Uyarlanabilir Cihaz Tasarımı
Bu ders, protez cihazlar, tekerlekli sandalyeler, gözlükler, tutunma çubukları, işitme cihazları, asansörler, diş telleri vb. Gibi uyarlanabilir veya yardımcı cihazların mühendisliğine odaklanır. Öğrenciler, mevcut bir uyarlanabilir cihaz için bir iyileştirme veya yeni bir cihaz tasarlamak için ekipler halinde çalışır. belirli bir sorunu çözen cihaz.
- Uyarlanabilir cihazlar hakkında bilgi edinin.
- Adaptif cihazlarda devam eden değişikliklerin günlük yaşamı nasıl etkilediğini öğrenin.
- Takım çalışması ve mühendislik problem çözme / tasarım süreci hakkında bilgi edinin.
Yaş seviyeleri: 8-18
Materyal Oluşturma (Her ekip için)
Gerekli malzemeler
- Bir çift gözlük veya güneş gözlüğü (eski veya ucuz yeni)
- Gözlük Tamir Takımı (mini tornavida, yedek vidalar ve mümkünse büyüteç dahil)
Tasarım Yarışması
Uyarlanabilir cihazlar hakkında bilgi edinme zorluğuna sahip bir mühendis ekibisiniz. Materyalleri ve tasarımı daha iyi anlamak için önce bir çift gözlüğü veya güneş gözlüklerini söküp yeniden monte edeceksiniz. Ardından, insanların (veya hayvanların) karşılaştığı bir sorunu çözmek için mevcut bir uyarlanabilir cihaz için bir geliştirme tasarlayacak veya yeni bir cihaz tasarlayacak ve bunu sınıfa sunacaksınız.
Kriterler
- Tasarımınızın hafifletilmesine yardımcı olacağı fiziksel bir zorluğu belirlemek için bir ekip olarak çalışın.
- Tasarımınızı sınıfa sunun:
- Cihazınızın teknik olarak nasıl çalıştığını kelimelerle açıklayın… Yapılacağını düşündüğünüz malzemeleri ve ürünün neye mal olabileceğini düşündüğünüzü ekleyin.
- Nihai tasarımınızın veya kullanıldığı durumun bir taslağını gösterin.
- Ekibinizin mühendislerin dünyayı nasıl etkilediğine inandığını açıklayın.
Kısıtlamalar
Yalnızca sağlanan malzemeleri kullanın.
- Sınıfı 3-4 kişilik takımlara ayırın.
- Uyarlanabilir Aygıt Tasarımı çalışma sayfasının yanı sıra tasarımların eskizini çizmek için bazı kağıtları dağıtın.
- Arka Plan Kavramları Bölümündeki konuları tartışın. Öğrencilere uyarlanabilir bir cihazın ne olduğunu sormayı düşünün.
- Mühendislik Tasarım Sürecini, Tasarım Zorluğunu, Kriterleri, Kısıtlamaları ve Malzemeleri gözden geçirin.
- Her takıma malzemelerini sağlayın.
- Öğrencilerin, öğrenci çalışma sayfalarındaki görevleri tamamlayacaklarını açıklayın.
- Öğrencilerden, sayfada gösterilen ürünleri tartışarak, ürünün uyarlanabilir bir cihaz olup olmadığını ve mühendislerin amacının ne olduğunu belirleyerek ilk öğrenci çalışma sayfalarını tamamlamalarını isteyin.
- Öğrencilerden, malzemeleri ve tasarımı değerlendirmek için eski bir gözlük veya güneş gözlüğü çiftini söküp yeniden birleştirerek ikinci çalışma sayfasını tamamlamalarını isteyin.
- Öğrencilerden, mevcut bir uyarlanabilir cihaz için bir iyileştirme tasarlamak veya insanlar (veya hayvanlar) için bir sorunu çözen yeni bir cihaz tasarlamak için bir ekip olarak çalışarak üçüncü çalışma sayfasını tamamlamalarını isteyin. Yapmalılar:
- Cihazının hafifletmeye yardımcı olacağı fiziksel bir zorluğu belirleyin (örneğin, sırt ameliyatı geçirmiş bir köpeğin hala yürüyüşe çıkabilmesi gerekir).
