Custom Printed Submarine w skrócie CPS

W Polsce jest wiele inicjatyw i wielu ludzi, którzy na co dzień działają na rzecz wykorzystania nowych technologii w edukacji. W ramach drugiej edycji Fajnych Grantów chcieliśmy ich wesprzeć i dać im sprzęt, który pozwoliby zrealizować projekt z zakresu edukacyjnego wykorzystania projektowania i druku 3D. Poniższe projekty powstały w ramach programu grantowe Fajne Granty T-Mobile 2018. To szósty artykuł z cyklu prezentującego laureatów konkursu.

Spis treści:

 

 

Custom Printed Submarine

 

 

Poznajcie trzech młodych konstruktorów z Gliwic. Ich podwodny dron to zdaniem komisji grantowej najlepiej zrealizowany projekt w Fajnych Grantach T-Mobile 2018.

Filip Buława, Piotr Domanowski, Marcin Hnat to uczniowie I Liceum Dwujęzycznego im. Edwarda Dembowskiego w Gliwicach. Podczas realizacji projektu byli dopiero w pierwszej klasie, a na swoim koncie już mają liczne projekty o charakterze kreatywnym, często ocierające się o temat projektowania i druku 3D.

Do naszego programu grantowego zgłosili z się z pomysłem podwodnego drona – Custom Printed Submarine (w skrócie CPS). Koncepcja urządzenia przewidywała zdolność do szybkiego i zwinnego poruszania się pod powierzchnią wody, umożliwiając użytkownikowi eksplorację podwodnego świata w czasie rzeczywistym. Sterowanie odbywa się bezprzewodowo. W jaki sposób? Zobaczcie i przeczytajcie!

Opublikowany przez CPS – Custom Printed Submarine Niedziela, 16 czerwca 2019

 

 

Pomysł na projekt i warsztaty Design Thinking

 

 

Cały proces projektowy był tak dojrzały, że konstruktorzy śmiało swoich szans na dalszy rozwój projektu mogliby szukać na portalach typu kickstarter. My niezwykle się cieszymy, że mogliśmy umożliwić realizację projektu zapewniając kluczowy komponent do tworzenia prototypów – drukarkę 3D. Dodatkowo, komisja grantowa wyróżniła projekt warsztatami Design Thinking przeprowadzonymi przez specjalistę z hub:raum (inkubator Deutsche Telekom, który wspiera startupy w rozwoju biznesu).

Podczas warsztatów konstruktorzy drona, ich koledzy wspólnie myśleli nad dalszym rozwojem projektu m.in. szukaliśmy odpowiedzi na pytanie: kto może być odbiorcą podwodnego drona? To podczas warsztatów dowiedzieliśmy się jak powstał pomysł na projekt. Okazało się, że dużą rolę w tym odegrał ramen! Młodzi konstruktorzy przez kilka dni burzliwie dyskutowali, jaki projekt mogą zgłosić w ramach programu grantowego, ale rozwiązanie znalazło się dopiero, kiedy na chwilę odpuścili i poszli zjeść ramen.

 

 

Przyznanie grantu

 

 

Pomysł podwodnego drona zdecydowanie zaintrygował naszych specjalistów z komisji grantowej. Stąd pierwsza kluczowa decyzja o przyznaniu grantu w postaci drukarki 3D marki Skriware.

Kolejne kroki w konstrukcji drona zależały już tylko od nich. Co ciekawe, nie zamierzali poprzestać na samym prototypowaniu. Swoją wiedzą i doświadczeniem postanowili dzielić od początku ze swoim rówieśnikami. Jeszcze zanim zaczęli pracować nad własnym projektem, wyjaśnili możliwości druku 3D koleżankom i kolegom ze szkoły. Wykorzystali do tego godziny wychowawcze każdej klasy w swoim liceum!

W międzyczasie zdobywali nową wiedzę, która była kluczowa do projektu CPS. Musieli poszerzyć swoje umiejętności w obszarze projektowania elektroniki potrzebnej do sterowania dronem. Po zakupie pierwszej elektroniki i silników spędzili naprawdę wiele czasu na znalezienie potrzebnych informacji jak to wszystko połączyć w działającą całość. Potem przyszedł czas na testowanie prototypów.
 

 

Testowanie prototypów

 

 

Pierwszy prototyp CPSa przetestował kluczowe aspekty projektu, takie jak: prędkość drona przy odpowiednim obciążeniu, szczelność kadłuba, działanie elektroniki. Na tym etapie konstruktorzy zastosowali dwa silniki napędowe. Ich zadaniem było sprawić, że dron będzie poruszać się do przodu oraz regulować swoją głębokość.

