Sunday, March 3, 2013

Engineering Idol 2013

Tõepoolest on ka selline võistlus igasuguste teiste samanimeliste eeskujul Canadas välja mõeldud. Formaat minu arust palju mõistlikum kui teiste puhul, nimelt toimub kogu võistlus ühe päeva jooksul. Osa võivad võtta keskooli (9 - 12 klass) õpilastest moodustatud võistkonnad. Kui varasematel aastatel anti kõigile võistkondadele samasugune ülesanne kohapeal lahendada siis seekord oli ülesanne palju umbmäärasem. Kahe kuu jooksul võis etteantud teemal aparaadi kodus valmis ehitada aga see tuli kohapeal ise kokku panna. Teemaks Piezo-Elektriline element. Juppide muretsemise kuludeks lubati $150 kinni maksta.

Selline formaat polnud ehk kõige objektiivsem ja ausam, sest kes teab palju mõned auahned vanemad või juhendajad aitavad. Samuti polnud tegelikult juppide peale kasutatav raha piiratud, lihtsalt kinni makstakse $150 aga kulutada võid palju süda kutsub, tekitades jällegi potensiaalselt ebavõrdse olukorra. Nõue oli, et idee oleks originaalne. Mina kuulsin sihukesest asjast esimest korda kui vanem laps jaanuari keskel küsis, kas viitsiksin neile juhendajaks hakata. Kuuldes, et minu osa on vaid ühel laupäeval kohale ilmuda ning lastel silm peal hoida, et nad endale viga ei teeks nõustusin pikalt puiklemata. Tasuta lõunasöök ja T-särk aitasid ka kaasa:)

Kui laps tahab miskit sellist teha, las teeb, on alati olnud mu arvamine. Ei tohi initsiatiivi summutada isegi kui see endale tüütuks võib osutuda nagu siis kui ta kolmeaastasena tuli mulle appi seina auke puurima ja kruvisid kruttima. Aega kulus muidugi kolm korda rohkem, aga laps oli õnnelik, et sai issi tööriistadega mängida.

Küsisin küll kergelt vihjates, et kas koolitöö kõrvalt võistluse jaoks piisavalt aega jääb üle. Laps oli nii õhinas, et taolise pisiasja pärast ei muretsenud. Nojah, muretsemiseks läks siis kui veidi üle nädala oli aega, selline käitumisviis tuli mulle enda kooliaega meenutades õige tuttav ette. Minu plika oli eestvedajaks ja meeskonna kokkupanejaks, mistõttu tunnetas teatavat vastutust. Teised olid niisama kaasa räägitud ja nende kokkukogumine, et asja arutada, osutus õige keeruliseks. Lõpuks ei jäänudki muud üle kui laps istus ise arvuti taga ja tegi endale selgeks, mis asi see piezo-elektriline element üldse on. Meeldetuletuseks, et tegu kristalliga, mis pinge/surve muutumise mõjul annab elektri impulsi, või siis vastupidi, elektrivooluga saab teda panna kuju muutma.

Aga kuidas seda originaalselt kasutada. Igapäevaselt kasutatakse ülitäpse sageduse generaatoritena (kvarts), sädemega süüte elemendina, tindi printerites piisa genereerimisel, lihtsates valjuhääldajates, ... jne ... Mõistes kui vähe aega jäänud soovitasin lapsel mingi võimalikult lihtne seade millegi igapäevast kasutamist leidva aparaadi juurde ehitada. Kui tüdruk mulle kala näoga otsa vaatas prahvatasin pikemalt mõtlemata välja, näiteks jalgratas. Plika läkski neti peale surfama ja tuli varsti välja ideega, et äkki saaks kasutada piezoketast rattatule jaoks. Kuna kooliajast mäletan seda teemat väga üldiselt soovitasin põhjalikult uurida, kas ja kuidas tuli ja piezo kokku sobivad, ilmselt on vaja miskit elektriskeemi vahele pinge reguleerimiseks.

Selgus, et piezo annab küll päris korralikku pinget kuid minimaalset voolu. Kokkuvõttes tähendas, et saab kasutada vaid andurina või äärmiselt väikest võimsust vajava seadme tööle rakendamiseks. Esialgu tundus, et   teoreetiliselt isegi LED dioodi ei jaksa põlema panna, kuid laps leidis netist pildi, kus see siiski toimis - tähendab võimalik. Järgmiseks oli vaja välja mõelda, kus kohast ratta peal seda energiat saada. Võimalusi oli mitmeid: vibratsioon, sadulavedru, raami paindumine sõidul, ... Netis surfates selgus, et vibratsiooni on juba mingi ülikooli uurimisrühm kasutanud, jääb ära. Majanduslikel kaalutlustel tuli kasutada odavaid piezokettaid ja lõpuks käis plika välja omapärase idee. Kinnitab piezo raami külge ja kodarad plõksutavad neid genereerides elektri impulsse. Olin veidi skeptiline, kas piezo kannatab seda välja aga no eks proovige, idee igatahes originaalne.

