Proteze bionice, dozator de medicamente și asistenți robotici premiați în concursul de imprimare 3D pentru liceeni Robo4Humanity21 min read

Ajunsă la a cincea ediție, campania 3DUTECH a premiat în 2023 modele de roboți printați 3D care pot fi folosiți în asistența persoanelor cu nevoi speciale, create de elevi de liceu.

Pe 25 mai, am avut onoarea de a fi invitat de către ECDL România ca membru al juriului finalei competiției „3D Printed Robo4Humanity”, un concurs de imprimare 3D pentru liceeni organizat de ECDL România în cadrul campaniei 3DUTECH. Campania își propune să promoveze imprimarea  3D în învățământul preuniversitar prin organizarea de competiții anuale pentru elevi sau profesori.

CITEȘTE ȘI:  Campania 3DUTECH modelează viitorul educației

Competiția de anul acesta a avut tema „Robot – asistent social”, iar participanții au fost puși să elaboreze modele de roboți, cel puțin parțial printabile 3D, care ar putea fi folosiți în îngrijirea persoanelor cu nevoi speciale  – de la persoane cu handicap la bătrâni care necesită asistență sau monitorizare adițională.

După o etapă de preselecție în care s-au înscris sute de elevi de liceu din toată țara, ECDL România a selectat 11 proiecte pentru finala concursului, dintre care șapte individuale și patru de echipă. Acestea au fost propuse de elevi de liceu din București, Cluj-Napoca, Turda, Pitești, Târgu-Jiu, Focșani, Tulcea și Craiova. Cele mai bune trei proiecte selectate de juriu au câștigat premii în valoare totală de 1.500 de euro. Prezentările din finală și decernarea premiilor pot fi urmărite pe pagina de Facebook a campaniei. Detalii pe facebook.com

Picior bionic, scos la imprimantă

Competiția a fost câștigată de un proiect parcă scos din operele cyberpunk: o proteză de picior bionică printată 3D, proiectată și asamblată de Ionuț Răzvan Mătăsariu, elev la Colegiul Național Elena Cuza din București.

Avantajul protezei create de elevul bucureștean este că poate simula mișcarea făcută de un picior în mers – talpa împinge automat în suprafață la contactul cu solul pentru a oferi utilizatorului o experiență cât mai apropiată mersului normal. Majoritatea componentelor protezei pot fi printate 3D, iar aceasta nu are un sistem electronic nu foarte complex, ceea ce înseamnă că ar putea oferi funcționalitatea unor proteze mult mai avansate la costuri mult mai mici.

„Proteza bionică poate să recreeze mișcarea piciorului în mers”, a explicat Ionuț. „În prima etapă, motorul este activat pentru a prelua din șocul călcâiului la impactul cu suprafața, iar în a doua etapă, motorul împinge din talpă pentru a efectua un pas complet.”

Electrozi plasați pe pielea din partea rămasă a membrului lipsă transmit semnale, printr-un modul de electromiogramă (EMG),O metodă prin care poate fi detectat potențialul electric creat de celulele musculare atunci când acestea sunt activate nervos. către o placă de dezvoltare dotată cu un microcontroler.Plăcile de dezvoltare sunt plăci de dimensiuni reduse, cu microprocesoare/microcontrolere și de obicei fără hardware dedicat, folosite de multe ori pentru antrenarea designerilor de sisteme pentru a programa un anumit tip de procesor.

Unghiul la care se află talpa față de suprafață este măsurat de un potențiometru. Microcontrolerul acționează un motor care mișcă mecanismul tălpii în mod liniar, rezultând în înclinarea acesteia cu până la 50 de grade. Prototipul inițial creat de Ionuț poate suporta o persoană cu greutatea de până la 90 de kilograme, însă această limită ar putea fi crescută prin folosirea unor materiale mai rezistente. Designul a fost conceput pentru a pune cât mai puțin stres pe părțile printate 3D, asigurându-i astfel o durată de viață mai lungă. Piciorul bionic poate fi folosit cu sau fără încălțăminte.

Un aparat modular pentru dozarea medicamentelor

Premiul al II-lea i-a revenit lui Adam Konya, de la Colegiul Economic Iulian Pop din Cluj-Napoca, care a propus un dozator automat de medicamente. Aparatul poate fi programat pentru a dispensa pastile la ore fixe și poate fi integrat cu sisteme de tip asistent virtual, precum Alexa sau Siri.

Dozatorul are un aspect tip turn, iar majoritatea componentelor electronice se află în baza aparatului. Pastilele sunt dispensate dintr-un recipient protejat de un scut, montat deasupra acestuia. O piesă circulară, care se rotește în interiorul recipientului, prinde tipul de pastilă vizat și o trimite către pahar.

Partea electronică constă dintr-un servomotor atașat fiecărui recipient, un microcontroler și un senzor de vibrații care poate detecta dacă pastila a fost livrată cu succes. Dozatorul este conceput modular, astfel că pot fi printate și instalate recipiente adiționale pentru mai multe tipuri de pastile.

„Cel mai mult am lucrat la sistemul de prindere”, a povestit elevul clujean în timpul prezentării sale. „Primul concept era similar, dar avea un cerc cu o mică gaură care nu reușea mereu să prindă toate medicamentele, din cauza formelor diverse. Așa că am configurat trei modele diferite care se potrivesc cu majoritatea tipurilor de medicamente sau suplimente. Adaptorul de prindere poate fi schimbat foarte ușor, în funcție de nevoile consumatorului”, a adăugat acesta.

Asistent pentru scaunul cu rotile creat după tehnologie NASA

Ultimul premiu a revenit unui proiect inspirat tocmai de roverele NASA, menit să ajute la deplasarea persoanelor în aflate în scaun cu rotile. „All 41 – Asistent locomoție pentru scaunul cu rotile” a fost creat de Mihai Marinaș, elev la Colegiul Național Spiru Haret din București.

Este vorba de o platformă cu patru roți peste care pot fi montate scaune cu rotile. Aceasta poate deplasa utilizatorul autonom, folosind suspensia integrată pentru a trece mai ușor peste obstacole sau denivelări care pun probleme scaunelor simple. În același timp, platforma permite în continuare și folosirea manuală a scaunului, pentru situațiile în care utilizatorul dorește să preia controlul sau sistemul rămâne fără baterie.

Mihai a fost inspirat de NASA în privința roților și suspensiei platformei: acestea folosesc sunt construite pe model swerve drive, care permite fiecărei roțițe să fie acționată independent pe axa ei de 180°. Asta permite, de exemplu, deplasarea complet laterală a platformei și schimbarea imediată a direcției de mers. Este o tehnologie dezvoltată de NASA de mai bine de un deceniu folosită în  VIPER, roverul pe care agenția spațială americană plănuiește să-l trimită pe Lună.„NASA’s VIPER Prototype Motors Through Moon-like Obstacle Course”, nasa.gov

„Inspirația mea pentru sistemul de deplasare este NASA, care vor să folosească tehnologia swerve drive pentru următorul rover care va ajunge pe Lună”, a spus Mihai. „Am aflat asta cam în același timp în care am început să proiectez robotul, mi s-a părut cea mai bună idee pe care am auzit-o vreodată și am zis s-o încerc și eu.”

Roțile platformei au o suspensie electromagnetică care poate absorbi șocurile suprafeței pe care se deplasează, permițând o deplasare verticală de până la 5 centimetri. Fiecare roată a fost testată pentru a susține 60 de kilograme, deci platforma ar putea suporta până la 240 de kilograme.

All-41 este dotată cu o baterie Li-ion, care oferă o autonomie maximă de 15 km și care poate fi încărcată în aproximativ 30 de minute. Atunci când este pe cale să se descarce, senzorul LiDAR care detectează obstacolele din mers  poate ghida platforma către stația de încărcare.

Soluții printate 3D la probleme complexe

Chiar dacă nu s-au numărat printre premiați, merită menționate și restul proiectelor prezentate în cadrul finalei Robo4Humanity, cu design-uri care variază de la foarte ambițioase la extrem de practice.

Cei mai mulți dintre finaliști au căutat soluții pentru dozatoare automate de medicamente, dintr-un motiv simplu; așa cum a expus și Adam Konya la începutul prezentării sale, conform OMS,„Medication Adherence: WHO Cares?”, nih.gov în jur de 50% de pacienții care suferă de boli cronice nu-și iau medicamentele la timp.

