Переробник сортувальник

Будівельні матеріали (для кожної команди)

Необхідні матеріали

• Чотири менші контейнери або картонні коробки для відокремлення вторинної сировини
• Розбиті картонні коробки або інші аркуші картону
• Рулон паперу (пакувальний, художній) або вкладиші для полиць (використовується для конвеєрної стрічки)
• Сипуча сітка

Необов’язкові матеріали

• Вентилятори або фени
• Сходи або східчастий табурет (щоб дозволити зміну висоти жолобів тощо)
• Магнітні палички або інші великі магніти

Випробувальні матеріали

• Різноманітність чистих та сухих матеріалів, що підлягають вторинній переробці (пластмаси, скло, металеві / алюмінієві банки та папір) у великому сміттєвому контейнері або коробці
• Довгий стіл або кілька коротких столів, розміщених разом

Матеріали

• Різноманітність чистих та сухих матеріалів, що підлягають вторинній переробці (пластмаси, скло, металеві / алюмінієві банки та папір) у великому сміттєвому контейнері або коробці
• Довгий стіл або кілька коротких столів, розміщених разом

Процес

Помістіть дизайн на довгий стіл (або кілька коротких столів, розміщених разом), додайте в дизайн матеріали, що переробляються, і задокументуйте, наскільки добре кожна конструкція сортує матеріали, що підлягають вторинній переробці, в окремі контейнери.

Всередині приміщення для переробки

Щодня на муніципальному заводі переробки Sims в Сансет-Парку, Бруклін, сортується приблизно 800 тонн вторинної сировини. (Відео 4:43)

Джерело: Science Friday Channel YouTube

Ознайомтеся з цими крутими заводськими роботами на robots.ieee.org

Юмі: https://robots.ieee.org/robots/yumi/

Некстадж: https://robots.ieee.org/robots/nextage/

Роботи для сортування на основі штучного інтелекту

MIT та CSAIL * розробили “RoCycle” - робота, який може автоматично сортувати вторсировину. http://news.mit.edu/2019/mit-robots-can-sort-recycling-0416

Джерело MIT News

Design Challenge

Ви інженер, який працює над розробкою системи сортування змішаного сміттєвого контейнера. Мета - зрозуміти проблеми, з якими стикаються центри поводження з відходами, та різні методи, які вони використовують для сортування переробки.

Критерії

• Розділіть вторинну сировину на чотири категорії (пластик, скло, метал та папір)

Обмеження

• Ви можете допомогти запустити систему, виступаючи частиною конструкції обладнання, але ви не можете впоратися безпосередньо з вторсировиною.
• Паперові матеріали повинні залишатися сухими.

1. Розбийте клас на команди 2-4.
2. Роздайте аркуш сортувальника для переробки, а також кілька аркушів паперу для ескізних проектів.
3. Обговоріть теми у Розділі фонових понять.
4. Ознайомтеся з процесом інженерного проектування, викликом проекту, критеріями, обмеженнями та матеріалами. Якщо час дозволяє, перегляньте “Заявки в реальному світі” перед тим, як проводити проектну роботу.
5. Перш ніж давати вказівки студентам розпочати мозковий штурм та замальовувати свої конструкції, попросіть їх врахувати наступне:
   - Форма та вага вторинної сировини
   - Чи є якийсь із вторинних матеріалів магнітним?
   - Гравітація зіграє роль у вашому дизайні?
6. Надайте кожній команді свої матеріали.
7. Поясніть, що студенти повинні розробити сортувальник для переробки з повсякденних предметів. Сортувальник повинен розділити вторинну сировину на чотири категорії (пластик, скло, метал та папір). Команди можуть допомогти запустити систему, виступаючи частиною проекту машини, але не можуть безпосередньо обробляти матеріали, що переробляються.
8. Повідомте, скільки часу їм потрібно на проектування та побудову (рекомендується 1 година).
9. Використовуйте таймер або онлайн секундомір (функція зворотного відліку), щоб забезпечити своєчасне виконання. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Давайте студентам регулярні «перевірки часу», щоб вони продовжували виконувати завдання. Якщо вони борються, задайте питання, які приведуть їх до рішення швидше.
10. Студенти зустрічаються та розробляють план їх сортувальника для переробки. Вони узгоджують необхідні матеріали, пишуть / малюють свій план та представляють свій план класу. Команди можуть торгувати необмеженими матеріалами з іншими командами, щоб скласти свій список ідеальних деталей.
11. Команди будують свої конструкції.
12. Перевірте конструкції сортувальника переробки, розмістивши кожну конструкцію на довгому столі (або декількох коротких таблицях, розміщених разом), додавши матеріали, що підлягають вторинній переробці, та задокументувавши, наскільки добре кожна конструкція сортує вторсировину в окремі контейнери.
13. Під час занять обговоріть запитання студентів щодо роздумів.
14. Щоб отримати додатковий зміст по цій темі, див. Розділи “Додатки у реальному світі” та “Копання глибше”.

