Το 4ο Γυμνάσιο Κοζάνης κατέκτησε την πρώτη θέση στον 10ο Περιφερειακό διαγωνισμό ρομποτικής!

Οι μαθητές του 4ου Γυμνασίου Κοζάνης Κωνσταντίνος Βρόντζος, Αθανάσιος Βότσης και ο μαθητής Τριανταφύλλου Ηλίας του 3ου ΓΕΛ Κοζάνης, με τις οδηγίες και τον συντονισμό του προπονητή κ. Σκόρδα Ιωάννη, εκπαιδευτικό Πληροφορικής του 4ου Γυμνασίου Κοζάνης, καθώς και την σημαντική συμβολή του κ. Παπαδόπουλου Δημήτρη (Υπεύθυνος εργαστηρίου του 1^ου Ε.Κ., εκπαιδευτικός ηλεκτρονικής που υπηρετεί στο 1^ο ΕΠΑΛ Κοζάνης), υλοποίησαν αυτόνομο και βοηθητικό σύστημα παρακολούθησης μετεωρολογικών παραμέτρων, ατμοσφαιρικής ρύπανσης και δείκτη ποιότητας του αέρα για την περιοχή της Κοζάνης σε πραγματικό χρόνο (real time) μέσω Arduino Nano esp32.

ΙΔΕΑ-ΒΑΣΙΚΟΙ ΑΞΟΝΕΣ

Η Κοζάνη, λόγω της παραγωγής ενέργειας μέσω της καύσης λιγνίτη, αντιμετωπίζει προκλήσεις σχετικά με την ατμοσφαιρική ρύπανση. Από την άλλη πλευρά οι καύσωνες και οι ακραίες μετεωρολογικές συνθήκες έχουν άμεσες επιπτώσεις στη δημόσια υγεία και την ασφάλεια των κατοίκων της Κοζάνης. Σύμφωνα με τα παραπάνω προβλήματα, η κεντρική ιδέα ήταν να δημιουργήσουμε ένα ρομποτικό σύστημα που θα μπορούσε να παρακολουθεί συνεχώς την ποιότητα του αέρα και των μετεωρολογικών παραμέτρων, με σκοπό την παραγωγή πολύτιμων δεδομένων που θα βοηθήσει στην ανάλυση και τη διαχείριση των παραπάνω προβλημάτων.

Το ρομποτικό σύστημα εξασφαλίζει την συλλογή αξιόπιστων δεδομένων, την πρόβλεψη και παρακολούθηση ανάλογων συνθηκών, συμβάλλοντας σημαντικά στην προετοιμασία και την προστασία του πληθυσμού. Τα δεδομένα που θα συλλέγονται από το ρομποτικό σύστημα βοηθούν την επιστημονική κοινότητα παρέχοντας πολύτιμες πληροφορίες με κλιματικά δεδομένα.

Με την ενσωμάτωση του ηλιακού πάνελ και μπαταρίας, το σύστημα εξοικονομεί ηλεκτρική ενέργεια, ενώ αποκτά την ικανότητα λειτουργίας για μεγάλες χρονικές περιόδους χωρίς την ανάγκη για εξωτερική πηγή ενέργειας ή συχνή επαναφόρτιση. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για την αξιόπιστη λειτουργία του συστήματος σε απομακρυσμένες ή δυσπρόσιτες τοποθεσίες, όπου η πρόσβαση σε παραδοσιακές πηγές ενέργειας μπορεί να είναι περιορισμένη ή αδύνατη. Η ηλιακή ενέργεια παρέχει μια βιώσιμη και περιβαλλοντικά φιλική λύση, ενισχύοντας την αυτονομία του συστήματος χωρίς να επιβαρύνει το περιβάλλον με πρόσθετες εκπομπές ή απόβλητα. Επιπλέον, η φορητότητα είναι ένας άλλος κρίσιμος παράγοντας που λάβαμε υπόψη, καθώς το σύστημα θα μπορεί πλέον να μεταφερθεί και να εγκατασταθεί με ευκολία σε διάφορες τοποθεσίες, ανεξάρτητα από τη διαθεσιμότητα πρόσβασης σε ηλεκτρικό δίκτυο. Με αυτό τον τρόπο έχουμε ευέλικτη προσαρμογή του συστήματος σε μεταβαλλόμενες ανάγκες παρακολούθησης ή έρευνας, καθώς και τη δυνατότητα να καλυφθούν περισσότερες περιοχές και να συλλεχθούν αντιπροσωπευτικά δεδομένα για την περιοχή της Κοζάνης.

