XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Робот-уборщик пляжа

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Попов Д.А. 1Плетнев М.С. 1Арутюнов Э.А. 1Гиголян Р.В. 1

---

1АНОО "Президентский Лицей "Сириус"

Блинова К.П. 1

---

1АНОО "Президентский Лицей "Сириус"

Работа в формате PDF

2.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность темы:

В современном мире остро стоит проблема загрязнения. Это происходит в городах и на природе, в том числе на пляжах и побережьях. Береговая линия является домом для множества животных и растений. А также на ней размещают различные объекты туристической инфраструктуры.

Изначально наша команда решила собрать робота, который перемещается по пляжу и собирает мусор, оставленный посетителями. Но 15 декабря 2024 года у берегов города Анапы произошла экологическая катастрофа.

2 танкера, которые перевозили мазут, потерпели крушение во время шторма в Керченском проливе, что привело к масштабному разливу нефтепродуктов. Это стало не просто катастрофой, а угрозой местной флоре и фауне. По предварительным данным в море попало около 4000 тонн мазута, что уже привело к загрязнению нескольких десятков километров пляжей вдоль побережья Анапы. Больше всего пострадали животные: птицы и звери оказались в ловушке под слоем мазута. Это натолкнуло нас на мысль создать робота, который сможет очищать пляж не только от мусора, но и от мазута.

Цель: Привлечь внимание к проблеме загрязнения пляжей и показать, как технологии могут помочь в охране окружающей среды.

Задачи:

• Изучить выбранную проблему (проблема загрязнения пляжей, существующие роботы-уборщики пляжей)

• Сгенерировать ряд идей для решения проблемы

• Создать модель робота-уборщика для пляжа из конструктора LEGO WeDo 2.0

• Тестирование и доработка модели

Глава 1. Общие сведения

1. 1. Причины загрязнения пляжей.

К основным причинам загрязнения пляжа относятся:

• Загрязняющие вещества, которые попадают на пляж через водные источники и канализацию в сезон дождей или через загрязнение сточных вод предприятиями (рис. 1.1.1 Приложения). Чаще всего в воду попадают удобрения и различные химические вещества (бензин, автомобильное масло, пестициды, металлы, бактерии).

• Отходы мусора на пляжах (рис. 1.1.2 Приложения) (микропластик и пластиковые отходы, жестяные банки, бутылки, окурки, рыболовные сети и вещи).

• Мусор с судов (например, с круизных лайнеров) случайно или преднамеренно выбрасывается в воду, а оттуда попадает на пляж. Это и пищевые отходы, и оборудование для ловли рыбы, отходы из санузлов и даже масло от двигателей морских судов.

Итак, каким образом отходы попадают на пляж? (рис. 1.1.3 Приложения)

• Люди выбрасывают мусор на пляж, а не в мусорные контейнеры

• Мусор, который не попал вовремя в переработку, попадает в канализацию, откуда его выносит в ручьи, на пляж, в море и океан.

• Мусор попадает на пляж с морских судов

1. 2. Роботы-уборщики пляжей.

Перед тем, как преступить к проектированию модели, мы изучили существующих роботов-уборщиков пляжей. (рис. 1.2.1, 1.2.2, 1.2.3 Приложения) Такие устройства предназначены для очищения пляжей от мусора и различных загрязняющих веществ.

Для эффективной уборки такие модели оснащены ковшами, сочками и прочими устройствами для сбора мусора.

Последние инновации в роботах для очистки пляжа включают датчики с ИИ для обнаружения микропластика, повышения эффективности сортировки отходов. Они способны очищать как влажный, так и сухой песок. Эти достижения делают роботов более эффективными и экологически чистыми. Современный роботы-уборщики пляжей оснащены солнечными батареями для эффективной и бесперебойной работы.

Разберем робота-уборщика пляжей на примере модели BeBot. Это модель, которая позиционируется, как робот, который экологично убирает мусор и не наносит вред природе.

Данный робот собирает песок ковшем на глубине до 10 см, чтобы отсеивать мелкие кусочки пластика. Модель работает бережнее, чем тяжелая техника, поэтому не причиняет вреда прибрежной флоре и фауне.

В данный момент робота тестируют на побережье Флориды. Управление роботом дистанционное (до 300 метров), питание от солнечных батарей. Робот передвигается на гусеничном ходу. Спереди он оснащен ковшом для просеивания песка, сзади – ёмкостью для мусора.

За один час BeBot может очистить до 3000 квадратных метров береговой линии (что соответствует площади 7 площадок для баскетбола).

Создатели предлагают использовать робота не только на пляжах, но и в заповедниках и спортивных площадках.

1. 3. Экологическая катастрофа в Анапе.

Два месяца назад в Чёрном море произошла катастрофа: в море, а потом и на берег попало огромное количество нефтепродуктов. Когда происходят чрезвычайные ситуации, на помощь приходят не только сотрудники экстренных служб, но и добровольцы (волонтеры). За это время на помощь в ликвидации последствий аварий танкеров приезжали и продолжают приезжать более 50000 волонтеров. Они помогают очищать пляж от мазута и спасать испачканных в мазуте птиц.