Viimase nädala jooksul askeldas laps meie elutoas ja keldris. Minu osaks jäi temaga poodi juppe ostma sõita ja aeg-ajalt nõu anda. Nende grupi tööjaotus kujunes lõpuks selliseks, et üks plika tegi Powerpointi esituse, minu tüdruk ehitas seadme valmis ja kaks olid niisama kaasas lobisemas, et meeskonna nõutavad 4 liiget täis saaks. Praktiline ehitamine oligi see kõige raskem osa, sest nagu teada ei tööta kunagi miski praktikas täpselt nii nagu teoreetiliselt projekteeritud. Igatahes reede õhtuks sai peale mitmeid katsetusi seade kokku pandud ja töötamine praktikas kontrollitud. Valgus oli nõrk kuid pimedas päris hästi nähtav, ühesõnaga seade vähemalt töötas.

Laupäeva hommikul ajasin end lapse utsitamisel soojast voodist välja. Kohv rindu, ratas ja tööriista karp autosse, ning sõitsimegi kesklinnas asuvasse Ryersoni Ülikooli kus kogu ettevõtmine aset leidis. Kui ma juba enne olin veidi mures, et meie projekt liiga lihtne ja põlve otsas ehitatud, siis kohale jõudes tundus see kinnitust leidvat. Võistkondi oli kokku üheksa, enamus koolide inseneri või teadusklubide liikmetest kokku pandud, õpetajad juhendajateks.

Mitmed tarisid lausa kärudel kaasa hunniku keerulist elektroonilist aparatuuri alates digivoltmeetritest ja lõpetades ossilloskoopidega. Enamusel olid läpakad laudadel nina ees lahti. Lohutasin end, et ma vähemalt ei pea esinema ja saan tasuta lõuna. Meie oma ratta ja tööriistakarbiga tundusime nagu vaesed maalt tulnud sugulased.

Kohtunikud küsimusi esitamas
Uksel tervitas meid Ontario Professionaalsete Inseneride Ühingu juhataja, kes tundus kuidagi tuttav. Muidugi, selgus, et oli karates lastega koos käinud tüdruku isa. Sissejuhatavad kõned ja lubatigi võistkonnad töölaudade taha. Mina ei läinud oma nina juurde toppima, küll saavad ise hakkama. Viskasin pilku peale teiste meeskondade tööle, mitmed tundusid õige vinged ja keerulised projektid. Meie võistkonnal jäi lubatud kahest tunnist kõvasti aega üle, noh seade ju nii lihtne ka. Vahepeal jalutasid kohtunikud ringi, küsisid projektide kohta ja tegid märkmeid.

Järgnes lõunasöök, vestlus ja algasidki projektide esitlused. Annan järgnevalt kõigist lühikese ülevaate:

1. Auto aku laadimine kasutades kummile asetatud piezo elemente. Absurd, sest piezo võimsus mikroskoopiline. Lisaks liitsid võistlejad pinget suvaliselt üle aja leiutades uue ühiku 10000 Volti/aastas :) Totaalselt puudus arusaamine põhimõistetest. Ehitatud prototüüp ja esitlus naerukoht!

2. Asfalti alla paigutatud piezoelemendid kasutatakse tänavavalgustuseks. Jällegi, piezo energiast ei jaguks absoluutselt selleks, rääkimata probleemist, et liiklus väiksem öösel kui valgustust vaja ja kui kallis see oleks võrreldes praeguste lahendustega.

3. Energia salvestamine kasutades auto summutil olevaid piezo elemente. Jälle sama probleem, piezod ei anna piisavalt energiat, et seda oleks väärt salvestada. Lisaks astuti esitluse käigus sügavalt ämbrisse väites, et nende elemendid kannatavad välja summutil tekkivaid äärmuslikke temperatuure 15000 kraadi. Noh sellise väite kummalisust kajastab ehk kõige paremini fakt, et terase sulamistemperatuur on 1500 kraadi. Töötavat prototüüpi loomulikult polnud.

4. Hokikiiver, millel olevad piezo sensorid registreerivad löökide tugevuse ja saadavad info edasi treeneri moblale. Esimene teoreetiliselt mõeldav lahendus. Probleemiks ehk asjaolu, et sensoreid kiivril ainult 3 mistõttu löögi asukohast ja nurgast sõltuvalt pole signaalid korrelatsioonis löögi tugevusega. Prototüüp töötas osaliselt, kiivri küljest tulev juhe viis signaali moblani, mille ekraanil näidati signaali tugevust.

5. Ratta tagatule vilkur, äärmiselt lihtne ja odav disain. Koosnes kolmest metallijupist, viiest kruvist mutrist, piezo kettast, LED dioodist ja ühendustraatidest. Puuduseks LED lambi vähene valgustugevus ja fakt, et ta töötab vaid ratta liikumisel. Prototüüp töötas nagu ette nähtud. Presentatsioon oli kahjuks nõrk, läbi harjutamata, vaikne ja mitte kõige paremini loogilises järjekorras.

6. Vee puhastaja (bakteritest) mis pidi töötama ultrahelilainete abil tekitatava kavitatsiooni (cavitation) põhimõttel. Presentatsioon oli igati vägev aga kui lõpuks jõuti prototüübini, siis anti teada, et seoses tänapäeva tehnoloogia ebatäiuslikkusega polnud seda võimalik ehitada. Aga meil on skeem kuidas ta võiks välja näha:) Iseenesest huvitav idee aga ebaselge, kas muud lahendused pole palju lihtsamad ja odavamad.

7. Piezo elementidel põhinev ultraheli radar jalgrattal ohtlike objektide kauguse mõõtmiseks. Ilmselgelt ülikeeruline, sest arvuti peaks suutma tagasipõrkavate helilainete põhjal otsustada, millise objektiga tegu. Loomulikult puudus töötav prototüüp.

8. Pall, mis mõõdaks vabalangemise läbi kukkumise kaugust. Mõõteriistaks oleks mobla, mis registreerib palli möödumise magnetomeetriga ja maapinnaga põrkumisel LED dioodist tuleva valgussähvaku. Teoreetiliselt peaks töötama aga esiteks polnud neil ette näidata töötavat mudelit ja teiseks on hulk palju lihtsamaid ja odavamaid vahendeid kauguse mõõtmiseks.

9. Piezo Hiir, nupuvajutamine ja rulliku kerimine aktiveeriks piezoelemendi ja saadaks signaali, vahepeal oleks energia säilitamiseks kasutusel patarei. Ilmselt pikendaks veidi hiire patarei eluiga aga arvestades piezoelementide ülimadalat võimsust oleks efekt kardetavalt suht väike. Teoreetiliselt töötav lahendus kuid jällegi polnud reaalselt funktsioneerivat mudelit ette näidata.

ECI võistkond oma presentatsioonil


Kokkuvõttes olin võistluse tasemes pettunud, vaid pooled lahendused olid teoreetiliselt töötavad ja ainult kolm neist mingil määral praktilised. Üldse olin parajas segaduses. Minu arusaamise järgi võistluse eeskirjadest oli töötava mudeli olemasolu möödapääsmatu, paraku oli ainult meie võistkonnal mudel mis funktsioneeris nii nagu ette nähtud. Ülejäänutel kõigil kas ainult teoreetiline joonis või osaliselt töötav prototüüp.

Peale järjekordset söögivaheaega teatati võitjad: Hiir sai kolmnda koha, pall teise koha ja hokikiiver esikoha. Tüdrukud olid veidi pettunud, kuid tuletasin neile meelde, et nende seade oli ainus mis töötas, teisi poleks pidanud isegi hindama hakkamagi, sest neid ju polnud tegelikult olemas. Proovi sa miskit müüa sellise jutuga, et jube hea asi aga veel täitsa ei funksi:)

Laps ehitab lühisemõõtjat
Minu arvamust kinnitas keegi daam, kes astus ligi ja soovis võistkonna juhiga rääkida. Minu laps vaatas ringi ja arvas, et noh tema vist tegeles sellega kõige rohkem. Proua oleks huvitatud meie seadme tootmise planeerimise, marketingu ja finantseerimise juures abiks olema, siin on minu businesscard. Selle peale jäime mõlemad üllatusest tummaks. Daam muigas ja lisas lahkudes, mõelge järgi, teie idee on ju ainus mida saaks tegelikult rakendada.

Olime vaevalt üllatusest toibumas kui astus ligi keegi härrasmees ja tutvustas end kohaliku professionaalsete inseneride organisatsiooni esimehena. Ta soovis meie võistkonna kontaktandmeid, et kutsuda ühel laupäeval hotelli lõunasöögile. Lisas, et sinna tulevad mitmed inseneride liidu liikmed, üliõpilased ja ärimaailma esindajad. Teil on kindlasti huvitav nendega kohtuda, kontakte luua ja vestelda. Kui astute ülikooli inseneri erialale võite ka meie liikmeks astumise programmiga ühineda.

Ja siis oli meil lühike vestlus ühe labori juhatajaga, kes asjast huvitatutel lasi omal käel judinaid kokku tinutada. Too mainis, et kahjuks pole paljud isegi alg põhimõtetest aru saanud, aga mis seal imestada kui CBC programmis tõsise näoga räägiti leiutisest, kus läpaka klaviatuuri nuppude all olevate piezo elementidega saaks selle akut laadida.

Engineering Idol 2013 osavõtjad. Üks noormees hoiab kätt mu lapse õlal:(
Ei tea kas aja märk, et rohkem kui pooled osavõtjad on tüdrukud.
Nii, et kui zhürii välja arvata, siis nii mõnelegi jättis meie võistkonna talupojalikult lihtne projekt mulje.

No comments:

Post a Comment