روبات آفتاب گردان - جلسه اول

اهداف: آشنایی با پروژه و اهداف و کاربردهای آن

در این جلسه سعی خواهد شد با طرح سوالاتی ذهن شما به سمت موضوع پروژه سوق داده شود.

آیا تاكنون برای شما پیش آمده است كه برای مدتی به چیزی خیره شده باشید و جز به چیزی كه به آن نگاه می كنید، به چیز دیگری توجه نداشته باشید؟ شاید تا به حال شكار بچه گنجشک ها را دیده باشید! گربه برای چند دقیقه فقط به گنجشک نگاه می كند تا فرصتی مناسب برای شكار آن پیدا كند. سایر حیوانات وحشی هم برای شكار تقریباً چنین رفتاری دارند.

در تمام این موارد یک شیئ وجود دارد كه برای یک جسم یا موجود دیگر اهمیت دارد. شما چه مثال‌های دیگری در خصوص این موضوع به ذهنتان می رسد؟

به عنوان نمونه به گیاهان فکر کنید. آفتابگردان می تواند یک مثال بسیار خوب برای این كار باشد. یک گل آفتابگردان سالم و شاداب از طلوع تا غروب خورشید آن را دنبال می‌كند. در این جا هم نور خورشید یک عامل محرک برای آفتابگردان به شمار می‌رود. چرا كه با توجه به طبیعت گیاه آفتابگردان، رشد بهتر آن در گرو تابش بیشتر نور خورشید به گلبرگ‌های آن می‌باشد.

تا اینجا ی كار سه جزء اصلی در این فرآیندها قابل شناسایی هستند:

1- وجود یک عامل متغیر 2- وجود حساسیت در یک موجود یا جسم دیگر به عامل متغیر 3- عكس العمل موجود حساس نسبت به حركت عامل متغیر؛ به علت و معلول ‌های این فرآیند فكر كنید. تا به حال چند مثال از طبیعت مطرح گردید. اكنون بیایید چند مثال از سیستم ‌های ساخته شده دست بشر بگوییم. امروزه در بسیاری از كشورهای مناطق گرمسیر بخصوص مناطق وسیعی از كشورهای اروپایی و آمریكا از تابش خورشید برای تولید انرژی استفاده می شود. یک انرژی مجانی و پاک! آیا می دانید این كار چگونه انجام می شود؟ چه وسیله ای نور خورشید را به انرژی الكتریكی و در نتیجه انرژی های دیگر تبدیل می كند؟

شاید پیدا كردن سلول خورشیدی به عنوان جواب سۆال بالا چندان مشكل و وقت‌گیر نباشد. سعی کنید مكان هایی كه در آن ها استفاده از انرژی خورشیدی را دیده‌اید یا فكر می‌كنید در آنجا كاربرد دارد نام ببرید.

سلول خورشیدی

 در حال حاضر چراغ های برخی پارک ها و مناطق تفریحی در تهران و یا سایر شهرها با این روش كار می كنند، به طوری كه انرژی خورشیدی در طول روز پس از تبدیل به انرژی الكتریكی در یک باطری ذخیره شده و در هنگام شب یک لامپ یا چراغ را روشن می كند.

در برخی از جاده‌های بین شهری به خصوص در مناطق كویری و یا مناطقی كه جاده از خطوط انتقال برق فاصله زیادی دارد، از سلول های خورشیدی برای تبدیل انرژی خورشید به انرژی الكتریكی و روشنایی جاده در شب استفاده می شود.

آیا تا كنون چراغ های چشمک زن كه کف خیابان‌های شهر نصب شده اند و در هنگام شب چشمک می زنند را دیده‌اید؟ این چراغ ها هم دقیقاً با استفاده از سلول خورشیدی كار می كنند. به نظر شما معایب و مزایای استفاده از چنین روشنایی هایی چیست؟ از مزایای این روش می توان به:

1- صرفه جویی در مصرف انرژی برق 2- استفاده از انرژی پاک و كم هزینه 3- قابلیت روشنایی حتی در مواقعی كه برق مناطق قطع شده باشد 4- عدم نیاز یه سیم كشی و صرفه جویی در هزینه های آن برای رساندن برق به محل لامپ ها و...  اشاره نمود.