Добровольцы и профессиональные спасатели и просто неравнодушные люди со всех концов страны ежедневно ведут работы на побережье Анапы. (рис. 1.3.1 и 1.3.2 Приложения)

Для того, чтобы не отравиться мазутом, волонтерам приходится работать в специальной защите (респираторы, герметичные очки, перчатки, спецодежда). Но даже в такой защите люди подвергают себя опасности.

Почему опасен мазут?

• Токсичные пары вызывают раздражение слизистых оболочек глаз, носа и горла, головокружение, головную боль, слабость и тахикардию, кашель, боль в груди и чувство сухости в горле.

• Мазут сушит кожу, что приводит к воспалениям и экземам.

Снизить риски для волонтеров может использование роботов-уборщиков, которые будут выполнять работу по очистке пляжа от опасных отходов вместо людей.

В данный момент уборку помогает осуществить спецтехника и даже автоматические тележки. Но такая техника только помогает заменить физический труд там, где нужно что-то поднять, перевезти, переместить. А использование роботов-уборщиков поможет снизить контакт людей с токсичными веществами.

Глава 2. Практическая часть

2.1 Описание проекта

Наш проект «Робот-уборщик пляжей» призван решить следующие задачи:

• Очистка пляжей от отходов (пластика, нефтепродуктов, крупного и мелкого мусора путём просеивания песка)

• Облегчение труда человека, замена человека при работе с опасными, токсичными веществами (мазут, битое стекло, микропластик)

• Увеличение скорости работы по очистке пляжей

Модель (рис. 2.1.1 и 2.1.2 Приложения) состоит из нескольких частей:

• Тележка для перемещения по песку

• Сито для просеивания песка

• Манипулятор для захвата крупных объектов.

Также, в дальнейшем мы планируем оснастить нашу модель датчиком движения для распознавания крупных объектов мусора. Такой датчик поможет нашему роботу-уборщику действовать более эффективно.

2.2 Описание конструкции и программы

Наш робот реализован на базе образовательного конструктора LEGO WeDo 2.0.

Программа (рис. 2.2.1 Приложения)

На нашем роботе-уборщике можно сделать несколько видов программ. В качестве примера покажем следующую программу:

• Робот-уборщик едет со средней скоростью (мощность двигателя 4)

• Робот движется так до тех пор, пока датчик движения не увидит какой-нибудь объект (имитация крупного мусора)

• Движение мотора прекращается

• Воспроизводится звук 1

В данной программе происходит имитация поиска и обнаружения крупного мусора на пляже.

2.3 Тестирование и оценка

После того, как мы сконструировали и запрограммировали модель робота-уборщика пляжей, мы провели тестирование устройства, чтобы проверить его работоспособность.

Тестирование робота включало в себя следующие этапы:

• Проверка работоспособности моторов устройства

• Проверка, считывает ли датчик расстояния объекты по пути следования робота-уборщика

• Проверка захвата

По итогам тестирования мы пришли к выводу, что захват требует дальнейшей доработки. Для захвата необходимо использовать второй мотор.

Для одновременного использования 2 моторов и датчика расстояния возникла необходимость подключения второго смартхаба, так как в 1 смартхабе всего 2 порта для подключения моторов и датчиков.

Заключение

Работая над данным проектом, мы изучили проблему и пришли к выводу, что проблема загрязнения пляжей – не выдумка. Пока наша планета не превратилась в одну большую помойку, нам нужно начать уборку береговой линии. Всего за 2 года на пляжах Черного моря в 2 раза выросла концентрация микропластика.

Также никто не застрахован от экологических катастроф, подобных той, что произошла у берегов Анапы.

Мы сгенерировали ряд идей для решения нашей проблемы и создали модель робота-уборщика пляжей на базе конструктора LEGO WeDo 2.0. После тестирования модели мы доработали его датчиком движения.

Робототехника не стоит на месте, а развивается, становится более доступной, приходит в разные сферы. Уже сейчас существуют роботы-уборщики пляжей для решения проблемы загрязнения окружающей среды.

Список литературы и интернет источники

Список литературы

• Исогава, Й. Большая книга идей LEGO Technic. Техника и изобретения: Йошихито Исогава. / Й. Исогава // Эксмо. – 2021.

• Филиппов, С.А. Уроки робототехники. Конструкция. Движение. Управление. / С.А. Филиппов // Лаборатория знаний. – 2017.

Интернет источники

• https://www.marketresearchintellect.com/ru/blog/revolutionizing-coastal-care-the-rise-of-beach-cleaning-robots-in-agriculture/

• https://vk.com/volunteersanapa

Приложение

Рис 1.1.1 Загрязнение сточных вод

Рис 1.1.2 Мусор на пляже

Рис. 1.1.3. Мусор на пляжах

Рис. 1.2.1 Робот-уборщик пляжа

Рис 1.2.2 Робот уборщик пляжа

Рис. 1.2.3 Робот-уборщик пляжа

Рис. 1.3.1. Работа волонтеров на пляже Анапы

Рис. 1.3.2. Работа волонтеров на пляже Анапы

Рис. 2.1.1 Модель робота-уборщика пляжа

Рис. 2.1.2 Модель робота-уборщика пляжа

Рис. 2.2.1 Программа