mindstorms EV3.
Задачи исследования:
Познакомиться с правилами сортировки мусора в разных странах;
Изучить примеры умных сенсорных ведер;
На основе изученной информации создать на базе конструктора Lego Mindstorms EV3 умный мусорный бак, мотивирующий к своевременной утилизации мусора.
В качестве источников информации мы использовали информационные сайты. При оформлении проекта мы брали идеи из большой книги «LEGO Идеи: новая жизнь старых деталей» [1], при конструировании движимых частей проекта нам помогли книги и методические пособия о простых и сложных механических передачах, подробно о зубчатых передачах [2], при создании программ мы руководствовались учебными пособиями по образовательной робототехнике [3].
Глава 1. Проблема утилизации мусора.
Правила сортировки мусора в разных странах
Проблема сбора и утилизации мусора не нова для многих стран. Россия в этом плане не является передовым государством, но вполне может использовать наработанный мировой опыт. В Азии, Америке, Европе и других уголках света уже созданы уникальные технологии раздельного сбора отходов, которые мы можем использовать и у себя. Рассмотрим несколько таких примеров подробнее.
Япония
В стране восходящего солнца к мусору относятся очень трепетно. Чего только стоит нашумевший скандал о человеке, который выбрасывал мусор в неположенном месте. Полиция делала ему предупреждения, но он их игнорировал. В итоге дело завершилось тюремным заключением. Для жителей многих стран эта история может показаться невероятной, но только не для японцев, которые делают все для того, чтобы сохранить свою экологию.
Итак, как же перерабатывают мусор в Японии? Его сжигают, а тепловую энергию используют для обогрева. Бытовая техника, мебель, машины разбираются для дальнейшего производства. Около каждого японского дома можно увидеть разные контейнеры из пластмассы, куда складываются отходы трех видов: пищевые, бытовые и ненужные вещи. Таким образом, мы видим, что сортировка отходов начинается ещё дома, и каждый гражданин вносит свой вклад в сохранение экологии. Японцы научились перерабатывать мусор таким образом, что даже из органических отходов они изготавливают строительные материалы.
США
Сбор мусора в Америке происходит в пластиковые пакеты, которые складируются в контейнеры, стоящие около каждого дома. Государственные службы отвозят контейнеры на сортировку, чтобы отправить мусор на переработку. Бумага, пластик, банки, бутылки, - все эти материалы используются для изготовления товаров с пометкой «сделано из мусора». Оставшиеся отходы закапывают. Одно время в стране были проблемы с металлическими банками, но с помощью системы вознаграждения за сдачу мусора они были решены. Сегодня практически в каждом американском учреждении имеется пресс для картона, банок, бумаги.
Швеция
Швеция является одним из флагманов в сборе мусора. В стране перерабатывают около 99% отходов. Половина из них используется для получения электрической и тепловой энергии. В целом сбор мусора в этой стране соответствует тем стандартам, которые приняты на территории Европейского Союза. Все семьи в стране обязаны сортировать мусор. У многих в доме находятся от пяти до семи контейнеров. В этой стране также активно внедряется способ подземных воздухоотводов. Несмотря на то, что это требует больших инвестиций, в итоге можно будет сэкономить на транспортировке отходов. В стране внедряют и систему залоговой стоимости упаковки. То есть, ее цена уже включена в стоимость товара.
Объеденённые Арабские Эмераты
С недавнего времени ОАЭ стал активно развиваться во многих направлениях. Не стало исключением и деятельность, связанная со сбором и переработкой мусора. Несколько лет назад стало ясно, что основной мусорный полигон может быть переполнен к 2022 году. Поэтому власти всерьез начали заниматься проблемой сбора и переработки. Чтобы приучить жителей к новым правилам, ввели специальный тариф для тех, кто собирает мусор раздельно. Кроме того, проводятся различные конкурсы. Например, дарить IPad за ответственный раздельный сбор мусора. Также в стране действуют специальные меры поддержки бизнеса, связанным с деятельностью по переработке мусора [4].
Лучшие умные сенсорные ведра
Xiaomi Townew T Air Lite.
Умное мусорное ведро Xiaomi, которое само запечатывает пакет с мусором и месяц работает на одном заряде компактно размещается под раковиной (Рисунок 1.2.1 Приложения). Сверху у прибора находится откидная крышка с отверстием. Xiaomi Townew — лучшая мусорная корзина открытого типа в рейтинге 2022 года. Под крышку вставляется картридж с фирменными мусорными пакетами, но они легко заменяются мешками для мусора. Сзади на ведре расположена кнопка включения устройства и micro USB разъем для кабеля: одной 10-часовой подзарядки хватает на 30 дней использования.
Tesler STB-40.
Сенсорное мусорное ведро объемом 40 литра подойдет семье из 3-4 человек. Увеличенный размер корзины позволит выбрасывать мусор раз в 2-3 дня. А благодаря плотно закрывающейся крышке, содержимое внутри ведра не побеспокоит неприятным запахом. Tesler (Рисунок 1.2.2 Приложения) имеет размеры 67 x 34 x 25 см и работает от 2 батареек, которых хватит на пару лет. В модели предусмотрена рамка для фиксации пакета, чтобы мусорный мешок не свешивался за края контейнера.
Xiaomi Townew T3.
Townew T3 (Рисунок 1.2.3 Приложения) использует кассеты с мусорными пакетами. Устройство умеет доставать мешок из рулона, расправлять в ведре и запечатывать после наполнения. Основание ведра герметичное, поэтому протечки бояться не стоит. Полезный объем – 13 л. С помощью инфракрасного датчика корзина адаптируется под размер мусора.
Daris (Рисунок 1.2.4 Приложения).
Несмотря на компактные размеры, умное ведро вмещает 9 литров мусора. Встроенный сенсор срабатывает на движение, чувствительность составляет 25 см. Модель водонепроницаема, поэтому ее можно мыть и устанавливать в ванной комнате. Доводчик мягко закрывает крышку без стука и лишнего шума. Герметичная прокладка гарантирует, что неприятный запах не будет распространяться по квартире.
TESLER STB-11 INOX.
Tesler STB-11 (Рисунок 1.2.5 Приложения) не требует использования мусорных пакетов. Внутри металлической капсулы расположено пластиковое ведро с ручкой. Оно легко достается и моется по мере необходимости [5].
Bruno – мусорная корзина с функцией пылесоса (Рисунок 1.2.6 Приложения).
Американская компания родом из Техаса создала «умную» мусорную корзину с названием Bruno. Это необычное устройство обладает встроенным пылесосом и возможностью соединяться со смартфонами и планшетными компьютерами. Достаточно лишь подмести пыль и другие мелкие мусорные частицы под само это устройство, а дальше – дело техники. Корзина при помощи встроенного пылесоса всасывает эти отходы. При этом управлять работой пылесоса можно при помощи смартфона.
Мультимедийные мусорные урны в Лондоне.
Слово «умные» в описании данных устройств подразумевает сразу несколько мультимедийных функций. Во-первых, эти уличные мусорные корзины от Renew могут работать в качестве точек бесплатного беспроводного доступа к сети Интернет. Эти мультимедийные урны установлены возле крупнейших торговых центров, театров, ресторанов, государственных учреждений и прочих популярных в Лондоне мест. Так что люди смогут пользоваться Интернетом от этих мусорных корзин во время шопинга, ожидания своей очереди, а также завтраков, обедов и ужинов.
Smart Trashbox – мусорная корзина с технологией Kinect.
Мусорная корзина Smart Trashbox превращает каждую вашу попытку что-либо кинуть в нее в удачную. Ведь она оснащена подставкой на колесиках, которая передвигает урну навстречу мусору.
Terra Poo – урна для собачьих экскрементов с доступом к Интернету.
Один из Интернет-провайдеров в Мехико решил осуществить социальный проект, направленный против мусора на улицах мексиканской столицы. Компания обратилась к хозяевам собак с предложением убирать за их питомцами во время прогулок по паркам и скверам. В ответ провайдер пообещал предоставить этим людям бесплатный беспроводной доступ к Глобальной сети.
Kyosho – мусорное ведро с дистанционным управлением.
Произведенные этой фирмой мусорное ведро и швабра с метлой могут передвигаться по помещению практически самостоятельно. Человек может управлять ими дистанционно при помощи пульта, похожего на обычный контроллер от игровой приставки [6].