- Yeni uyarlanabilir cihazı veya geliştirilmiş cihazı çizin.
- Fikirlerini sınıfa üç şekilde sunun:
- Cihazlarının teknik olarak nasıl çalıştığını kelimelerle açıklayın… üretileceğini düşündükleri malzemeleri ve ürünün neye mal olabileceğini düşündüklerini ekleyin.
- Nihai tasarımlarının bir taslağını veya kullanıldığı bir durumun taslağını gösterin.
- Ekibin, mühendislerin dünyayı nasıl etkilediğine inandığını açıklayın.
- Sınıf olarak, öğrenci yansıtma sorularını tartışın.
- Konuyla ilgili daha fazla içerik için "Daha Derin Kazma" bölümüne bakın.
Öğrenci Yansıması (mühendislik defteri)
Adım 1 - Demontaj:
- Kaç tane bileşen parçası buldunuz?
- Son gözlük çiftinin parçası olan farklı malzemeler (plastikler, metaller, cam) nelerdir?
- Bu camları daha güvenli hale getirmek için yeniden tasarlıyor olsaydınız, herhangi bir bileşen parçasının şeklini değiştirir miydiniz? Neden? Neden olmasın?
- Bu camları daha güvenli hale getirmek için yeniden tasarlıyor olsaydınız, herhangi bir bileşen parçasını üretmek için kullanılan malzemeleri değiştirir miydiniz? Neden? Neden olmasın?
- Yeniden birleştirme sürecinin en zor kısmı neydi? Neden?
Adım 2 - Yeniden Birleştirme
- Montajın bir makine tarafından daha kolay yönetilebileceğini düşünüyor musunuz? Neden? Neden olmasın?
- Elinde artrit olan bir kişinin gözlüklerini yeniden takmasının ne kadar zor olacağını düşünüyorsunuz?
Zaman Değişikliği
Ders, daha büyük öğrenciler için 1 ders dönemi kadar kısa bir sürede yapılabilir. Bununla birlikte, öğrencilerin acele hissetmelerine yardımcı olmak ve öğrenci başarısını sağlamak için (özellikle daha genç öğrenciler için) dersi iki döneme ayırın, öğrencilere beyin fırtınası yapmaları, fikirleri test etmeleri ve tasarımlarını tamamlamaları için daha fazla zaman verin. Bir sonraki sınıf döneminde testi ve sorgulamayı gerçekleştirin.
Uyarlanabilir Cihazlara Kimler İhtiyaç Duyar?
Uyarlanabilir veya yardımcı cihazlar, çok çeşitli engelleri olan bireylerin sağlıklı ve bağımsız yaşama yeteneklerini geliştirmelerine yardımcı olmak için geliştirilmiştir. 54 milyon Amerikalının bir dereceye kadar engelli olduğu tahmin edilmektedir. ABD Gelir ve Program Katılım Anketi'nde tanımlandığı üzere, 15 yaş ve üstü bireyler, aşağıdaki kriterlerden herhangi birini karşılamaları halinde engelli olarak tanımlandı:
- Tekerlekli sandalye, baston, koltuk değneği veya yürüteç kullandım
- Bir veya daha fazla işlevsel aktiviteyi gerçekleştirmede güçlük yaşadıysanız (görme, duyma, konuşma, kaldırma / taşıma, merdiven kullanma, yürüme veya küçük nesneleri tutma)
- Günlük yaşamın bir veya daha fazla aktivitesinde zorluk yaşadı. (ADL'ler arasında evin içinde dolaşma, yatağa veya sandalyeye girip çıkma, banyo yapma, giyinme, yemek yeme ve tuvalet yer alır.)
- Günlük yaşamın bir veya daha fazla araçsal faaliyetinde zorluk yaşadı. (IADL'ler arasında evin dışına çıkmak, para ve faturaların kaydını tutmak, yemek hazırlamak, hafif ev işleri yapmak, doğru zamanda doğru miktarda reçeteli ilaç almak ve telefonu kullanmak yer alıyordu.)
- Belirtilen bir veya daha fazla koşulun olması (bir öğrenme güçlüğü, zihinsel gerilik veya başka bir gelişimsel engel, Alzheimer hastalığı veya başka bir tür zihinsel veya duygusal durum)
- Günlük aktivitelere ciddi şekilde müdahale eden zihinsel / duygusal bir durum yaşadı
- Evin etrafında çalışma yeteneğini kısıtlayan bir durumu vardı
- 16-67 yaşları arasındaysa, bir işte veya işte çalışmayı zorlaştıran bir durum varsa
- Çalışamama nedeniyle ABD federal yardımları aldı
Amerika Birleşik Devletleri için son istatistiklere göre:
- 25 milyon kişi çeyrek mil yürümekte veya 10 basamak çıkmakta zorluk çekiyordu veya tekerlekli sandalye (2.2 milyon) veya baston, koltuk değneği veya yürüteç (6.4 milyon) gibi ayaktan yardım kullandı.
- Yaklaşık 18 milyon, 10 kiloluk bir bakkal poşetini kaldırıp taşırken veya küçük nesneleri tutmakta güçlük çekti.
- 14.3 milyonu Alzheimer hastalığı, yaşlılık veya bunama olmak üzere yaklaşık 1.9 milyon kişinin zihinsel engeli vardı; ve öğrenme güçlüğü olan 3.5 milyon.
- Yaklaşık 8.0 milyon kişi, başka bir kişiyle normal bir konuşmada söylenenleri duymakta güçlük çekti (işitme cihazı takarken bile).
- Yaklaşık 7.7 milyon kişi sıradan gazete baskısındaki (gözlükle bile) kelimeleri ve harfleri görmekte güçlük çekiyordu; bunların 1.8 milyonu sıradan gazete baskısında kelime ve harfleri göremiyordu.
Tekerlekli Sandalye Tasarımında Dikkat Edilmesi Gerekenler
Tekerlekli Sandalye Geçmişi
MÖ 530'dan kalma Yunan vazoları, mobilyaya dahil edilmiş tekerlekleri gösterir. Ve MS 535'te bir gravür bir tekerlekli sandalyeyi gösteriyor ve İspanya Kralı II. Phillip'in 1595'te bir tekerlekli sandalyesi vardı - bu nedenle, hareketi kolaylaştırmak için tekerlek kullanma ihtiyacı çok eskilere dayanıyor.
Ne var ne yok?
Daha yakın zamanlarda, tekerlekli sandalyelerin ağırlığını ve manevra kabiliyetini iyileştirmek için titanyum gibi malzemeler kullanılmıştır. Ve tekerlekli sandalye sporları popüler hale geldikçe, mühendisler hız ve doğru hareketler için sandalyeye güvenen kullanıcıların ihtiyaçlarını karşılamak için spor tekerlekli sandalyelerde ek özellikler ve yetenekler tasarlamak zorunda kaldı.
Malzeme / Tasarım Değişimi
Mühendisler, tekerlekli sandalye tasarlarken farklı hususları tartmak zorundadır. Örneğin, güç / ağırlık oranları açısından titanyumun en iyi malzeme olduğunu biliyorlar - ancak son derece pahalı bir malzeme. Öte yandan, karbon fiber daha ucuz ve dayanıklıdır. Farklı müşteriler farklı malzemeleri tercih edebilir. Mühendisler, en hafif tekerlekli sandalyeyi geliştirmeye çalışabilirler - daha hafif bir sandalye, müşterinin daha hafif bir manevra koltuğuna sahip olacağı için bilek yaralanmalarını potansiyel olarak azaltabilir. Ve mühendisler, bir tekerlekli sandalye için en mantıklı olan lastik türlerini düşünmek zorunda kalabilir. Ayrıca, fren sistemi de önemlidir - hareket kabiliyeti azalmış birinin frenleri kullanması ne kadar kolaydır? Motorlu bir sandalye için hangi tür motor en çok işe yarar - ne kadar hızlıdır? Yeni bir tekerlekli sandalye tasarımı standart tekerlekli sandalye rampalarına uyacak mı? Mühendisler, yetişkinlerden farklı ihtiyaçları ve frenleme yetenekleri olabilecek çocukların kullanması için tekerlekli sandalyeyi tamamen yeniden tasarlamak zorunda kalacaklardı. Ve maliyet her zaman önemli bir konudur - eğer mühendisler en iyi tekerlekli sandalyeyi tasarlarsa, ancak çoğu insanın karşılayabileceğinden daha pahalıya mal olursa, ürün başarısız olur.