اما این روش ها چه معایبی می توانند داشته باشند؟

شاید بدیهی ترین پاسخ این باشد كه در روزهای غیر آفتابی استفاده از این روش تقریباً غیر ممكن است، اما اگر دقیق تر به موضوع نگاه كرده باشید، معایب دیگری نیز در آن خواهید دید. به عنوان مثال اگر چه روشنایی لامپ های پارک هایی كه از این روش استفاده می‌كنند در ساعات اولیه شب در حد مطلوب است، اما پس از گذشت چند ساعت روشنایی آن ها بسیار ناچیز خواهد بود. یک نمونه خوب برای این ادعا سیستم روشنایی پارک پردیسان در تهران است كه تقریباً تمام كسانی كه به این پارک مراجعه می كنند، از این موضوع شكایت دارند.

یک نمونه دیگر، استفاده یک در میان از این لامپ ها و لامپ های معمولی در جاده ها است ، چرا كه استفاده از این لامپ ها به طور كامل پاسخگوی روشنایی جاده نیست. به نظر شما دلیل این امر چیست؟ در كنار دلایلی كه ممكن است به شدت نور خورشید، نوع باطری استفاده شده برای ذخیره انرژی الكتریكی،و... مرتبط باشد، این موضوع یک دلیل اساسی و ریشه‌ای دارد. آیا می دانید این دلیل اساسی چیست؟

به نظر شما چگونه می توان این مشکل را حل نمود؟

به نظر می رسد كه راه حل مناسب آن است كه با استفاده از یک مكانیزم، همواره كاری كنیم كه نور خورشید به صورت عمود بر صفحه سلول خورشیدی بتابد، این كار می تواند به كمک موتورهای الكتریكی كه نیروی خود را از انرژی الكتریكی كه همان سلول می گیرند، انجام شود. بدیهی است كه این موتورها بخش بسیار ناچیزی از انرژی الكتریكی تولید شده را مصرف می كنند اما در عوض باعث می شوند كه سلول های خورشیدی همواره با بازده نزدیک به حداكثر كار كنند.

حال بیایید به چیزی غیر از نور خورشید، آفتابگردان و ... فكر كنیم. حالتی را فرض كنید كه شما نسبت به تغییرات یک جسم خاص حساس هستید، مثلاً یک دوربین حفاظتی كه شب در یک موزه مشغول به كار است. به كمک سیگنال های تصویر دریافتی و پردازش این سیگنال‌ها لنز دوربین همواره می‌تواند حركت این جسم قیمتی را دنبال كند.

 تعریف پروژه: با توجه به مطالب مطرح شده، می خواهیم یک ماشین یا روبات به شكل آفتابگردان بسازیم كه نسبت به تغییرات مكانی یک منبع نور حساس باشد و همواره به سمت آن حركت نماید. منظور از حركت در این سازه، مانند حركتی است كه گل آفتابگردان برای دنبال كردن خورشید انجام می دهد. در جلسات بعدی در مورد روش ساخت این ماشین و جزئیات آن بیشتر صحبت خواهیم نمود.

تکلیف: به عنوان تکلیف یک نمونه کاربرد دیگر این مکانیزم آفتابگردانی را پیدا کنید.

محل بازدید/ اردو/ خرید: به عنوان بازدید می توانید در شب به پارک پردیسان در تهران مراجعه نموده و تغییرات میزان روشنایی پارک را با زمان بررسی نمایید.

مطالب مرتبط:

روبات آفتابگردان - جلسه دوم

روبات آفتابگردان - جلسه سوم

روبات آفتابگردان - جلسه چهارم

روبات آفتابگردان - جلسه پنجم

روبات آفتابگردان - جلسه ششم

روبات آفتابگردان - جلسه هفتم

روبات آفتابگردان - جلسه هشتم

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان - تنظیم: فاطمه گودرزی