Творческий проект модель робота «Бони» (робот для посадки деревьев)

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования

«Образовательный технический центр»

Городская детская научно-практическая конференция «СПУТНИК -2022»

Секция

«Робототехника»

Творческий проект

модель робота «Бони»

Автор:

Шарлай Роман Павлович, 9 лет,

творческое объединение «Мир роботов»

Руководитель:

Ланге Мария Оттовна,

педагог дополнительного образования

п. Тарасовский 2022 г.

Оглавление

	Аннотация к проекту робот «Бони».	3
I.	Введение	4
II.	Теоретическая часть	6
2.1	Экологические проблемы, связанные с уничтожением лесов	6
2.2.	Способы борьбы с проблемой исчезновения лесов	7
2.3	Определение требований к роботу – озеленителю	11
III.	Практическая часть	12
3.1.	Конструирование модели робот «Бони»	12
3.2	Программирование модели робот «Бони»	13
IV.	Заключение	14
V.	Список литературы, интернет источники.	15

Аннотация к проекту робот «Бони»

Секция «Робототехника».

Автор: Шарлай Роман Павлович, 9 лет.

Руководитель: Ланге Мария Оттовна, педагог дополнительного образования МБОУДО «ОТЦ».

Моя творческая работа – это самостоятельно спроектированная и сконструированная модель робота – озеленителя.

Цель проекта: создать модель робота «Бони», способного самостоятельно сажать саженцы деревьев.

Для достижения цели я поставил перед собой следующие задачи:

1. Изучить экологические проблемы, связанные с уничтожением лесов.

2. Проанализировать существующие варианты посадки деревьев.

3. Сконструировать модель робота - озеленителя.

4. Разработать программное обеспечение в соответствии с техническими возможностями робота.

Своего робота я назвал «Бони», я его создал по типу робота «Валли».

1. Введение.

Я обучаюсь в Образовательном техническом центре в объединении «Мир роботов», сейчас мы изучаем роботов в сфере экологии.

Леса являются важнейшими экосистемами нашей планеты, которые оказывают существенное влияние на климатические процессы и биологические процессы. Также лес играет большую роль и в хозяйственной деятельности человека. В последнее время всё чаще можно услышать опасения экологов относительно будущего лесных массивов.

Древесина сегодня, как и многие тысячи лет назад, остается важным строительным материалом. Более того, она является незаменимым природным ресурсом в целлюлозно-бумажной промышленности. Наконец, даже в развитых странах многие дома отапливаются не газом или с помощью электричества, а за счет сжигания дров. В результате человечество интенсивно вырубает леса, чем наносит им колоссальный ущерб.

Важно помнить, что лес является огромным природным резервуаром, в котором хранится углерод. Если сегодня в атмосфере содержится 800 гигатонн углерода, то деревья, поглощающие углекислый газ в ходе фотосинтеза, удерживают в себе ещё 550 гигатонн углерода. Соответственно, сокращение площади лесных массивов приводит к росту концентрации углекислого газа в атмосфере, и, следовательно, к усилению эффекта глобального потепления.

Леса играют важную роль в защите территорий от их заболачивания. Они буквально высасывают лишнюю влагу из почвы, предотвращая образование болот.

Поэтому, узнав больше о данных проблемах, я решил изготовить робота, который смог бы помочь с решением такой экологической проблемы как исчезновение лесов. Немного подумав, я определился с целью.

Цель моего проекта: создать модель робота - озеленителя «Бони», способного самостоятельно сажать саженцы деревьев.

Для достижения цели я поставил перед собой следующие задачи:

1. Изучить экологические проблемы, связанные с уничтожением лесов.

2. Проанализировать существующие варианты посадки деревьев.

3. Сконструировать модель робота - озеленителя.

4. Разработать программное обеспечение в соответствии с техническими возможностями робота.

Для изготовления робота «Бони» я использовал набор LEGO® Education WeDo 2.0, для разработки программного обеспечения мне потребовался ноутбук, специальная программа.

1. Теоретическая часть

2.1 Экологические проблемы, связанные с уничтожением лесов.

П роблема вырубки лесов является одной из самых острых экологических проблем на планете. Ее влияние на экологию трудно переоценить. Не зря ведь деревья называют легкими Земли. Они в целом составляют единую экосистему, которая влияет на жизнь различных видов флоры, фауны, на почву, атмосферу, водный режим. Многие люди даже и не догадываются, к какой катастрофе приведет вырубка лесов, если не прекратить ее.

В данный момент проблема вырубки деревьев актуальна для всех континентов земли, однако наиболее остро эта проблема стоит в странах Западной Европы, Южной Америки, Азии. Интенсивное уничтожение лесов приводит к проблеме обезлесивания. Территория, освобожденная от деревьев, превращается в бедный ландшафт, становится непригодной для жизни.

Среди распространенных причин вырубки деревьев стоит назвать такие:

• древесина имеет высокую ценность как строительный материал и сырье для бумаги, картона, изготовления бытовых предметов;

• нередко уничтожают леса ради расширения новых сельскохозяйственных угодий;

• для прокладки путей сообщения и дорог.