Επίσης, άλλος ένας άξονας της ιδέας ήταν ότι καταλήξαμε στην λύση ηλεκτρονικής πλακέτας (PCB κύκλωμα) για λόγους εργονομίας και αποσυμφόρησης των υλικών. Επιπλέον, χρησιμοποιήσαμε έναν μικροεπεξεργαστή μικρών διαστάσεων (Arduino nano esp 32) ο οποίος έχει την δυνατότητα ενσωματωμένου Wi-Fi module, εύκολης πρόσβασης σε βιβλιοθήκες και χρήση της διαδεδομένης γλώσσας προγραμματισμού C++. Χρησιμοποιήσαμε τον αισθητήρα χαμηλού κόστους MQ-7 (μέτρηση του μονοξειδίου του άνθρακα) και τον οικονομικό αισθητήρα AHT-20 (μέτρηση θερμοκρασίας και υγρασίας). Τοποθετήσαμε buzzer και led ταινία RGB, προκειμένου να έχουμε ηχητική και οπτική προειδοποίηση για την έγκαιρη ενημέρωση των πολιτών όταν οι τιμές του μονοξείδιου του άνθρακα είναι σε επικίνδυνα επίπεδα. Χρησιμοποιήσαμε ένα GSM module για την απομακρυσμένη προειδοποίηση των πολιτών σε μορφή μηνύματος SMS. Τέλος, προσθέσαμε στο σύστημα μας ένα LCD panel, υψηλής ανάλυσης, έτσι ώστε να έχουμε real-time απεικόνισή των δεδομένων μας στο αυτόνομό σύστημα (σταθμός μετρήσεων).

Ένας άλλος άξονας που σκεφθήκαμε και υλοποιήσαμε είναι ότι το σύστημα θα πρέπει να παρακολουθεί και να καταγράφει τον δείκτη ποιότητας του αέρα με σκοπό την άμεση ενημέρωση των πολιτών για την κατάσταση της ποιότητας του αέρα με πληροφορίες για α) τα επίπεδα ρύπανσης χρησιμοποιώντας χαρακτηρισμό (καλή, μέτρια, Ανθυγιεινή για ευαίσθητες ομάδες, Ανθυγιεινή, Πολύ Ανθυγιεινή, Επικίνδυνη), και ειδικές πληροφορίες β) για τις συνέπειες στην υγεία του πληθυσμού και του περιβάλλοντος που επικρατούν στην περιοχή της Κοζάνης. Για τον υπολογισμό του δείκτη υιοθετήσαμε το αμερικάνικο πρότυπο (US-EPA).

Επιπλέον, το αυτόνομο σύστημα επικοινωνεί με το βοηθητικό σύστημα που δημιουργήσαμε μέσω της πλατφόρμας Arduino IoT Cloud,  αυξάνοντας σημαντικά τις δυνατότητες επικοινωνίας του συστήματος. Αυτό το χαρακτηριστικό παρέχει την δυνατότητα μετάδοσης δεδομένων ασύρματα σε πραγματικό χρόνο, επιτρέποντας την απομακρυσμένη πρόσβαση και ανάλυση των δεδομένων που συλλέγονται. Αυτή η λειτουργικότητα είναι ιδιαίτερα σημαντική για την έγκαιρη αντίδραση σε μεταβολές των μετεωρολογικών συνθηκών, τη βελτίωση των μέτρων ασφάλειας και την υποστήριξη των ερευνητικών στόχων με σκοπό την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής.

Για την κατανόηση και αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής στην Κοζάνη η ομάδα διαθέτει κλιματικά δεδομένα πριν από είκοσι χρόνια για την σύγκριση και παρατήρηση με τα τωρινά δεδομένα, που στόχο έχει την αντιμετώπισή των φαινομένων (ρύπανσης και μετεωρολογικών δεδομένων). Λάβαμε τα κλιματικά δεδομένα από τον ομότιμο Καθηγητή κ. Τριανταφύλλου Αθανάσιο, υπεύθυνο του Εργαστηρίου Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης και Περιβαλλοντικής Φυσικής (Ε.Ρ.-ΠΕ.ΦΥ.) του Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας.

Μετά από συζητήσεις της ομάδας, καταλήξαμε ότι το ρομποτικό σύστημα θα πλαισιωθεί με μια μακέτα τρισδιάστατων αντικείμενων του ΑΗΣ ΔΕΗ και της Κοζάνης. Συγκεκριμένα, οι μαθητές της ομάδας εκπαιδεύθηκαν σε 3D σχεδιασμό και εκτύπωση στον φορέα «Πόλος Εκπαιδευτικής Καινοτομίας-Κοζάνη» από τον υπεύθυνο κ. Γκιάτα Ιωάννη, ενώ στην συνέχεια υλοποιήσανε την σχεδίαση τρισδιάστατων αντικειμένων και έπειτα τα εκτυπώσανε. Στη συνέχεια, με τις πολύτιμες συμβουλές-οδηγίες της κ. Νατάσα Τσουκαλά (καθηγήτρια εικαστικών) οι μαθήτριες Κοντού Ιωάννα και Παπαθανασίου Ματίνα χρωμάτισαν τα αντικείμενα, χρησιμοποιώντας σπρέι γυαλιστικό δίνοντας λάμψη, ενώ για τις λεπτομέρειες χρησιμοποιήσανε πινέλο για ρεαλιστική εμφάνιση. Τέλος, στην επιφάνεια της μακέτας οι μαθήτριες χρωματίσανε τοπία, χωμάτινους (ΑΗΣ-ΔΕΗ) και ασφαλτοστρωμένους (Κοζάνη) δρόμους και στη συνέχεια στερεώσανε τα 3D-αντικείμενα στην μακέτα με σιλικόνη.

Να αναφέρουμε πως η επεξεργασία του βίντεο (παραδοτέο) έγινε μέσω της εφαρμογής «ΥouCut» από το κινητό η οποία είναι διαθέσιμη μέσω play store: ