2006_DN_11(18)2006_2z2.pdf

N OWOŚCI

Nauka i technika

Lego

– mój robot

TEKST: TERRY COSTLOW

ROBOTY Mindstorm firmy Lego

pomagają przekazywać uczniom

wiedzę z dziedziny fizyki,

matematyki, techniki i technologii

Projekty interaktywne budzą

w dzieciach i młodzieży

zainteresowanie techniką

konał się, że pomoce praktyczne są narzę-

dziem wyrównującym poziom uczniów

w różnym stopniu uzdolnionych nie

gorszym niż... pomoce dydaktyczne.

Konstruowanie robotów stanowi takie

samo wyzwanie zarówno dla uczniów

utalentowanych, jak i uczniów mających

problemy z nauką, którzy uczęszczają

razem na zajęcia.

– Zajmowałem się dzieckiem, które

miało poważne problemy z czytaniem.

Pokazaliśmy mu, jak programować robo-

ty, aby mógł od tej pory wyrażać swoją

kreatywność w taki sposób. Został gwiazdą

całej klasy, na równi z uczniami nadzwy-

czajnie uzdolnionymi – mówi Brillhardt,

nauczyciel ze Szkoły Gattis w Austin,

w stanie Teksas.

Daniel Brillhardt wykorzystywał produkt

firmy Lego- RoboLab podczas zajęć

z uczniami klas czwartych szkoły podsta-

wowej przez sześć lub siedem lat i prze-

8 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] październik 2006

N OWOŚCI

Teraz pan Brillhardt czeka z niecier-

pliwością na zademonstrowanie swoim

uczniom najnowszej wersji programu

Mindstorm, NXT. Będzie ona miała swój

debiut 1 sierpnia. Jako jeden ze 100 człon-

ków Programu Rozwojowego Mindstorms

(Mindstorms Developer Program) miał

szansę pomagać w kształtowaniu zabawki

i przy okazji – nauczył się jej używać.

Uważa, że nowa wersja wzbudzi zachwyt

i zainteresowanie fizyką i matematyką, co

będzie niejako przygotowaniem gruntu

dla uczniów wybierających w przyszłości

kierunki techniczne. – NXT jest prostszy,

działa bardziej na zasadzie „przenieś

i upuść”. Wcześniej dzieci musiały naj-

pierw połączyć wszystkie części, co zaj-

mowało im dużo czasu i mogło wywołać

frustrację – mówi Brillhardt.

Jego wysiłki pokrywają się z główną

ideą wielu firm technologicznych, żeby

obudzić zainteresowanie technologią

u dzieci w każdym wieku. Globalizacja

umożliwia setkom tysięcy chińskich

i indyjskich inżynierów stanowienie sku-

tecznej konkurencji dla ich amerykańskich

odpowiedników, dlatego firmy starają się

w coraz aktywniejszy sposób utrzymać

nieprzerwany napływ uczniów technicz-

nie uzdolnionych, którzy przeszli proces

edukacyjny.

Te firmy również zastosowały podej-

ście praktyczne, poczynając od szkół

podstawowych, a kończąc na poziomie

uniwersyteckim. Takie firmy jak Avnet

są jednak głównie aktywne na poziomie

szkół podstawowych, gdzie organizują

i przeprowadzają różnego rodzaju kon-

kursy. – Pięć lat temu ograniczaliśmy

się jedynie do przekazywania pieniądzy

– mówi Teri Radosevich, dyrektor działu

stosunków społecznych dystrybutora,

mającego swoją siedzibę w Phoenix.

Targi Nauka i Technika, organizowane

przez firmę Avnet, to pozalekcyjna działal-

ność dla uczniów ostatnich klas lokalnych

szkół podstawowych (w Polsce odpowied-

nio dla gimnazjalistów – przyp. Redakcji).

Avnet nie jest osamotniony w swoich

wysiłkach. Większość firm z sektora

high-tech i towarzystw z nimi współpra-

cujących poświęca swój czas i pieniądze

na to, by stworzyć atmosferę zainte-

resowania wokół matematyki i fizyki,

w nadziei, że pomoże to uczniom w budo-

waniu podstaw niezbędnych do wkroczenia

w dziedziny techniczne. – Jeśli uczniowie

Konkursy na uczelniach w USA

Na poziomie uniwersyteckim zaangażowanie firm zwykle koncentruje się wokół

przekazywania środków finansowych na określony cel, grantów na prowadzenie

badań i odbywanie staży. Organizowanych jest jednak również kilka konkursów

praktycznych.

W zeszłym roku firma General Motors połączyła siły z amerykańskim

Departamentem Energetycznym, aby sponsorować konkurs Challenge X.

W czasie tego trzyletniego konkursu, który zakończy się w następnym roku,

drużyny uniwersyteckie starają się tak przebudować sportowy pojazd użytkowy,

aby zminimalizować zużycie energii i emisję gazów, ale jednocześnie utrzymać

lub poprawić jego użyteczność i osiągi. Konkurs zgromadził poparcie wielu firm,

zaczynając od takich, jak Caterpillar, Freescale i National Instruments, a kończąc

na mniejszych, jak Maxwell Technologies.

Podejście praktyczne wychodzi poza ramy uczelni do rządu federalnego

i absolwentów, dzięki konkursowi Wielki Wyścig Robotów DARPA Grand Challenge.

DARPA przenosi swój niezależny wyścig pojazdów do zwariowanego miejskiego

środowiska. Zwycięzca 60-milowego wyścigu, zaplanowanego na 3 listopada

2007 roku, wygra główną nagrodę do wykorzystania na działalność dodatkową,

w wysokości – 2 000 000$.

Podczas, gdy większość konkursów dysponuje dużo skromniejszą pulą nagród,

dają one również satysfakcję, która przewyższa materialną wartość pieniędzy.

– Momentem, w którym rozpierała mnie duma, była chwila, w której jeden z sędziów

podszedł do uczestnika konkursu, podał mu swoją wizytówkę i powiedział: „mam

dla ciebie pracę” – mówi Teri Radosevich z firmy Avnet. W Chandler-Gilbert

Community w Arizonie 19. studentom przyznano stypendia w wysokości 1000$

z programu Avnet Technology Games.

INTUICYJNE , bardzo łatwe w obsłudze oprogramowanie produktu Mindstorm powinno

ułatwić budowę poprawnie funkcjonującego robota. Warto zwrócić uwagę na

nieprzypadkowe podobieństwo do... LabView!

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 9

N OWOŚCI

nie zainteresują się tym we wcześniejszym

okresie, potem będzie za późno, aby zacząć

się zajmować inżynierią w college’u

– mówi Radosevich.

Istnieją mocne dowody na to, że te

programy docierają do uczniów. Ogólno-

światowa Olimpiada Robotów rozpoczęła

się w 2004 roku i zgromadziła w zeszłym

roku prawie 4000 drużyn.

Inicjatywy tych firm są wspólne również

dla długofalowych programów prowadzo-

nych przez takie towarzystwa, jak IEEE

(Instytut Inżynierów Elektryków i Elektro-

ników) i ASME (Amerykańskie Stowarzy-

szenie Inżynierów Mechaników), sponsoru-

jące programy, jak np. Narodowy Tydzień

Inżynierii. Inne grupy, jak Stowarzyszenie

Inżynieryjno-Techniczne Uczniów Szkół

Podstawowych (Junior Engineering Tech-

nical Society) skupiają się jeszcze bardziej

na krzewieniu zainteresowania techniką

i technologią w szkołach, ponieważ promo-

wanie tych idei jest podstawą ich istnienia.

Roboty składane w najprostszy sposób

Lego sprzedaje swój zautomatyzowany system Mindstorm już 8 lat – niezwykle

długo jak na produkt zawierający elementy elektroniczne. Nowsza wersja korzysta

z postępów w rozwoju elektroniki i oprogramowania, a także z obserwacji

producentów zabawek, psychologów i nauczycieli, którzy na co dzień widzą,

w jaki sposób dzieci się bawią.

Najważniejszą rzeczą jest maksymalne uproszczenie produktu, aby ludzie,

którzy dopiero zaczynają się interesować elektroniką, nie zniechęcali się,

tylko tworzyli coraz bardziej skomplikowane projekty. – To, co kiedyś wymagało

poświęcenia półtorej godziny czasu na złożenie, teraz zajmuje tylko 30 minut – mówi

Soren Lund, dyrektor projektu Lego Mindstorms NXT. Udoskonalenia oznaczają, że

zalecenia dotyczące wieku, od którego

można używać produktu obniżyły go z

12 na 10 lat. – Jest prostszy i bardziej

intuicyjny, więc ludzie mogą w krótszym

czasie osiągnąć wyższy poziom

zaawansowania zarówno w pracy

ze sprzętem komputerowym, jak

i w programowaniu – mówi Lund.

W miarę jak rośnie ich poziom

skomplikowania, są one wyposażane

w coraz więcej opcji, pozwalających

rozwijać dodatkowe zdolności, dodaje.

Oprogramowanie Robolab,

oparte na graficznym środowisku

programistycznym LabView, stworzonym przez firmę National Instruments, jest

kluczową częścią kampanii promującej upraszczanie

i zwiększanie możliwości. – Umieściliśmy specjalny intuicyjny interfejs w górnej

części produktu LabView, który bardzo upraszcza korzystanie z niego – mówi

Ray Almgren, wiceprezes ds. strategii produktu i kontaktów z uczelniami w firmie NI.

Kiedy firma Lego ujawni światu nową wersję produktu obecnego na rynku przez

dłuższy czas, zacznie się w niej proces wprowadzania daleko idących zmian.

– Wykorzystujemy wiele pomysłów użytych we wcześniejszych produktach, jednak

żaden kawałek tworzywa sztucznego, sprzętu komputerowego czy oprogramowania

nie został wykorzystany po raz drugi – dodaje Lund

UCZNIOWIE przedostatnich klas

college’u sprawdzają warunki

przystąpienia do programu Avnet

Technology Games, organizowanego

przez firmę Avnet

Czy to działa?

Podczas gdy projekty interaktywne rze-

czywiście wydają się stymulować zaintere-

sowanie i umożliwiać uczniom zagłębianie

się w dziedzinę techniki na poziomie uni-

wersyteckim, nie istnieją jednak dowody,

że służą one temu celowi długookresowo.

Liczba osób przyjmowanych na studia

inżynieryjne w ciągu ostatniej dekady nie

uległa znacznym zmianom.

– Istnieje wiele czynników determinują-

cych wybór kierunku na studiach – mówi Ray

Almgren, wiceprezes ds. strategii produktu

i kontaktów z uczelniami w firmie National

Instruments, będącej partnerem firmy Lego

Mindstorms z siedzibą w Austin.

Zwolennicy takich działań zgadzają się,

że bez pomocy dużych firm, szkołom podsta-

wowym ubogim w przedmioty o takiej tema-

tyce będzie ciężko zaszczepić zrozumienie

i właściwą ku temu ciekawość, które są nie-

odzowne w pracy przyszłego inżyniera.

Chociaż nie ma żadnej gwarancji,

wysokość darowizn od firm i zaangażo-

wanie w działalność wolontariacką rosną

w ostatnich latach coraz szybciej. Jednym

z największych programów skierowanych

do uczniów szkół średnich jest program Dla

Inspiracji i Poznania Nauki i Technologii

(FIRST For Inspiration and Recognition of

Science and Technology), stworzony przez

twórcę pojazdu Segway – Deana Kamena

(o tym ostatnim wsominaliśmy przy okazji

relacji z NI Week 2006, Design News 10/

2006, s.10 – przyp. redakcji). W programie

skoncentrowanym wokół konstruowania

zautomatyzowanych mechanizmów wzię-

ło udział ponad 1100 drużyn złożonych

z ponad 30000 uczniów. Do finałów

odbywających się w Atlancie dostały się

343 drużyny i 8500 uczniów, co stanowiło

znaczny wzrost w porównaniu z finałami

zorganizowanymi w roku 1992, w których

wzięło udział jedynie 28 drużyn.

