High-School-Schüler entwickelt Chemie-Erkennung Roboter

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

"Wow!" Sie vorgenommen, die mit Legos!, "rief die Kinder, die um mein Roboter am Publikumstag auf der Intel International Science and Engineering Fair Mai dieses Jahres überfüllt. Auf dem Display war meine mobile, autonome Roboter, der ein Zimmer sucht, wenn es über einem Chemieunfall bewegt, wird es erkennen und reagieren auf die Chemikalie.

Diese Technologie hat Anwendungen in Industrie, Sicherheit, Terrorismusbekämpfung, Umwelt spüren und vielleicht sogar Mars Exploration. Indem Sie Menschen aus die potentielle Gefahr suchen und Chemikalien in Gefahrensituationen zu erkennen, könnte eine Reihe von preiswerten Roboter helfen, Sicherheit zu bewahren und Leben zu retten.

Der Sensor habe ich entworfen verwendet relativ einfache elektrische Teile: eine LED, Photodiode, Op-Amp und Widerstände in Kombination mit einer porösen Silikon-chip, dass vorübergehend ändert sich die Farbe in der Gegenwart eine flüchtige organische Verbindung. Ein Ventilator saugt gesättigten Dampf in die Sensorkammer, hält der Chip und die LED springt leicht mit unterschiedlicher Intensität aus der Chip und die Fotodiode.

Die Spannung von der Photodiode ist dann verstärkt und an den Mikrocomputer des Roboters als das Sensorsignal. Nach dem Erstellen der Sensorschaltung und Hinzufügen des Lüfters, lief ich einige Tests durch, um festzustellen, ob die Signaländerung verursacht durch gezielte chemische groß genug, um leicht durch den Roboter zu sehen war. Die Änderung hat meine Erwartungen übertroffen und war eindeutig groß genug, um die chemischen, sogar in sehr kleinen Mengen und Konzentrationen zu erkennen.

Mein Mentor, Michael Sailor von UCSD entwickelte die Technologie, die meine Roboter-Sensor ermöglicht. Sein Labor, teilweise finanziert durch einen NSF Grant entwickelt poröse Silizium-Chips, die Farbe zu ändern, wenn Chemikalien in die Poren bekommen.

Seemanns viele Post-Docs, Diplom und Bachelor-Studenten erkunden Sie Anwendungen für diese Chips in Bereichen wie Medizin, Umwelt spüren und chemische Detektion. Als ich mit der Gruppe als Neuling in der High School im Frühjahr 2007 kennenlernte, war ich fasziniert von der Idee, seinen Chip auf einen Roboter.

Professor Seemann lud mich ein, in seinem Labor in diesem Sommer arbeiten und beschäftige ich mich auf mein Roboter es seitdem. Anne Ruminski, eine erweiterte Studentin in der Gruppe die poröse Silizium-Chips für mich geätzt und ermutigte mich in tausend verschiedene Arten. Sie und die anderen Studenten im Labor hat mich gelehrt, mit gutem Beispiel zu beharren, auch wenn es scheint, dass nichts jemals funktionieren wird, und ich ausreichend Gelegenheit hatte, diese Lektion zu bewerben!

Das Hauptproblem, dass, das ich konfrontiert, war, einen Sensor zu entwickeln, der gut genug sehen konnte, um die Farbe zu ändern auf dem Chip zu erkennen. Für ein Junior in der High School, die Schaltung nicht kannten, war es sehr viel eine Trial-and-Error-gefüllte Lernerfahrung!

Nach fast zweijähriger Arbeit bei der Entwicklung des Sensors war ich endlich in der Lage, es zu einem LEGO-Roboter Basis anzubringen, dass ich gebaut, und begann mit dem schreiben die Programme um es laufen. Ich hatte mir selbst beibringen, LabVIEW, aber wenn ich konnte mein Roboter in Gang gesetzt und es gut zu sehen, all die Mühe hat sich gelohnt!

Ich präsentierte mein Roboter in diesem Jahr an die größere San Diego Wissenschaft und Maschinenbaumesse, wo ich erste nahm in Maschinenbau und Elektrotechnik und Senior Lotteriepreis, eine Reise nach der Intel International Science and Engineering Fair gewonnen.

Mehrere Gesellschaften und Unternehmen, darunter der San Diego Space Society und der Society of Women Engineers, erkannte auch mein Projekt mit ersten Platz ausgezeichnet.

California State Science Fair in Los Angeles gewann mein Projekt ein erster Platz in der Elektronik und Elektromagnetismus und Patricia Beckman Project des Jahres ausgezeichnet, die Top fair Wissenschaftspreis in Kalifornien gegeben! Wie ich hörte meinen Namen angekündigt und ging auf die Bühne zu einen Scheck für 10.000 Dollar, erhalte ich dachte: "Wow!" Und ich habe das aus Legos!"

• Video - LEGO-Roboter-Boot-Wettbewerb
• Bildergalerie: Modernste Roboter

Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt durch die National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.

{{video = "LS_090702_Build_IT2" Title = "Video - LEGO Roboter Boot Wettbewerb" Caption = "Roboter entworfen, gebaut und betrieben von Middle School und High School Kursteilnehmer konkurrieren unter Wasser."_FITTED Veranstaltung am Stevens Institute of Technology, bekannt für seine Meerestechnik Programme.
Kredit: Dave Brody, Rob Goodier, Chris Rodriguez / IMAGINOVA "}}