Кроме этого, большое количество деревьев страдает в результате лесных пожаров, которые постоянно происходят из-за неправильного обращения с огнем. Также они случаются в сезон засухи.

Основной результат вырубки деревьев – это обезлесивание, который имеет массу последствий:

• климатические изменения;

• загрязнение окружающей среды;

• изменение экосистемы;

• уничтожение большого количества растений;

• животные вынуждены покидать привычные места обитания;

• ухудшение состояния атмосферы;

• ухудшение круговорота воды в природе;

• разрушение почвы, что приведет к эрозии грунта;

• появление экологических беженцев.

2.2 Способы борьбы с проблемой исчезновения лесов.

Противоположностью обезлесения является понятие лесовосстановление. Лесовосстановление замедляет климатические изменения на нашей планете, поскольку деревья поглощают углекислый газ и вырабатывают кислород. Восстановление леса способствует улучшению здоровья населения Земли и окружающей среды в целом.

Методы лесовосстановления. Насаждение лесов происходит либо естественным путем, либо искусственно. При естественном лесовосстановлении, новые деревья развиваются из семян или близлежащих побегов – без антропогенного вмешательства. Объемы естественного восстановления лесов недостаточны, поэтому для поддержания оптимального баланса природе все же требуется помощь человека.

Лесовосстановление – это повседневная работа специализированных лесных хозяйств. Оптимальный подход в их деятельности – сочетание заготовительных операций с искусственным лесовосстановлением и лесоразведением, когда за вырубкой следует насаждение новых деревьев. Идея заключается в организации процесса таким образом, чтобы гибель лесов по возможности положила начало их возрождению.

Изучив различную информацию про оборудование, которое применяется для лесовосстановления в сети интернет, я выяснил, что в основном восстановление ведется вручную. Конечно, я нашел одну шведскую компанию Bracke Forest и два вида роботов (они только в проекте), но это очень мало, а значит данная тема очень актуальна.

Двухрядный культиватор Bracke Forest (дисковый рыхлитель)

Посадочный агрегат для саженцев с ЗКС Bracke P11.a

Шведская компания Bracke Forest производит оборудование для всех видов лесовосстановительных работ: агрегаты для подготовки почвы, посадочные машины, посевные агрегаты и оборудование для прореживания лесов. Все лесовосстановительное оборудование устанавливается на лесозаготовительную технику (форвардеры, харвестеры, трелевочные тракторы) или сельскохозяйственные тракторы. Важный нюанс: оборудование Bracke Forest позволяет выполнить полный комплекс лесовосстановительных работ, от подготовки почвы до высаживания саженцев, силами одного оператора (одной машины).

Ученым Анной-Карин Бергквист (Anna-Karin Bergkvist) было разработан концепт робота. Этот робот будет сажать деревья, восстанавливая таким образом леса.

Робот будет иметь небольшие размеры, сможет аккуратно передвигаться, не причиняя вред лесной флоре. Сорняки аппарат будет уничтожать с помощью горячего пара. Эти сорняки и вьющиеся растения часто усложняют рост молодых деревьев. Горячий пар эффективно борется с сорняками, являясь абсолютно безопасным для других лесных обитателей.

Посадка семян происходит от саморазлагаемой капсулы, которая будет защищать семена до момента их прорастания. Таким же образом робот может высаживать рассаду. Что касается производительности, то за один раз устройство может посадить сразу около 320 саженцев.

Работает машина на основе парового двигателя, получая энергию от переработки лесных отходов в роде щепы. Транспортировка робота происходит в специальном трейлере, там же находятся запасы воды, рассада и топливо. Если у робота заканчиваются саженцы, он возвращается к трейлеру и продолжает свою работу уже с нового места. Но, к сожалению, пока это только концепт. Ждать реальное появление этого экологического робота-помощника стоит не раньше 2030 года.

Стартап из Торонто Flash Forest предлагает использовать дроны для посадки деревьев, этот способ в 100 раз быстрее, чем один рабочий сажает лопатой, с целью высадить 1 миллиард деревьев.

Компания модифицирует дроны для выстрела быстро прорастающих семян деревьев в почву, сочетая технологии, программное обеспечение и экологические науки, чтобы превзойти традиционные усилия при посадке деревьев. Более того, использование этой технологии на 80% дешевле, чем традиционные методы посадки деревьев.

Дроны оснащены пневматической системой выстреливания, которая позволяет размещать посадочный материал на оптимальной глубине в почве. Это позволяет дронам попадать в более сложные области, куда не смогут проникнуть люди. Каждый контейнер изготавливается вручную и содержит не менее трех проросших семян, микоризу, удобрения и другие ингредиенты.

После посадки команда отслеживает процесс и развертывает дрон для опрыскивания, чтобы дать саженцам питательные вещества, а другой дрон используется для наблюдения за процессом роста растений. Кроме того, семена проращивают перед посадкой, что приводит к более эффективному росту и укреплению корневой системы.