Araştırma
Mühendisler, yeni tasarımlar geliştirirken, hangi koltuğun en rahat, taşınması en kolay, frenlemesi en kolay olduğunu bulmak için kullanıcı anketleri de yapabilir. Ek olarak, bir müşterinin bir sandalyeyi hareket ettirmek için kullandığı oksijen miktarını belirlemek için çalışmalar yapılır, bu da sandalyenin ileriye doğru hareket etmesini sağlamak için ne kadar enerji harcandığının bir göstergesi olarak. Bazı motorlu tekerlekli sandalyeler o kadar hızlı hareket eder ki, bir çarpışma durumunda sandalyenin müşteriyi nasıl koruyacağını belirlemek için çarpışma testleri yapılır.
- Uyarlanabilir veya yardımcı cihaz: Çok çeşitli engelleri olan bireylerin sağlıklı ve bağımsız yaşama yeteneklerini geliştirmelerine yardımcı olmak için geliştirilmiştir.
- Kısıtlamalar: Malzeme, zaman, ekibin büyüklüğü vb. ile ilgili sınırlamalar.
- Kriterler: Tasarımın genel boyutu vb. gibi karşılaması gereken koşullar.
- Sökmek : Bir şeyi parçalara ayırmak.
- Mühendisler: Dünyanın mucitleri ve problem çözücüleri. Mühendislikte yirmi beş ana uzmanlık tanınır (infografiklere bakın).
- Mühendislik Tasarım Süreci: Süreç mühendisleri sorunları çözmek için kullanır.
- Mühendislik Zihni Alışkanlıkları (EHM): Mühendislerin düşündüğü altı benzersiz yol.
- Yineleme: Test ve yeniden tasarım bir yinelemedir. Tekrarla (birden çok yineleme).
- Protez Cihaz: Vücudun eksik bir yerini değiştirmek veya vücudun bir bölümünün daha iyi çalışmasını sağlamak için tasarlanmış cihaz.
- Prototip: Test edilecek çözümün çalışan bir modeli.
- Yeniden birleştirmek: Bir şeyin parçalarını tekrar bir araya getirmek.
İnternet Bağlantıları
Önerilen Kaynaklar
- The Design of Everyday Things by Donald A.Norman (ISBN: 978-0465050659)
- Ulrich Eppinger tarafından Ürün Tasarımı ve Geliştirme (ISBN: 978-9352601851)
Yazma aktivitesi
Dünyayı en çarpıcı şekilde etkilediğini düşündüğünüz uyarlanabilir cihazı açıklayan bir makale veya paragraf yazın. Destekleyici ayrıntılar verin ve bu cihazla ilgili daha fazla iyileştirme için önerilerde bulunun.
Müfredat Çerçevelerine Uyum
Not: Bu serideki tüm Ders Planları ABD ile uyumludur Ulusal Bilim Eğitimi Standartları (tarafından üretilen Ulusal Araştırma Konseyi ve Ulusal Fen Bilimleri Öğretmenleri Derneği) ve varsa Uluslararası Teknoloji Eğitimi Derneği Teknolojik Okuryazarlık Standartları ve Ulusal Matematik Öğretmenleri İlkeleri ve Okul Matematiği Standartları Konseyi tarafından onaylanmıştır.