Sponsorzy zwrócili uwagę na fakt, że

otrzymali wiele opinii, pokazujących, że pro-

jekty wywarły niezatarty wpływ na uczniów

i pracowników firm. – To bardzo przyjemne

uczucie, kiedy przychodzi do nas jakaś dru-

żyna i chce zrobić sobie zdjęcie z oprogra-

mowaniem Autodesk – mówi Buzz Kross,

wiceprezes działu rozwiązań produkcyjnych

w firmie Autodesk Inc., mieszczącej się

w Tualatin w stanie Oregon. Dostawca narzę-

dzi cadowskich jest od kilku lat głównym

sponsorem programu FIRST, który przeka-

zuje narzędzia programowe wykorzystywa-

ne przez uczniów do budowania robotów.

Podczas, gdy głównym celem jest stwo-

rzenie zabawnego i ciekawego programu

dla młodzieży, większość dorosłych, którzy

zdecydowali się poświęcić swój czas temu

wydarzeniu, uznała je za bardzo satysfak-

cjonujące. – Większość sędziów pytała,

czy mogliby uczestniczyć w tej imprezie

ponownie w przyszłym roku – mówi Rado-

sevich.

10 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] październik 2006

N OWOŚCI

Pneumatyka i hydraulika

Kompaktowa pompa

wysokociśnieniowa

obsługują płyny o minimalnej temperaturze

4°C i maksymalnej 60°C. Rozmiar kanału dla

wlotu i wylotu wynosi 3/8 cala NPTF.

Urządzenia mogą być zasilane prądem

stałym o napięciu 12V i 24V lub prądem

zmiennym o napięciu 115V i 230V. Typowe

zastosowania pompy obejmują przemiesz-

czanie, dostarczanie, rozpylanie, chłodzenie,

filtrację, dozowanie oraz zwiększanie ciśnie-

nia w sektorach ochrony podłóg, rolnictwie

i w obsłudze samochodów. Dostępne są zarów-

no jako modele na żądanie, jak również modele

opcjonalne, a certyfikacja konstrukcji membra-

ny trójkomorowej obejmuje komponenty UL,

CE i NSF.

Dzięki obudowie z tworzywa sztucznego

urządzenie ma różnorodne zastosowania

Mała pompa wyporowa Flojet Triplex zapew-

nia maksymalne ciśnienie cieczy o wartości

10,21 atm. Niepowtarzalna konstrukcja obej-

ścia daje pompie możliwość dostosowywania

się do zakresu natężeń przepływów przy stałym

ciśnieniu. Urządzenia zapewniają zakres natę-

żeń przypływów do 7,6 l/min przy ciśnieniu

roboczym przekraczającym 9,7 bara. Samoza-

sysające pompy przeponowe mają wyłącznik,

którego celem jest ograniczenie maksymalnego

ciśnienia do 10,3 bara.

Najważniejsze materiały zastosowane do

budowy pompy to: nylon wypełniony szkłem,

wykorzystany w konstrukcji głowicy pompy,

elastomer Santoprene zastosowany na mem-

branę i EPDM lub Viton na zawory zwrotne.

Takie połączenie materiałów pozwala pompom

obsługiwać wiele substancji chemicznych bez

korodowania. Technologia membran z współ-

wtryskami znacznie eliminuje potencjalne

drogi wycieku, dzięki czemu wzrasta wydajność

i żywotność pompy. Pompy te, przeznaczone

do pracy cyklicznej, choć mogące pracować

w sposób ciągły przez krótkie okresy, mogą

pracować na sucho bez uszkodzenia. Praca

na wyższym cyklu pracy zmniejsza jednak

przewidywaną żywotność pompy. Urządzenia

OBUDOWA z tworzywa sztucznego

pompy Triplex i maksymalne ciśnienie

10,21 atm sprawiają, że pompa

dostosowana jest do wykorzystania

w wielu dziedzinach przemysłu

Randy Frank

REKLAMA

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 11

N OWOŚCI

Pneumatyka i hydraulika

Mały, szybki zawór

Zwarta konstrukcja wytrzymuje długie okresy żywotności

Nowa linia zaworów Spider Valves o zwartej,

płaskiej zworze firmy Humphery Products

Company, zapewnia krótki czas reakcji

z bardzo małym tarciem i długą żywotnością.