Стартап уже провел тестирование прототипов устройств и посадил деревья в Онтарио, Канада. Изобретатели стремятся усовершенствовать технологию чтобы сажать 100 000 деревьев ежедневно.

1. Определение требований к роботу посадки саженцев деревьев.

Изучив различные технические изобретения по лесовосстановлению, я определился, что робот должен быть:

• компактным;

• должен иметь устройства для посадки саженцев;

• должен быть не сложным в эксплуатации.

Дальше я приступил к созданию и программированию робота.

1. Практическая часть.

3.1 Конструирование модели робота «Бони»

Для выполнения проекта модели робота – озеленителя «Бони» понадобилось следующее оборудование:

• набор LEGO® Education WeDo 2.0;

• программное обеспечение LEGO® Education WeDo 2.0;

• ноутбук.

Для сборки конструкции были использованы следующие детали:

• балки разливной конфигурации;

• рамы;

• оси, втулки, соединительные штифты;

• колеса;

• смартхаб и мотор.

Конструкция модели выглядит как герой мультфильма «Валли», милый и дружелюбный робот. Робот имеет в своей конструкции туловище на двух колесах с ремённой передачей от мотора к колесам. А также к туловищу присоединён смартхаб. Глаза выступают из туловища на оси. А также у «Бони» имеются две клешни.

В передней части робота установлены два разрыхлителя почвы и платформа где расположены саженцы деревьев, которые необходимо посадить. В задней части робота установлены два закапывателя. А также на борту робота имеются два поливочных устройства.

3.2 Программирование модели робот «Бони»

Для написания программы использовалось программное обеспечение LEGO® Education WeDo 2.0. С помощью специальных блоков написана программа для модели. В своей программе я использовал блоки мотора и блоки звука.

Таким образом, используя конструктор LEGO® Education WeDo 2.0, я смог создать уникального робота «Бони».

Мой робот «Бони» - это милый робот, которая способен самостоятельно сажать саженцы деревьев. Мой робот одновременно сажает сразу два дерева. В начале роботу на платформу устанавливают саженцы, которые постепенно двигаются для удобства их посадки. И робот приступает к посадке, для этого он разрыхляет почву, образуя углубление, достаточное для корня саженца. С помощью клешней берет саженцы с платформы и производит посадку с боку от себя. Сразу движется устройство для закапывания саженцев. После этого происходит полив посаженых деревьев. Далее «Бони» приступает к посадке следующей пары деревьев.

1. Заключение.

Закончив работу по данному проекту, могу с уверенностью сказать, что мне удалось достичь своей цели. Моя модель робота «Бони» соответствует всем требованиям, которые были определены перед началом работы.

Этим проектом я хотел показать, что человек может изобрести устройство, которое поможет озеленить нашу планету, а значит планета будет здоровой и чистой. Лично я для этого буду прикладывать все свои усилия.

1. Список литературы.

• Статья «10 глобальных экологических проблем, каждая из которых может уничтожить человечество» [Электронный ресурс]: - https://zen.yandex.ru/media/zaeco/10-globalnyh-ekologicheskih-problem-kajdaia-iz-kotoryh-mojet-unichtojit-chelovechestvo-5c49c09cfff27d00ae1a3edc

• Статья «Вырубка лесов» [Электронный ресурс]: - https://ecoportal.info/vyrubka-lesov/

• Статья «Обезлесение: определение, темпы, борьба и вред» [Электронный ресурс]: - https://geostart.ru/post/11283

• Статья «Лесовосстановление: Естественные И Искусственные Методы» [Электронный ресурс]: - https://eos.com/ru/blog/lesovosstanovlenie/

• Статья «Bracke Forest: лесовосстановление с эффективность до 100%» [Электронный ресурс]: - https://lpk-sibiri.ru/forest-management/forest-restoration/bracke-forest-lesovosstanovlenie-s-effektivnost-do-100/

• Статья «Техника для сохранения «зеленых легких» страны» [Электронный ресурс]: - https://lesprominform.ru/jarticles.html?id=211

• Статья «Робот-озеленитель от учёного Анны-Карин Бергквист (Anna-Karin Bergkvist).» [Электронный ресурс]: - http://www.robotmart.ru/news/detail/105

• Статья «Дроны способны высадить 1 миллиард деревьев за короткий срок» [Электронный ресурс]: - https://building-tech.org/Технологии/droni-sposobni-visadyt-1-myllyard-derevev-za-korotkyy-srok

• Видеоролик «ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОСТИ» [Электронный ресурс]: - https://youtu.be/ZjKz72A26UA?list=PL3Js242eZMKSbg0kJ9stF2Z9izliShG6t

• Видеоролик «Люди, которые СПАСАЮТ нашу планету» [Электронный ресурс]: - https://youtu.be/rmVdJNnZ86o?list=PL3Js242eZMKSbg0kJ9stF2Z9izliShG6t

• Видеоролик «Bracke T35.b 3-row Trencher» [Электронный ресурс]: - https://youtu.be/x8N_2wvdAdo

• Видеоролик «Bracke P11.a - Planter» [Электронный ресурс]: - https://youtu.be/bC8BAVWIies