新能源多功能水面巡逻兵

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  一、指导老师与设计者介绍
  周鹏,柳州市壶西实验中学AI创客科技社团指导教师、校科技辅导员。曾荣获2020年柳州市青少年科技创新大赛“十佳”优秀科技辅导员、第十八届全国中小学信息技术创新与实践大赛广西赛区“优秀指导教师”等荣誉称号。
  曾繁果(左),15岁,九年级,就读于柳州市壶西实验中学。兴趣爱好广泛,喜欢制作科学小发明,对无人操控技术、新能源技术感兴趣。荣获“中国移动‘和教育’杯”第十二届全国中小学电脑制作活动3D创意设计(未来智造设计)广西赛区自治区级一等奖、国家级二等奖。
  曾繁雨(右),15岁,九年级,就读于柳州市壶西实验中学。擅长电脑设计、绘画,从小学三年级开始接触电脑,对电脑作品的设计制作有浓厚兴趣。荣获“中国移动‘和教育’杯”第十二届全国中小学电脑制作活动3D创意设计(未来智造设计)广西赛区自治区级一等奖、国家级二等奖。
  二、设计故事
  我和曾繁雨在调研中发现,清理水面垃圾的船大多是小型船体,清理能力有限。为此,我们两人打算设计一个能长时间续航、自动捕捞垃圾的装置。该装置使用风能和光能,可长时间在湖面或海面上自动清理垃圾,从而提高清洁水面效率,解决垃圾污染问题。
  三、需要材料
  3Done教育版软件、3D打印机及耗材(PLA)、滤网、船体木质模型、太阳能电池板等。
  四、科创过程
  第1步:使用3Done软件建模设计水面垃圾清理船。
  周鹏老师:两位同学希望自己设计的船不需要充电就能长时间续航,于是我引导他们上网查找有关太阳能发电的资料。
  第2步:制作船的主体。
  周鹏老师:两位同学在设计船的主体结构时,产生了较大的分歧,他们通过实验,并参考现实生活中已有的双体船的船体外观,画出了船体结构的大致草图,得出了最优设计方案。
  第3步:制作船的内部甲板。
  我们使用了3D建模技术中的阵列、圆角、倒角等技术制作模型。
  周鹏老师:两位同学不畏惧困难,他们对实际生活中已有的水面垃圾捕捞船进行改进与创新,设计出“电动带毛刷滚筒——滤网——垃圾贮存箱”这样的三级结构。
  第4步:制作船的风力发电装置。
  周鹏老师:两位同学想到只利用太阳能是不够的,于是便结合物理课上所学过的知识,寻找其他可发电的清洁能源。由于该船是在室外使用,所以他们想到利用风能发电。但是在无人驾驶的船上实现风力发电并不容易,他们便查阅相关资料,将地面风力发电装置和气垫艇相结合,制作出外观新颖的船载风能发电机。
  第5步:制作船尾的螺旋桨和两侧的救生圈。
  为了让船能更好地完成救援任务,我们在船体两侧添加了救生圈。
  周鹏老师:两位同学还将这艘船设计成多功能的船,除了能收集水面垃圾,还可以作为救护浮岛使用。这一设计体现出学生的人文关怀意识。
  第6步:完善船的一些细节部分。
  五、未来优化方向
  第一,添加海洋探测器,增加统计海洋垃圾以及海洋生物的功能;第二,添加更方便的收纳方式,提高清理垃圾的能力;第三是在船后添加一个净水器,以净化被污染的水体。
  周鵬老师:希望两位同学继续发扬创新精神,增强创新意识,提高创新能力,争当新时期的创新好少年!
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