Zaprojektowane w celu wstawiania do węzłów

lub wykonywanych indywidualnie rozgałę-

zień rur, 2- i 3-drożne, bezpośrednio pobu-

dzane zawory, dostarczane są w rozmiarach

o średnicy 7, 15 i 21 mm w obu wersjach: jako

normalnie zamknięte oraz normalnie otwarte.

W przeciwieństwie do zaworów elektro-

magnetycznych, w których rdzeń wsuwa

się do cewki magnetycznej w pozycji

pobudzenia, płaska zwora Spider Valve

jest wciągana do magnetycznego jarzma.

W pozycji wyłączenia, sprężyna płytkowa

ustawia zintegrowany element uszczelniają-

cy zwory w gnieździe zaworu. Konstrukcję

płaskiej zwory cechuje ruchomy element

o bardzo niskiej masie, umożliwiający czasy

przełączenia rzędu milisekund (ms). Dzięki

uniknięciu nieodłącznego tarcia występujące-

go w konstrukcji z rdzeniem solenoidu, zawór

z płaską zworą osiąga ruch bliski beztarciowe-

mu z żywotnością, w zależności od zastoso-

wania, dochodzącą do 109 (miliard) cykli.

7 MM ZAWÓR Spider Valve posiada dwa

pierścienie o-ring do uszczelnienia

w węźle lub indywidualnym rozgałęzieniu

Sterowane impulsami prądowymi

w trybie modulacji szerokości impulsów,

urządzenia działają jako zawory quasi-

proporcjonalne, umożliwiając uzyskanie

zmiennych prędkości przepływu. Przy

niskim poborze mocy, wynoszącym 0,5 W

dla urządzenia 7 mm, zawory zaadresowane

są do licznych zastosowań przepływowych,

gdzie ważne są niewielkie rozmiary oraz

mały pobór mocy, włączając neutralne oraz

łagodnie agresywne ciecze, gazy i opary.

Na przykład, bezpośrednio pobudzo-

ny, normalnie zwarty dwudrożny zawór

elektromagnetyczny VA 204-7 posiada

średnicę 7 mm z kryzami o średnicach 0,3;

0,5; 0,8; lub 1 mm do pracy przy odpowia-

dających zakresach ciśnienia 0 do 10, 0 do

8, 0 do 6 lub 0 do 3 barów. Przeznaczone do

maksymalnej temperatury otoczenia 50°C

urządzenia cechuje czas cyklu 0,5 do 4 ms

i obsługują one media o maksymalnej lep-

kości do 21 mm/s, maksymalne ciśnienia

statyczne 20 barów oraz maksymalną czę-

stotliwość roboczą 500 cykli na sekundę.

Randy Frank

MAGNETYCZNE JARZMO

wciąga płaską zworę z pozycji

zasilenia, a sprężyna płytkowa

wciska zworę z jej zintegrowanym

elementem uszczelniającym

do gniazda zaworu

w pozycji wyłączenia

zasilania

Złącze elektromagnesu

Obudowa wkładu

Zespół cewki elektromagnesu

R (wylot)

Sprężyna płytkowa

Element uszczelniający

Otwór A

Płaska zwora

Gniazdo zaworu

Otwór P

Materiały

Tworzywa sztuczne coraz lepiej przewodzą...

prąd elektryczny

Większa przewodność oznacza więcej zastosowań

dla tworzyw sztucznych przewodzących prąd elektryczny

Aby mieć jakieś pojęcie o tym, jak wyko-

rzystywać tworzywa sztuczne przewodzące

prąd elektryczny i ciepło, nie trzeba daleko

szukać, tylko obejrzeć ciągle rozrastające

się portfolio patentów na materiały Elec-

triPlast produkowane przez firmę Integral

Technologies.

Firma ta stworzyła technologię pro-

dukcji związków tworzyw sztucznych

o dużej przewodności, mających dwa razy

taką przewodność elektryczną i cieplną

jak najbardziej przewodzące metale.

– Jesteśmy w stanie osiągnąć przewodność

elektryczną srebra i miedzi – chwali się

Tom Aisenbrey, wiceprezes ds. rozwoju

12 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] listopad 2006

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: