Альтернативные источники энергии на примере робототехники

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ШКОЛА №1552»

ХХIV открытые научные чтения

Учебно-исследовательская работа

Тема: «Альтернативные источники энергии на примере робототехники»

Автор: Дятлов Егор Денисович, 10.12.2009 ученик 2 «Б» класса ГБОУ «Школа №1552»

Руководитель: Планкина Диана Юрьевна, учитель кафедры начальной школы ГБОУ «Школа №1552»

Контактная информация ОУ: 115580, Москва, ул. Мусы Джалиля, дом 25 E-mail: 1552@edu.mos.ru

Москва 2018



Содержание

Введение

1. Первые роботы

1.1 История создания первых роботов

1.2 Альтернативные источники энергии

2. Практическая часть

Заключение

Библиография

Приложения



Введение

С детства я очень люблю роботов. Это одна из самых моих любимых игрушек! У меня есть роботы LBX: Охотник, Икар Мощь, Деку, Пандора, Икар Зеро, Ахиллес D9, Элизион, Одиссей.(Прил.1 рис.1.1) Совсем недавно я начал задумываться как же они работают? Тогда я узнал, что существуют батарейки, которые питают робот энергией. Но почему они перестают работать? И в голову пришла идея - возможно ли создать такой аккумулятор, который работал бы постоянно и не требовал подзарядки, можно ли получать электроэнергию, используя обычные вещи, которыми мы пользуемся каждый день.

Актуальность исследования для меня в том, что мне очень нравятся роботы и хотелось бы узнать как они могут работать дольше не используя обычные батарейки.

Объект исследования: две модели, работающие от альтернативного источника энергии.

Предмет исследования: альтернативные источники энергии.

Гипотеза: можно ли использовать самые обычные предметы ежедневного обихода для получения электроэнергии.

Цель: собрать модели, способные работать от альтернативного источника энергии.

Задачи:

1. Изучить историю создания первых роботов.

2. Узнать какие существуют альтернативные источники энергии, их преимущества и недостатки.

3. Собрать две модели, которые будут работать с помощью разных альтернативных источников энергии.

4. Сравнить устройство и функциональность собранных моделей.

5. Выбрать самый экологически чистый способ получения энергии из изученных.

6. Подтвердить или опровергнуть гипотезу.

Методы исследования: изучение и сбор различной информации из книг, энциклопедий и сети Интернет; проведение эксперимента, наблюдение.



1. Первые роботы

1.1 История создания первых роботов

Люди всегда стремились улучшить свою жизнь и увеличить свои возможности. Поэтому люди мечтали изобрести различные инструменты, механизмы, машины с целью облегчения своего труда, повышения качества и производительности. Причем данные мечты появились задолго до того, как общество получило первые представления о точных науках. Однако с чего начинались робкие шаги истории робототехники?

Начало истории роботов берет начало в I-III веках. Первые статуи богов с движущимися конечностям и головой в Древнем Египте, Вавилоне, Китае. Автоматический шар, созданный Архимедом, с отражением небесных светил. Автоматические системы Герона Александрийского для продажи святой воды. (Прил.1 рис.1.2)

Наиболее популярными в средние века были автоматические часовые механизмы и человеческие фигуры, которые двигались. В 1495 году по проекту Леонардо да Винчи был сконструирован механический человек. (Прил.1 рис. 1.3) В середине 1700-го часовщики Пьер-Жаке Дро и его сын Анри-Луи Дро развивали автоматические системы. От имени последнего и произошло слово «андроид». (Прил. 1 рис. 1.4)

В начале XX века был изобретен «Мистер Телевокс» (автор - инженер Дж. Уэнсли, США) - робот-гуманоид, выполняющий движения по команде. Еще один робот - «Естествоиспытатель» (доктор Нисимура Макота) - андроид, положивший начало японской истории роботостроения. Умел двигать конечностями и головой (Прил.1 рис.1.5)

Двухтысячные годы ознаменовались выпуском андроидов и гуманоидов, например, iCub - этот робот-ребенок появился в 2004 году благодаря проекту RobotCub Consortium с целью проверки теории о когнитивном познании. iCub - один их самых совершенных гуманоидных роботов во всём мире с точки зрения когнитивных способностей, мехатроники и возможностей для исследований. Этот робот создан Итальянским Институтом Технологий (IIT) в рамкам программы по Когнитивным Системам и Робототехнике Европейской Комиссии, в которой принимают участие более двух десятков ведущих лабораторий. (Прил.1 рис.1.6)

Робототехника представляет собой естественное логическое продолжение техники как явления. Сейчас роботы постепенно вытесняют человека из многих сфер его деятельности, предоставляя взамен все новые возможности для приложения усилий: просмотр кинофильмов, подводные погружения, компьютерные игры и т.д.

Предметом робототехники является создание и применение роботов, других средств робототехники и основанных на них технических систем и комплексов различного назначения. (Прил. 1 рис.1.7-1.8)

1.2 Альтернативные источники энергии

Альтернативные источники энергии - это получение энергии не из ее традиционных источников (уголь, нефть, газ), а из возобновляемых источников, использующих энергию солнца, ветра, приливов и отливов.

Существуют 3 наиболее распространённых вида альтернативных источников энергии: солнечная энергия, ветряная энергия и водная энергия.

Солнечная энергия -- это энергия солнца.

Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Весь органический мир нашей планеты обязан Солнцу своим существованием. Солнце - это не только источник света и тепла, но и первоначальный источник многих других видов энергии.

Солнце обеспечивает нас в 10 000 раз большим количеством бесплатной энергии, чем фактически используется во всем мире. В наше время практически каждый может собрать и получить в свое распоряжение свой независимый источник электроэнергии на солнечных батареях. Солнечные батареи состоят из набора солнечных элементов, которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в электрическую. (Прил.1 рис. 1.9) робот энергия электростанция

Ветряная энергия - это энергия, получаемая из ветра. Для преобразования энергии ветра в электрическую энергию служат ветряные электростанции (мельницы, ветрогенераторы).

Принцип работы ветрогенератора элементарен. Сила ветра, используется для того, чтобы привести в движение ветряное колесо. Это вращение в свою очередь передаётся ротору электрического генератора. (Прил.1 рис.1.10)

Водная энергия - это энергия воды (отливы и приливы).

Вода - источник жизни на земле. Это одно из самых уникальных и удивительных явлений на нашей планете, обладающее множеством уникальных свойств, использование которых может быть очень выгодно и полезно для человека. Энергия воды, ровно как и энергия солнца или воздуха, является возобновляемым источником энергии.

Итак, энергия воды, пожалуй, одна из первых энергий, которую люди научились использовать в своих целях. Вспомнить хотя бы первые речные мельницы. Принцип их работы прост и в то же время гениален: движущийся поток воды вращает колесо, преобразуя кинетическую энергию воды в механическую работу колеса. По сути все современные гидроэлектростанции работают именно так же. С одним важным дополнением: далее механическая энергия преобразуется в электрическую. (Прил. 1 рис.1.11-1.12)

Альтернативные источники энергии обладают рядом преимуществ по сравнении с традиционными способами производства энергии:

экологичность Ї при использовании оборудования отсутствуют какие-либо выбросы вредных веществ, загрязняющих окружающую среду;

возможность установки в удалённых точках планеты, не оснащённых линиями электропередач;

бесплатная энергия.

Но существуют и недостатки нетрадиционной энергетики, использующей энергию природных явлений, является непостоянство этих природных явлений.

Непостоянность - ветер может в любой момент стихнуть, солнце закрыться тучами, высота приливов уменьшиться. Из-за этого возникает необходимость в избыточном накоплении энергии, чтобы была возможность эти «моменты простоя» преодолеть за счет запасов.

немалая стоимость - дорогостоящее оборудование.

опасность для живой природы - вертящиеся лопасти турбины представляют потенциальную опасность для неких видов живых организмов. По статистике, лопасти каждой установленной турбины являются предпосылкой погибели не менее 4 особей птиц в год.

шумовое загрязнение - шум, производимый "ветряками", может причинять беспокойство, как животным, так и людям, живущим вблизи.



2. Практическая часть

На примере двух собранных моделей я покажу наглядно работу альтернативных источников энергии:

1. Робот, работающий на солнечной батарее. (Прил. 2 рис. 2.1)

Для сборки робота мне потребовались: солнечная батарея, электродвигатель, пластмассовые детали конструктора.

2. Картофельные часы. (Прил.2 рис.2.2, рис.2.3, рис.2.4)

Для сборки часов мне потребовались: картофель (яблоки и лимоны), циферблат с проводами, соединительный провод, медные и цинковые палочки.

И так, я собрал две модели. Как же они работают?

В первом примере я изучал альтернативную энергию - энергию солнца. Как это работает? Робот-игрушка будет двигаться благодаря солнечной энергии. На солнечную батарею попадают солнечные лучи, образуется электроэнергия, приводящая в движение электродвигатель, который в свою очередь приводит в движение шестерёнки, а шестерёнки приводят в движение части робота. Во втором примере я использовал для получения энергии обычный картофель, яблоки и лимоны. Как это работает? Весь секрет и принцип работы картофельных часов заключается в том, что собственно в картофеле (а также в яблоках и лимонах) содержится много воды и электролитов. При подключении т.е. всовывание разнородных (цинковых и медных) электродов в мякоть овоща или фруктов, запускается цепочка окислительно-восстановительных реакций. Таким образом начинает протекать гальванический электрический ток низкого напряжения и часы начинают работать. Часы будут работать пока не сгниют овощи или фрукты.

Первая и вторая модель работают от альтернативных источников энергии, только в первом случае вырабатывается намного больше энергии за счет солнечных пластин и солнца, чем от энергии овощей и фруктов.



Заключение

В работе над проектом я познакомился с историей создания первых роботов и работой различных альтернативных источников энергии. После изучения различных источников информации, я собрал две модели, работающие от альтернативных источников энергии

На практике я рассмотрел два источника:

1. Солнечная энергия.

2. Энергия фруктов и овощей.

Однако, трудно сказать, какой из них более безопасный для природы, так как оба из них природные источники. Но сравнив их, я пришел с следующим выводам:

1. Первый источник энергии (солнечная энергия) вырабатывает намного больше энергии за счет солнечных пластин и солнца, чем второй источник энергии (овощи и фрукты).

2. На сборку первого источника энергии я потратил намного больше денежных средств и времени, чем на второй источник энергии.

3. Для первого источника энергии нужно покупать оборудование в специализированных магазинах (солнечные пластины), а второй источник энергии (овощи и фрукты) есть в каждом доме.

В начале исследования я предположил, что можно использовать самые обычные предметы обихода для получения энергии и, проведя эксперимент, таким источником оказались овощи и фрукты, которые можно встретить в любом доме, в любой семье. Моя гипотеза полностью подтвердилась.



Библиография

1. История роботов: от чертежа Да Винчи до Aiko Chihira Источник: https://robo-hunter.com/news/istoriya-robotov-ot-cherteja-da-vinchi-do-aiko-chihira © robo-hunter.com

2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ РОБОТОТЕХНИКИ Иван Деменков 10.07.2014 (статья) http://roboreview.ru/nauka-o-robotah/istoriya-razvitiya-robototehniki.html

3. Робототехника. История и перспективы. И.М. Макаров, Ю.И. Топчеев.

4. Галанин А.В. Энергетика древней Руси (статья).

5. 22 удивительных проекта альтернативной энергетики (статья) https://ru.insider.pro/technologies/2016-06-30/22-udivitelnykh-proekta-alternativnoi-energetiki/

6. Альтернативные источники энергии. Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин.

7. Альтернативные источники энергии. В.А. Куприянов.

8. Энергоресурсы - альтернативные источники и энергосберегающие технологии. Яна Киселева, Елена Рудская.



Приложения

Приложение 1

Рис.1.1 Коллекция роботов

Рис.1.2 Механическая кузница Герона Александрийского

Рис. 1.3 Проект Леонардо да Винчи - механический человек (1495 г.)

Рис. 1.4 В середине 1700-го часовщики Пьер-Жаке Дро и его сын Анри-Луи Дро развивали автоматические системы. От имени последнего и произошло слово «андроид».

Рис. 1.5 Робот - «Естествоиспытатель» - андроид, положивший начало японской истории роботостроения. Умел двигать конечностями и головой (начало XX века)

Рис.1.6 iCub - гуманоидный робот-ребенок

Рис. 1.7 Робот-упаковщик

Рис.1.8 Робот-упаковщик

Рис. 1.9 Солнечные панели 15-мегаватной электростанции.

Рис. 1.10 Наземные ветровые электростанции

Рис. 1.11 Устройство водяной мельницы

Рис. 1.12 Гидроэлектростанция



Приложение 2

Рис.2.1 Робот на солнечной батарее

Рис. 2.2 Картофельные часы

Рис. 2.3 Лимонные часы

Рис.2.4 Яблочные часы

Размещено на Allbest.ru

...