Робота в команді

• Почніть із того, що студенти працюватимуть у невеликих командах по 3-4, щоб обдумати рішення та намалювати схему запланованої сортувальної машини на папері. Потім кожна команда приймає рішення про свої найкращі ідеї та по черзі ділиться своїми ідеями з класом.
• Як клас проголосуйте за найкращі ідеї команд. Обрати по одному члену від кожної команди, щоб разом працювати над створенням сортувальника на основі найкращих найкращих ідей. Решта учнів спостерігають і консультують будівельну команду.
• Команда дизайнерів представляє дизайн та демонструє сортувальну машину.

Роздуми студентів (інженерний зошит)

1. Які характеристики (магнетизм, вага тощо) кожного виду вторинної переробки дозволяли сортувати? Які ще характеристики та методи сортування, на вашу думку, можна використовувати?
2. Як ви гадаєте, наскільки важливими були б людські очі та руки для однопотокового процесу сортування? Як ви думаєте, коли і для яких матеріалів люди найбільше потрібні?
3. Враховуючи переваги та недоліки однопотокової переробки, чи вважаєте ви, що це варта система? Чому чи чому б ні?
4. Як ви думаєте, що можна зробити для поліпшення переробки там, де ви живете?

Урок можна зробити лише за 1 клас для старших учнів. Однак, щоб допомогти студентам почуватися поспішно і забезпечити успіх студентів (особливо для молодших школярів), розділіть урок на два періоди, що дає студентам більше часу на мозковий штурм, перевірку ідей та доопрацювання їх дизайну. Проведіть тестування та опис у наступному класі.

• Шлюпка: Крутий, вузький схил, по якому речі можуть ковзати.
• Обмеження: Обмеження матеріалом, часом, розміром команди тощо.
• Стрічка конвеєрна: Суцільна рухома стрічка тканини, гуми або металу, що використовується для переміщення предметів з одного місця в інше.
• Критерії: Умови, яким повинен відповідати дизайн, як загальний розмір тощо.
• Інженери: Винахідники та вирішувачі проблем світу. Двадцять п’ять основних спеціальностей визнані в машинобудуванні (див. Інфографіку).
• Процес інженерного проектування: Технологічні інженери використовують для вирішення проблем.
• Інженерні звички розуму (EHM): Шість унікальних способів мислення інженерів.
• Ітерація: Тест та редизайн - це одна ітерація. Повторити (кілька ітерацій).
• Установа з відновлення матеріалів (MRF): Установа, де матеріали для вторинної переробки відокремлюються конвеєрними стрічками та різними методами розділення. Як тільки матеріали відокремлюються, їх збирають разом і продають для повторного використання.
• Прототип: Робоча модель рішення, що перевіряється.
• Переробка: Практика повторного використання матеріалів у існуючих продуктах для створення нових.

Інтернет-з'єднання

• Як працює Механізм відновлення матеріалів (MRF)?
• PBS NewsHour: Чому б вам не переробляти поліетиленові пакети вдома
• Екскурсія на об'єкті переробки вторинної сировини Casella
• Проект Балтіморського набережного сміттєвого колеса
• Сортувати чи не сортувати? Це питання переробки
• Однопоточна переробка легше для споживачів, але чи краще?
• Завдяки переробці «одного потоку» зручність коштує платно

Рекомендована література

• Див.Внутрішня переробка та сміття Алекса Фріта (ISBN: 978-1409507413)
• Відстеження сміття: Флотсам, Джетсам та наука про рух океану (Вчені в польовій серії) Лорі Гріффін Бернс (ISBN: 978-0547328607)
• Plastic, Ahoy !: Дослідження великого тихоокеанського сміття Патрісі Ньюман та Енні Кроулі (ISBN: 978-1467712835)
• Що за відходи: сміття, переробка та захист нашої планети Джес Френс (ISBN: 978-1465481412)

Письмова діяльність

Проект Балтіморського сміттєвого колеса, відомий як ласкаво, називається «Містер сміттєве колесо», використовує поворотне колесо, щоб вичерпати сміття та сміття з води та зібрати їх у баржу для смітника. Течія з річки Джонс-Фоллз, яка впадає в гавань, приводить у дію сміттєве колесо. У дні, коли струм недостатньо сильний, щоб повернути колесо, сонячні панелі забезпечують резервне живлення. Містер Сміттєве колесо зібрав понад 999 тонн сміття з 9 травня 2014 р. Які частини проекту «Сміттєве колесо гавані Балтімора», на вашу думку, є найбільш корисними та важливими? Чому, на вашу думку, це так важливо для такого міста, як Балтімор? Подумайте, де ви живете. Чи є у вашій громаді райони, де можна використовувати винахідливу машину для чищення? Яку прибиральну машину ви б створили, щоб допомогти своїй громаді? Яку користь це принесло б? З якими викликами він зіткнеться?