Ulusal Bilim Eğitimi Standartları K-4 Sınıfları (4-9 yaş)
İÇERİK STANDART E: Bilim ve Teknoloji
5-8. Sınıflardaki aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir.
- Teknolojik tasarım yetenekleri
- Bilim ve teknoloji ile ilgili anlayışlar
İÇERİK STANDART F: Kişisel ve Sosyal Perspektiflerde Bilim
Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,
- Riskler ve faydalar
- Toplumda bilim ve teknoloji
İÇERİK STANDART G: Bilimin Tarihi ve Doğası
Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,
- Bir insan çabası olarak bilim
Ulusal Bilim Eğitimi Standartları 5-8. Sınıflar (10-14 yaş)
İÇERİK STANDART E: Bilim ve Teknoloji
5-8. Sınıflardaki aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir.
- Teknolojik tasarım yetenekleri
- Bilim ve teknoloji ile ilgili anlayışlar
İÇERİK STANDART F: Kişisel ve Sosyal Perspektiflerde Bilim
Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,
- Kişisel sağlık
- Riskler ve faydalar
- Toplumda bilim ve teknoloji
İÇERİK STANDART G: Bilimin Tarihi ve Doğası
Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,
- Bilimin doğası
- Bilim tarihi
Ulusal Bilim Eğitimi Standartları 9-12. Sınıflar (14-18 yaş)
İÇERİK STANDART E: Bilim ve Teknoloji
Aktiviteler sonucunda tüm öğrenciler gelişmelidir
- Teknolojik tasarım yetenekleri
- Bilim ve teknoloji ile ilgili anlayışlar
İÇERİK STANDART F: Kişisel ve Sosyal Perspektiflerde Bilim
Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,
- Kişisel ve toplum sağlığı
- Yerel, ulusal ve küresel zorluklarda bilim ve teknoloji
İÇERİK STANDART G: Bilimin Tarihi ve Doğası
Aktivitelerin bir sonucu olarak, tüm öğrenciler,
- Tarihsel bakış açıları
Teknolojik Okuryazarlık Standartları - Tüm Yaşlar
Teknolojinin Doğası
- Standart 1: Öğrenciler teknolojinin özellikleri ve kapsamı hakkında bir anlayış geliştireceklerdir.
- Standart 3: Öğrenciler, teknolojiler arasındaki ilişkiler ve teknoloji ile diğer çalışma alanları arasındaki bağlantılar hakkında bir anlayış geliştireceklerdir.
Teknoloji ve Toplum
- Standart 4: Öğrenciler teknolojinin kültürel, sosyal, ekonomik ve politik etkilerine ilişkin bir anlayış geliştireceklerdir.
- Standart 6: Öğrenciler, teknolojinin geliştirilmesi ve kullanımında toplumun rolüne ilişkin bir anlayış geliştireceklerdir.
- Standart 7: Öğrenciler teknolojinin tarih üzerindeki etkisine dair bir anlayış geliştirecekler.
Dizayn
- Standart 10: Öğrenciler sorun giderme, araştırma ve geliştirme, icat ve yenilik ve problem çözmede deney yapmanın rolüne ilişkin bir anlayış geliştireceklerdir.
Teknolojik Bir Dünya İçin Yetenekler
- Standart 13: Öğrenciler, ürünlerin ve sistemlerin etkisini değerlendirme becerilerini geliştireceklerdir.
Tasarlanmış Dünya
- Standart 17: Öğrenciler, bilgi ve iletişim teknolojileri hakkında bir anlayış geliştirecek ve bunları seçebilecek ve kullanabilecektir.
Endüstri Mühendisliği
Bilgisayar MühendisliğiEkip olarak, aşağıdaki ürünlerden hangilerinin "uyarlanabilir cihazlar" olarak kabul edileceğini belirten aşağıdaki çalışma sayfasını doldurun.
| PLATFORM | Uyarlanabilir mi? Evet veya Hayır | Neden veya Neden Olmasın | Mühendislerin Hedefi Neydi? |
| Gözlük | |||
| Platformlar | |||
| Bebek arabası |
|||
| Zamanı Konuşan İzle |
|||
| Yürüteç | |||
| Kulaklıklar | |||
| döküm |
Bileşen Parçaları
Birinci Adım: Ekip olarak, size verilen bir gözlük tamir setini kullanarak bir çift eski, kullanılamaz güneş gözlüğü veya gözlüğü sökün.
