بيتسبرغ ، بنسلفانيا - ربما استغرق الأمر أعصاب فولاذية. أو ربما أظهر هؤلاء الباحثون الشباب فقط تصميمًا فولاذيًا. لكن العشرات تغلبوا على الصعاب ، هنا في Steel City ، للمطالبة بجوائز كبيرة. تنافس ما يقرب من 1790 طالبًا ، هذا الأسبوع ، على جوائز تقارب 5 ملايين دولار في معرض إنتل الدولي للعلوم والهندسة (ISEF). وحوالي 35 من كل 100 من المتأهلين للتصفيات النهائية سيعودون إلى بلادهم مع بعض الجوائز.
حصل أوليفر نيكولز على الجائزة الأولى و 75000 دولار. هذه الفتاة البالغة من العمر 19 عامًا من كلية باركر في سيدني بأستراليا ، صممت وصنعت روبوتًا يمكنه غسل النوافذ في ناطحات السحاب. أكسبه مشروعه جائزة Gordon E. Moore ، التي سميت باسم المؤسس المشارك لشركة Intel. قال لـ أخبار العلوم للطلاب "لم أكن أتوقع الوصول إلى هذا الحد. " كنت أتمنى الحصول على المركز الثاني ، ربما ".
كما حصل فائزان آخران على جوائز كبرى ضخمة أيضًا.
تكرم ISEF الباحثين الشباب منذ عام 1950. وقد أنشأتها وما زالت تديرها جمعية العلوم والعامة ، ولا تزال هذه أكبر مسابقة علمية دولية في العالم قبل الكلية. برعاية إنتل هذا العام ، جمعت ISEF طلابًا من 81 دولة ومنطقة وإقليمًا. تنافست مشاريعهم البالغ عددها 1،383 في 22 فئة بحثية مختلفة.
تقول مايا أجميرا ، رئيسة الجمعية ، ومقرها واشنطن العاصمة:"تُظهر الأفكار الخارقة التي قدمها الفائزون والمرشحون النهائيون كيف ستجعل العقول اللامعة للأجيال القادمة العالم مكانًا أفضل." المستقبل ، ونتطلع إلى رؤية كل ما ينجزونه مع استمرارهم في متابعة اهتمامهم بالعلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات. " (يشير المصطلح إلى العلوم والتكنولوجيا والهندسة والرياضيات).
Spritz ، فرك ، ممسحة ، كرر
غسل النوافذ في ناطحات السحاب عمل محفوف بالمخاطر. أصبح ذلك واضحًا لأوليفر نيكولز عندما علم بحادثين محليين. وقد ألهم ذلك المراهق لاختراع روبوت بحجم مبرد النزهات لتحمل المخاطر بدلاً من ذلك.
اقرأ المزيد عن روبوت تنظيف النوافذ هنا
يتحكم الكمبيوتر في جهاز أوليفر الذي يتراوح وزنه بين 12 و 15 كيلوغرامًا (26 إلى 33 رطلاً). يرش القليل من الماء على النافذة ، ثم يفرك الزجاج المغطى بألياف دقيقة لإزالة الأوساخ. يزيل ممسحة الزجاج الأمامي التي تشبه نظام تنظيف الزجاج الأمامي أي مياه زائدة.
عندما يحتاج الروبوت إلى الانتقال من نافذة إلى أخرى ، تبدأ المراوح بالعمل. يدفعون الروبوت بعيدًا عن المبنى. ثم اسحب الكابلات إلى النافذة التالية. في هذه المرحلة ، تقوم مجموعة مختلفة من المراوح بتثبيت الروبوت بإحكام على النافذة مع تكرار دورة التنظيف.
إذا كان هذا الروبوت تجاريًا ، فقد يكون قادرًا على دفع ثمن نفسه بعد تنظيف مبنى واحد فقط من 7 طوابق ، حسب تقدير أوليفر.