Вирівнювання навчальних програм

Примітка: Плани уроків у цій серії узгоджуються з одним або кількома з наступних наборів стандартів:

• Наукові стандарти наступного покоління США (www.nextgenscience.org)
• Загальноосновні державні стандарти США з математики (www.corestandards.org/Math)
• Стандарти Міжнародної асоціації технологічної освіти щодо технологічної грамотності (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• Асоціація викладачів інформатики K-12 Стандарти комп'ютерних наук (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Наукові стандарти наступного покоління

K-ESS3-3 Діяльність Землі та людини

• Надайте рішення, які зменшать вплив людини на землю, воду, повітря та / або інші живі істоти в місцевому середовищі.

MS-LS2-5 Екосистеми: взаємодія, енергія та динаміка

• Оцініть конкурентні дизайнерські рішення для підтримання біорізноманіття та екосистемних послуг

ETS1: Інженерне проектування 

• ETS1.A: Визначення та розмежування інженерної проблеми
• ETS1.B: Розробка можливих рішень
• ETS1.C: Оптимізація дизайнерського рішення

ETS2: Зв'язки між машинобудуванням, технологіями, наукою та суспільством

• ETS2.A: Взаємозалежність науки, техніки та технології
• ETS2.B: Вплив техніки, технологій та науки на суспільство та природний світ

Стандарти технологічної грамотності - всі віки

Природа технологій

• Стандарт 3. Студенти розвинуть розуміння взаємозв’язків між технологіями та зв’язків між технологіями та іншими галузями дослідження.

Технологія та суспільство

• Стандарт 5. Студенти розвинуть розуміння впливу технологій на навколишнє середовище.

дизайн

• Стандарт 9: Студенти розвинуть розуміння інженерного проектування.
• Стандарт 10: Студенти розвинуть розуміння ролі усунення несправностей, досліджень та розробок, винаходів та інновацій та експериментів у вирішенні проблем.

Здібності для технологічного світу

• Стандарт 11: Студенти розвиватимуть здатність застосовувати процес проектування.
• Стандарт 13. Студенти розвиватимуть здібності оцінювати вплив продуктів та систем.

В одній потоковій системі вторинної переробки серія машин використовується для сортування змішаної вторинної сировини за їх правильними категоріями. У цій діяльності ви будете працювати в команді та як клас над розробкою системи для сортування змішаних вторинних сировинних матеріалів (пластмас, скла, сталевих банок та паперу) за чотирма категоріями.

1) Працюючи в командах по 3 чи 4, обмірковуйте способи відокремлення кожного виду вторинної сировини від змішаного сміттєвого ящика. Ви повинні сміливо вставати та вивчати різні наявні матеріали. Ваша команда може допомогти запустити систему, діючи як частина машини (студенти можуть тягнути матеріали на конвеєр, набивати та перемішувати матеріали тощо), але ви не можете безпосередньо впоратися із вторсировиною. Папір, що підлягає вторинній переробці, також повинен залишатися сухим.

2) У команді виберіть найкращі ідеї для виділення кожного виду вторинної переробки. Потім об’єднайте ці ідеї разом, щоб створити повну систему сортування всього сміттєвого ящика.

3) Намалюйте свій дизайн і презентуйте плани вашої команди класу.

4) Клас проголосує за найкращі ідеї та створить новий, остаточний дизайн.

5) Призначений член кожної команди працюватиме над створенням цієї системи, використовуючи наявні матеріали.

6) Будівельна команда перевірить систему. Подивіться, як працює система.

7) Обговоріть з класом, що працювало, а що ні. Мозковий штурм шляхів вдосконалення системи та прийняття рішення про необхідність змін.

8) Будівельна команда внесе зміни та протестує вдосконалену систему.

9) Обговоріть з класом, що працювало, а що ні. Які зміни допомогли вдосконалити систему? Які зміни не відбулися? Якби ви збиралися створити третю версію, які б інші зміни ви внесли?

2) Наскільки важливим, на вашу думку, будуть людські очі та руки для однопотокового процесу сортування? Як ви думаєте, коли і для яких матеріалів люди найбільше потрібні?

3) Враховуючи переваги та недоліки однопотокової переробки, чи вважаєте ви, що це варта система? Чому чи чому б ні?

4) Що, на вашу думку, можна зробити для поліпшення переробки там, де ви живете?