Sorular:
- Kaç tane bileşen parçası buldunuz?
- Son gözlük çiftinin parçası olan farklı malzemeler (plastikler, metaller, cam) nelerdir?
- Bu camları daha güvenli hale getirmek için yeniden tasarlıyor olsaydınız, herhangi bir bileşen parçasının şeklini değiştirir miydiniz? Neden? Neden olmasın?
- Bu camları daha güvenli hale getirmek için yeniden tasarlıyor olsaydınız, herhangi bir bileşen parçasını üretmek için kullanılan malzemeleri değiştirir miydiniz? Neden? Neden olmasın?
Adım İki: Gözlüğü yeniden birleştirin.
Sorular:
- Yeniden birleştirme sürecinin en zor kısmı neydi? Neden?
- Montajın bir makine tarafından daha kolay yönetilebileceğini düşünüyor musunuz? Neden? Neden olmasın?
- Elinde artrit olan bir kişinin gözlüklerini yeniden takmasının ne kadar zor olacağını düşünüyorsunuz?
Tarih boyunca mühendisler, insanlara yardım etmek için ürünler ve sistemler geliştirerek sorunları çözmüşlerdir. Uyarlanabilir mühendislik tasarımı alanında amaç, zorluklarla karşılaşanlar için hayatı daha kolay, daha sağlıklı ve daha bağımsız hale getiren ürünler yaratmaktır. Aşağıdakiler, insanlara ve hayvanlara yardımcı olmak için tasarlanmış birçok cihazın sadece kısa bir listesidir:
- tekerlekli sandalye
- yürüyüşçüler
- gözlük
- uyarlanabilir bahçe aletleri
- işitme
- uyarlanabilir kano koltukları
- yedek eklemler
- Yapay uzuvlar
- uyarlanabilir su kayağı
- pansuman yardımcıları
- küvetler için güvenlik çubukları
- uyarlanabilir fitness ekipmanları
- duş sandalyeleri
- kavanoz açma araçları
- özel bilgisayar faresi
- uyku apnesi maskesi
- uyarlanabilir golf kulüpleri
- direksiyon
- uyarlanabilir üç tekerlekli bisikletler
- atlar için asansörler
- Koltuk değnekleri
- oyun kartı sahipleri
- yatak rayları
- ışıklı büyüteçler
- büyük boy lamba anahtarları
- uyarlanabilir video oyun kumanda kolları
Siz Mühendislik Ekibisiniz!
Zorluklarınız, ya mevcut bir uyarlanabilir ürünü iyileştirmek ya da fiziksel zorluklarla karşılaşan bireylerin (veya hayvanların) karşılaştığı belirli bir sorunu çözen yeni bir ürün bulmak için bir ekip olarak çalışmaktır.
Sorunları Belirtin:
- Ürününüzün hafifletmeye yardımcı olacağı fiziksel bir zorluğu belirleyin (örneğin, sırt ameliyatı geçirmiş bir köpeğin yürüyüşe çıkabilmesi gerekiyor).
- Ekip olarak, kağıt üzerinde yeni bir ürün geliştirin veya mevcut bir üründe kişinin / hayvanın ihtiyacını karşılayacak bir iyileştirme geliştirin.
- Fikirlerinizi sınıfa üç şekilde sunun:
- Ürününüzün teknik olarak nasıl çalıştığını kelimelerle anlatın… üretileceğini düşündüğünüz malzemeleri ve ürünün neye mal olabileceğini düşündüğünüzü dahil edin.
- Nihai ürününüzün veya kullanıldığı bir durumun bir resmini çizin.
- Ekibinizin mühendislerin dünyayı nasıl etkilediğine inandığını açıklayın.