De exemplu, echipa TehnoZ Jr. de la Colegiul Național Zinca Golescu din Pitești – selecționata de „tineret” a câștigătorilor etapei naționale din 2023 a concursului de robotică FIRST Tech Challenge – a propus un robot complex, care se poate deplasa autonom prin casă până la utilizator pentru a-i oferi pastilele, dar își poate găsi și drumul până la stația de încărcare.

CITEȘTE ȘI: Liceenii din Pitești care vor să păstreze titlul mondial de robotică FTC în România. Au învins în finala națională campionii de anul trecut.

Echipa colegiului Colegiului Alexandru Ioan Cuza din Focșani a propus tot un dozator automat, însă mult mai mic și mai compact decât celelalte, cu formă circulară, în ideea de a-l face cât mai portabil.

Un alt domeniu vizat a fost cel al roboților care pot juca rolul de asistent mai generalist. La fel ca dozatoarele, aceștia au variat de la designuri complexe, precum cel propus de Gheorghe Codrin de la Liceul Grigore Moisil din Tulcea, un roboțel cu patru roți care poate urmări autonom utilizatorul și poate căra cumpărături și o trusă de prim-ajutor, la altele cu scop mai restrâns.

Albert Comănescu (Colegiul Ion C. Brătianu, Pitești) a prezentat Senior M8, un roboțel sub formă de roată, dotat cu camere și microfon, prin care ar putea fi monitorizate de la distanță persoanele în vârstă, iar o echipă de la Colegiul Frații Buzești din Craiova a propus un braț robotic care poate ridica tot felul de obiecte pentru persoanele cu probleme la mâini, precum paharele de apă.

Poatea cel mai simplu design, dar și printre cele mai practice, a fost un instrument care scoate medicamentele din folie și care funcționează pe principii similare aparatelor care scot sâmburi din vișine sau cireșe, creat de Melisa Hamide Arslan (Colegiul Spiru Haret, București).

Despre campania 3DUTECH

Competiția „3D Printed Robo4Humanity” a fost organizată în cadrul ediției a cincea a campaniei 3DUTECH („edu-tech”),Detalii pe 3dutech.ro derulată de ECDL România, care-și propune să formeze specialiști în domeniul imprimării 3D încă de la liceu. În acest sens a creat peste 50 de huburi de printare 3D în licee din 46 de localități din toată țara.

Anterior, Ministerul Educației a aprobat o inițiativă 3DUTECH de a face imprimarea 3D o materie opțională la liceu în unitățile școlare care dispun de resursele adecvate, „Programa şcolară pentru disciplina opţională utilizarea tehnologiilor de modelare şi imprimare 3D, liceu | Ordin 3739/2019”, lege5.ro iar o altă propunere a campaniei, care vizează introducerea meseriei de „tehnician imprimare 3D” în Clasificarea Ocupațiilor din România, a primit la începutul anului aviz pozitiv de la Ministerul Muncii. „O nouă ocupație va completa COR la inițiativa 3DUTECH și 10 noi hub-uri 3D Printing se activează în licee prin a cincea ediție a campaniei”, hotnews.ro

Finaliștii și-au prezentat conceptele și ce au reușit să asambleze din proiecte în fața juriului într-o sesiune video, moderată de  Mihai Peca, trainer ECDL România. Din juriu au mai făcut parte Andrei Crăciun, consilier al ministrului Educației, Raluca Constantinescu, Programme Development Manager la ECDL România, și Andrei Iatagan, câștigătorul competiției 3DUTECH pentru liceeni din 2022.

Printre meseriile viitorului

Poate că nu este neapărat surprinzător cât de creativi pot fi liceenii din România atunci când li se oferă o temă de proiect relativ SF – ceea ce se vede și în popularitatea pe care a căpătat-o concursul de robotică FIRST Tech Challenge –, însă merită evidențiat  că finaliștii Robo4Humanity au identificat cu succes probleme serioase care afectează calitatea vieții pentru milioane de persoane din România care au dizabilități, probleme medicale cronice sau o vârstă extrem de avansată.

Așa că, pe lângă scopul afirmat și lăudabil de a promova un domeniu de viitor precum cel al imprimării 3D, aș spune că întrecerile precum Robo4Humanity – dar și campania 3DUTECH în general – au un beneficiu și mai important în formarea noilor generații: învață elevii să aplice practic abilități tehnice avansate pentru a căuta soluții la probleme de zi cu zi. Un aspect la care învățământul de bază din România este destul de deficitar.