Testy pokazały, że wykorzystane silniki dysponują zbyt małym momentem obrotowym, żeby skutecznie funkcjonowały pod wodą. Nie były w stanie wytworzyć jakiegokolwiek ciągu pod wodą. Prototyp pokazał, że należy:

  • planować przestrzeń wewnętrzną w dronie przed wydrukowaniem go,
  • przewidzieć masę drona i adekwatnie zaplanować balast,
  • dobierać silniki o parametrach dostosowanych do potrzeb (w tym przypadku o większym momencie obrotowym, lecz mniejszej maksymalnej prędkości obrotu),
  • otwory służące do przeprowadzenia kabli silnikowych odpowiednio uszczelnić.

Chłopakom tak bardzo spodobały się lekcje pokazowe, że postanowili zacząć organizować warsztaty projektowe, na których omawiali poszczególne prototypy CPSa, a także dzieli się wiedzą z zakresu programowania, modelowania oraz projektowania z innymi uczniami.

Tematy poszczególnych warsztatów były następujące:

  • Wprowadzenie – przybliżenie uczestnikom czym jest projekt CPS i na czym będą polegać warsztaty. Pokazanie procesu realizacji projektu.
  • Modelowanie – omówienie programu Fusion 360, użytego do projektowania CPSa. Stworzenie prostego modelu krok po kroku z uczestnikami.
  • Modelowanie część dalsza + wprowadzenie do elektroniki (programowania) – uczestnicy mieli za zadanie zaprojektować “kij” od wiatraka, który będzie trzymał silnik i umożliwiał obrót. Zaznajomili się również z podstawową elektroniką używaną w CPSie, taką jak silniki bezszczotkowe, sterowniki ESC, serwa i Arduino.
  • Programowanie – gdzie uczestnicy nauczyli się, jak zaprogramować wiatrak, tak aby dmuchał i zmieniał kierunek.
  • Omówienie finalnego prototypu CPSa – oprócz czasu na dokończenie projektów uczestników, konstruktorzy CPSa omówili prototyp wersji finalnej.

CPS micro (drugi prototyp) miał za zadanie przetestować nowo zakupione silniki i dopasowane do nich śruby. Podobnie jak w pierwszym prototypie testowana była prędkość drona przy odpowiednim obciążeniu, szczelność kadłuba i działanie elektroniki.

Prototyp 3 sprawdził możliwości manewrowości przy dwóch silnikach, który zapewniały stabilność. Dodatkowo konstrukcja wyposażona została w komorę na balast z piasku. Tak zaprojektowaną, by nie zasypać komponentów elektronicznych w głównej komorze.

Wnioski po testach trzeciego prototypu były różne np. dron nie zanurzał się samoczynnie pod wodę, nawet z wykorzystaniem przedniego silnika. Problemem była zbyt mała masa piaskowego balastu. Jednostka w stanie spoczynku była przechylona w prawą stronę. To z kolei oznaczało złe rozmieszczenie komponentów i balastu, których środek masy nie znajdował się w osi CPSa.

Prace nad prototypem półfinalnym rozpoczęły się w lutym 2019 r. Na tym etapie wykorzystany został nowy program, który pomógł zobaczyć hydrodynamiczność zaprojektowanych modeli i koncepcji rozmieszczenia komponentów. Prototyp niestety po wydruku nie spełnił swojej roli. Włożenie całej elektroniki do środka było fizycznie niemożliwe.

Kolejny prototyp uproszczonej wersji finalnej swoje testy odbył już bezpośrednio na jeziorze Pławniowice. Tam młodzi konstruktorzy mieli możliwość w pełni przetestować podwodnego drona. Testy zakończyły się sukcesem, a wszystkie większe usterki zostały zniwelowane.

W przyszłości, gdy projekt zostanie dopracowany na 100%, będziemy mogli go znaleźć na https://www.thingiverse.com/.

 

My wciąż pozostajemy pod wielkim wrażeniem jak bardzo profesjonalnie młodzi ludzie podeszli do projektu. Ich raporty z kolejnych etapów prac czytaliśmy z ogromną ciekawością. To między innymi dla takich pasjonatów realizujemy program grantowy. Wierzymy, że edukacja jest ważna, ale najbardziej zależy nam na stworzeniu możliwości, by tę wiedzę zdobyć poprzez działanie. Tego typu projekty dokładnie wpisują w ideę “Learning By Doing”.

Jeszcze raz wielkie gratulacje dla konstruktorów. Dalszy rozwój projektu można obserwować na fanpage’u projektu.

Pełna wideoprezentacja projektu (40 minut). Jeśli macie chwilkę: obejrzyjcie! A jeśli szukacie inspiracji do ciekawego projektu z drukiem 3D, to obejrzyjcie koniecznie!