Таким образом, мы были настолько заинтересованы многофункциональностью данных технологий, что решили придумать свою идею мусорного бака, объединяющего в себе самые важные функции.
Глава 2. Умный мусорный бак.
2.1 Создание модели «Умный мусорный бак» на базе конструктора Lego Mindstorms EV3
В нашем проекте представлена модель умного мусорного бака (Рисунок 2.1.1 Приложения) под управлением модуля EV3. В составе присутствуют большой мотор (Рисунок 2.1.2 Приложения), открывающий и закрывающий бак при приёме мусора, ультразвуковой датчик (Рисунок 2.1.3 Приложения), который может заметить появление мусора и подать звуковой сигнал, а также средний мотор с механизмом рычага для выдачи оплаты за мусор. При достаточном накоплении отходов в баке, приезжает машина для их отправки на сортировку и переработку. В модели установлено:
1 модуль EV3 в качестве центра управления и запуска программы (Рисунок 2.1.4 Приложения);
1 большой мотор для открытия и закрытия бака;
1 датчик ультразвука, который фиксирует появление мусора на расстоянии меньше 3,5 см.;
1 средний мотор, движущий рычаг для выдачи оплаты (Рисунок 2.1.5 Приложения).
Программа работает следующим образом (Рисунок 2.1.6 Приложения):
При запуске программы открывается дверь бака, и ультразвуковой датчик ожидает появления мусора внутри.
Если появляется мусор на расстоянии меньше 3,5 см., то срабатывает звуковой сигнал, ожидание 3 секунды, дверь закрывается, и толкатель от среднего мотора выдаёт оплату за мусор (5-10 рублей, в зависимости от веса, за 1кг/можно 10 рублей).
Если же мусор не появился в течение 3 секунд с момента открытия двери бака, то она закрывается. Подробнее с видеоматериалом нашего проекта можно ознакомиться по ссылке: https://drive.google.com/file/d/1ANGtu6qwd9xBqUDkPNFuyf_wUvpyFtAS/view?usp=drivesdk
Заключение
Познакомившись с правилами сортировки мусора в разных странах, мы подчеркнули, что сортировка в них происходит по похожему признаку, но по разным правилам, однако многие крупные страны мотивируют население к сортировке мусора всевозможными способами, и это оказывает огромное влияние.
Изучив примеры умных сенсорных ведер, мы заметили их многообразие и использование в разработках новейших технологий в целях их удобного использования в повседневной жизни.
В результате нашей работы на основе изученной информации мы разработали на базе конструктора Lego Mindstorms EV3 умный мусорный бак, мотивирующий к своевременной утилизации мусора. Мы считаем, что наш проект может внести значительный вклад в мотивацию населения к сохранению окружающей среды!
Список используемой литературы:
LEGO Книга идей: новая жизнь старых деталей: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. А. Аревшатян]. – Москва, Издательство «Эсмо», 2015. - 200 с.;
Богданова С.М., Попова Е.Е. Благодаря механическим передачам Lego- конструкции оживают / С.М. Богданова, Е.Е. Попова// «Новые информационные технологии в нефтегазовой отрасли и образовании»: материалы VII Международной научно-технической конф. 2017 С. 160-163. Режим доступа- https://elibrary.ru/item.asp?id=30700400
Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;
Интернет источники:
https://rcycle.net/musor/razdelnyj-sbor/sortirovka-othodov-v-raznyh-stranah
https://supermegasite.ru/luchshie-umnye-musornye-vedra
https://vsegda-tvoj.livejournal.com/32374452.html
Приложение
Рисунок 1.2.1 – Xiaomi Townew T Air Lite
Рисунок 1.2.2 – Tesler STB-40
Рисунок 1.2.3 – Xiaomi Townew T3
Рисунок 1.2.4 – Daris
Рисунок 1.2.5 – TESLER STB-11 INOX
Рисунок 1.2.6 – Bruno
Рисунок 2.1.1 – Наша модель «Умный мусорный бак»
Рисунок 2.1.2 – Установка большого мотора с дверью
Рисунок 2.1.3 – Ультразвуковой датчик напротив двери
Рисунок 2.1.4 – Установка модуля EV3
Рисунок 2.1.5 – Модель в процессе и сортировочные контейнеры
Рисунок 2.1.6 – Наша программа