إلى جانب الفوز بالمنافسة الشاملة ، قاد مشروع أوليفر أيضًا المجموعة في فئة الروبوتات والآلات الذكية.
طهي مكثفات فائقة منخفضة التكلفة
مكثفات (Kah-PASS-ih-torz) هي الأجهزة التي تخزن الطاقة. على عكس البطاريات التي تخزن الطاقة كيميائيًا ، فإن المكثفات تفعل ذلك عن طريق التخزين المادي للشحنة الكهربائية - الإلكترونات (الجسيمات سالبة الشحنة في الذرات). المكثفات الفائقة ، بالطبع ، مكثفات يمكنها تخزين شحنة ضخمة نسبيًا.
بالنسبة لبعض التطبيقات ، تتفوق المكثفات الفائقة على البطاريات. لماذا ا؟ عندما تكون هناك حاجة للطاقة ، يمكنهم تقديم الكثير منها بسرعة. أحد الأمثلة حيث يتم تقدير ذلك:جهاز طبي يسمى مزيل رجفان القلب (Dee-FIB-rih-Lay-tor) . تقول ميجانا بوليمبالي البالغة من العمر 17 عامًا ، إنها تستخدم لصعق صدر الشخص عندما يصاب بنوبة قلبية. إنها طالبة في الصف الحادي عشر في أركنساس في مدرسة ليتل روك المركزية الثانوية. الاستخدامات الأخرى للمكثفات الفائقة تشمل المعدات العسكرية.
مشكلة واحدة كبيرة ، مع ذلك ، هي التكلفة العالية لمعظم المكثفات الفائقة. يميلون إلى استخدام عناصر باهظة الثمن ، مثل البلاتين. قد تعمل بعض الأجهزة بمبلغ 4000 دولار. حتى أرخص المكثفات الفائقة يمكن أن تكلف حوالي 300 دولار. اعتقدت ميجانا أنه لا بد من وجود طريقة لخفض تكلفتها.
وفي Intel ISEF أبلغت عن العثور على واحد.
أراد المراهق مادة غنية بالكربون يمكنها تخزين الكثير من الإلكترونات. وأرادت أيضًا أن تكون المكونات منخفضة التكلفة ويسهل الحصول عليها. للعثور عليهم ، ذهبت بشكل أساسي إلى المخزن.
بدأت بدبس السكر ، واستخدمت أوراق الشاي والتانين. هذه المادة الأخيرة هي مادة مرّة غنية بالكربون تنتجها بعض النباتات (بما في ذلك الشاي). إلى هذا الخليط ، أضافت قليلًا أو اثنين من المكونات التي تحتوي على النيتروجين والفوسفور ، وهما مغذيات نباتية شائعة. وتشير إلى أن هذه العناصر ستساعد المواد الأخرى على تخزين الإلكترونات.
ثم قامت ميجانا بطهي المزيج في الميكروويف لمدة 30 دقيقة. وكانت النتيجة النهائية مسحوق كربون. يمكنها استخدامه لتغطية قطب كهربائي في المكثف الفائق ، كما تقول. (الأقطاب الكهربائية هي أجزاء من مكثف أو بطارية حيث يتم توفير الإلكترونات لدائرة أو يتم استلامها من تلك الدائرة.) إذا كان المسحوق الجديد محكمًا بدرجة كافية ، فقد يصبح قطبًا كهربائيًا.
الشرح:كيف تختلف البطاريات والمكثفات
يمكن لمواد ميجانا تخزين ما يقرب من 90 في المائة من شحنة تعادل كتلة معادلة لبعض المكثفات الفائقة المعروضة للبيع اليوم. لكن التكلفة هي المكان الذي تتألق فيه نسختها. وبدلاً من تكلفتها مئات الدولارات ، من المرجح أن تكلف الواحدة التي يتم إعدادها بوصفاتها أقل من دولار واحد ، كما تقدر.
لم يُعتبر هذا المشروع الأفضل في فئة الكيمياء فحسب ، بل حصل أيضًا على Meghana جائزة Intel Foundation Young Scientist و 50،000 دولار.
تصنيع بطارية أفضل
البطاريات لا تدوم إلى الأبد. سوف تتدفق عند استخدامها. ولكن يمكن أن تنفد البطاريات أيضًا عندما لا في الاستخدام. يحدث ذلك عندما تتسرب الإلكترونات أو الجسيمات المشحونة الأخرى من جانب واحد من البطارية إلى الجانب الآخر ، كما يشير Dhruvik Parikh ، 18 عامًا.
في البطارية ، تتدفق الإلكترونات من القطب السالب ، المعروف بالقطب الموجب (AN-oad) ، إلى القطب الموجب ، أو الكاثود (KATH-oad). يوضح دروفيك أن شحن البطارية يمكن أن ينفد أحيانًا عندما يكون الحاجز بين الأقطاب الموجبة والسالبة يتسرب. يمكن أن يكون هذا مشكلة كبيرة بشكل خاص للبطاريات الكبيرة المستخدمة لتخزين الطاقة الناتجة عن توربينات الرياح والألواح الشمسية. غالبًا ما تحتوي هذه البطاريات الكبيرة على سوائل بداخلها أيضًا (وليس المواد الفطرية الموجودة عادةً داخل البطاريات المحمولة الصغيرة). مع هذه السوائل ، يكون تسرب الجسيمات المشحونة بين جانبي البطارية أسهل.
للحد من ذلك ، سعى Dhruvik لإنشاء حاجز أفضل لفصل غرفتي السوائل داخل البطاريات الكبيرة.
بدأ بغشاء بلاستيكي بسمك 0.15 إلى 0.5 ملم (0.006 إلى 0.02 بوصة). مليء بالثقوب المجهرية ، كان هذا البلاستيك متسربًا إلى حد ما. لذلك قام المراهق بتغطيتها بعجينة. تضمنت مادة غنية بالسيليكون تسمى رباعي إيثيل أورثوسيليكات (TEH-tra-ETH-ul Or-tho-SIL-ih-kayt). عندما تتفاعل هذه المادة الكيميائية مع الماء ، فإنها تصنع السيليكا. (هذا اسم آخر لثاني أكسيد السيليكون ، المادة الموجودة في الرمل.) وقد قام دروفيك بعمل جيد جدًا في سد الثقوب الصغيرة في الغشاء البلاستيكي.
أظهر دروفيك أن هذا الغشاء الجديد قطع تسرب الجسيمات المشحونة داخل البطاريات بأكثر من النصف. كما تعد مادته الجديدة أقل تكلفة بنحو 30 في المائة من المواد المستخدمة الآن داخل البطاريات الكبيرة المملوءة بالسائل. يلاحظ أن هذه مشكلة كبيرة. اليوم ، يمكن أن يمثل هذا الحاجز ما يصل إلى 40 في المائة من التكلفة الإجمالية لبطارية كبيرة.
تفوق مشروع Dhruvik على جميع المشاريع الأخرى في فئة "الطاقة:المواد الكيميائية". مثل ميجانا ، حصل أيضًا على جائزة عالم الشباب من مؤسسة إنتل و 50000 دولار.
سبعة من هؤلاء الفائزين "الأفضل في فئتهم" حصلوا أيضًا على رحلات إلى الخارج. سيزور البعض مختبرات الأبحاث في الهند. سيقوم الآخرون بزيارة المعارض العلمية أو حضور منتديات العلوم للشباب في أوروبا. حتى أن بعض الفائزين البالغ عددهم 625 فائزًا في مسابقة هذا العام قد فازوا بمنح دراسية جامعية.
"تهنئ شركة إنتل أوليفر نيكولز ، وميجانا بوليمبالي ، ودروفيك باريك وجميع المشاركين على أبحاثهم الرائدة ،" تلاحظ روزاليند هودنيل. وهي نائبة رئيس شركة Intel ورئيسة مؤسسة Intel. "عندما يجتمع الطلاب من خلفيات مختلفة ، ووجهات نظر ومناطق جغرافية معًا ويشاركون أفكارهم ،" تقول ، "ليس هناك حد لما يمكنهم تحقيقه".
الفائزون الآخرون بجوائز Intel ISEF 2018
فاز كل من الطلاب التالية أسماؤهم بجوائز "الأفضل في فئتها" التي تبلغ قيمتها 5000 دولار في مسابقة هذا العام:
علوم الحيوان: آنا سبيكتر ، 17 عامًا ، وأيمن إسحاقو ، 18 عامًا ، من مدرسة نيكوليت الثانوية في غلينديل ، ويسك.
العلوم السلوكية والاجتماعية: إيمي شتمان ، 18 عامًا ، من مدرسة جون إل ميلر غريت نيك نورث الثانوية في جريت نيك ، نيويورك
الكيمياء الحيوية: ريا مالهوترا ، 15 عامًا ، من أكاديمية مورافيا في بيت لحم ، بنسلفانيا.
العلوم الطبية الحيوية والصحية: نبيل قريشي ، 18 عامًا ، من مدرسة جامعة ميلووكي في ميلووكي ، ويسك.
الهندسة الطبية الحيوية: روناك روي ، 16 عامًا ، من أكاديمية كانيون كريست في سان دييغو ، كاليفورنيا
علم الأحياء الخلوي والجزيئي: إيلا فينر ، 18 عامًا ، من مدرسة هوراس مان في برونكس ، نيويورك.
علم الأحياء الحاسوبي والمعلوماتية الحيوية: ماريسا سوماثيبالا ، 17 عامًا ، من مدرسة Broad Run الثانوية في أشبورن ، فيرجينيا
علوم الأرض والبيئة: فاسيلي تريمسين ، 18 عامًا ، من مدرسة كامبوليندو الثانوية في موراغا ، كاليفورنيا
الأنظمة المضمنة: بورزين بالسارا ، 18 عامًا ، ومالاف شاه ، 18 عامًا ، من مدرسة بلانو الثانوية العليا في بلانو ، تكساس.
الطاقة:المادية: ساتيا إداماداكا ، 16 عامًا ، من المدرسة الثانوية للتكنولوجيا الثانوية في لينكروفت ، نيوجيرسي
ميكانيكا الهندسة: فريدريك دونشن ، 19 عامًا ، من Friedensschule Munster في مونستر ، ألمانيا.
الهندسة البيئية: راينا جين ، 15 عامًا ، من مدرسة غرينتش الثانوية في غرينتش ، كونيتيكت.
علم المواد: دانيال كانغ ، 16 عامًا ، من مدرسة جون إف كينيدي الثانوية في تامونينج ، غوام.
الرياضيات: محمد عبد الله ، 18 عامًا ، من مدرسة West Shore Junior / الثانوية العليا في ملبورن ، فلوريدا.
علم الأحياء الدقيقة: لوغان دنكنبرغر ، 17 عامًا ، من مدرسة Roanoke Valley Governor’s للعلوم والتكنولوجيا في رونوك ، فيرجينيا.
الفيزياء وعلم الفلك: آنا همفري ، 17 عامًا ، من تي سي. مدرسة ويليامز الثانوية في الإسكندرية بولاية فرجينيا
علوم النبات: Yueyang Fan ، 16 عامًا ، من المدرسة الثانوية رقم 2 بجامعة شرق الصين العادية في شنغهاي ، الصين.
برامج الأنظمة: رويوا تشو ، 16 عامًا ، من المدرسة الثانوية التابعة لجامعة رينمين الصينية في بكين ، الصين.
العلوم الطبية التحويلية: إدوين بودوني ، 17 عامًا ، من مدرسة Cherry Creek الثانوية في قرية غرينوود ، كولورادو.
