Gymnasiast Entwickelt Roboter Zur Detektion Von Chemikalien

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Autonome roboter finden chemische reaktionen und reagieren auf sie, wodurch möglicherweise menschenleben gerettet werden.

Dieser Artikel hinter den Kulissen wurde WordsSideKick.com in Partnerschaft mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

"Wow! Sie haben das mit Legos gemacht!", Riefen die Kinder aus, die sich am Public Day auf der Intel International Science and Engineering Fair im Mai um meinen Roboter drängten. Zu sehen war mein mobiler, autonomer Roboter, der einen Raum durchsucht - wenn er sich über eine verschüttete Chemikalie bewegt, wird er die Chemikalie erkennen und darauf reagieren.

Diese Technologie hat Anwendungen in Industrie, Sicherheit, Terrorismusbekämpfung, Umweltsensoren und möglicherweise sogar der Marserkundung. Eine Reihe kostengünstiger Roboter könnte dazu beitragen, die Sicherheit zu erhalten und Leben zu retten, indem Menschen von der potenziellen Gefahr des Suchens und Erkennens von Chemikalien in gefährlichen Situationen ausgeschlossen werden.

Der von mir entwickelte Sensor verwendet relativ einfache elektrische Teile: LED, Fotodiode, Operationsverstärker und Widerstände in Kombination mit einem porösen Siliziumchip, der in Gegenwart einer flüchtigen organischen Verbindung zeitweise seine Farbe ändert. Ein Lüfter saugt gesättigten Dampf in die Sensorkammer ein, die den Chip hält, und die LED springt Licht mit einer anderen Intensität vom Chip in die Fotodiode.

Die Spannung von der Fotodiode wird dann verstärkt und als Sensorsignal an den Mikrocomputer des Roboters gesendet. Nach dem Erstellen des Sensorkreises und dem Hinzufügen des Lüfters führte ich einige Tests durch, um festzustellen, ob die Signaländerung, die durch die angesteuerte Chemikalie verursacht wurde, groß genug war, um vom Roboter leicht erkannt zu werden. Die Änderung übertraf meine Erwartungen und war eindeutig groß genug, um die Chemikalie auch in sehr geringen Mengen und Konzentrationen zu erkennen.

Die Technologie, die meinen Robotersensor ermöglicht, wurde von meinem Mentor Michael Sailor von UCSD entwickelt. Sein Labor, das zum Teil durch eine NSF-Förderung finanziert wird, entwickelt poröse Siliziumchips, die ihre Farbe ändern, wenn Chemikalien in die Poren gelangen.

Die zahlreichen Postdocs, Absolventen und Studenten von Sailor erforschen Anwendungen für diese Chips in Bereichen wie Medizin, Umweltsensoren und chemische Erkennung. Als ich mich im Frühjahr 2007 als Neuling in der High School zum ersten Mal mit der Gruppe traf, war ich fasziniert von der Idee, seinen Chip auf einen Roboter zu legen.

Professor Sailor lud mich in diesem Sommer ein, in seinem Labor zu arbeiten, und seitdem arbeite ich dort an meinem Roboter. Anne Ruminski, eine fortgeschrittene Studentin der Gruppe, hat die porösen Siliziumchips für mich geätzt und mich auf tausend verschiedene Arten ermutigt. Sie und die anderen Doktoranden im Labor haben mir durch Beispiel beigebracht, durchzuhalten, selbst wenn es so aussieht, als würde nichts funktionieren, und ich hatte reichlich Gelegenheit, diese Lektion anzuwenden!

Das Hauptproblem, dem ich gegenüberstand, war die Entwicklung eines Sensors, der gut genug sehen konnte, um die Farbänderung auf dem Chip zu erkennen. Für einen Junior in der High School, der keine Schaltung kannte, war dies eine sehr erprobte Lernerfahrung!

Nach fast zwei Jahren Arbeit an der Entwicklung des Sensors konnte ich ihn schließlich an einer LEGO Roboterbasis befestigen, die ich selbst gebaut hatte, und begann, die Programme zu schreiben, um ihn zum Laufen zu bringen. Ich musste mir LabVIEW beibringen, aber als ich meinen Roboter in Bewegung setzen und sehen konnte, dass er gut funktioniert, hat sich der ganze Aufwand gelohnt!

Ich stellte meinen Roboter dieses Jahr auf der Greater San Diego Science and Engineering Fair vor, wo ich den ersten Platz in der Maschinen- und Elektrotechnik belegte und den Senior Sweepstakes Award gewann, eine Reise zur Intel International Science and Engineering Fair.

Mehrere Gesellschaften und Unternehmen, darunter die San Diego Space Society und die Society of Women Engineers, haben mein Projekt ebenfalls mit Preisen ausgezeichnet.

Auf der California State Science Fair in Los Angeles gewann mein Projekt den ersten Platz in Elektronik und Elektromagnetik sowie den Patricia Beckman-Projekt des Jahres, die höchste Auszeichnung für Wissenschaftsmessen im US-Bundesstaat Kalifornien! Als ich hörte, wie mein Name angekündigt wurde, ging ich auf die Bühne und erhielt einen Scheck über 10.000 Dollar. Ich dachte: "Wow! Und das habe ich aus Legos gemacht!"

  • Video - LEGO Robotic Boat Competition
  • Bildergalerie: Innovative Roboter

Anmerkung des Herausgebers: Diese Forschung wurde von der National Science Foundation (NSF) unterstützt, der Bundesbehörde für die Finanzierung von Grundlagenforschung und -bildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Siehe das Archiv hinter den Kulissen.

{{video = "LS_090702_Build_IT2" title = "Video - LEGO Robotic Boat Competition" caption = "Roboter, die von Schülern der Middle School und der High School entworfen, gebaut und betrieben werden, konkurrieren unter Wasser. Die Veranstaltung wird vom Stevens Institute of Technology veranstaltet, das für sein Meer bekannt ist -Engineering-Programme. Bildnachweis: Dave Brody, Rob Goodier, Chris Rodriguez / IMAGINOVA "}}


Videoergänzungsan: Chemie im Wasser - Die unsichtbare Bedrohung.




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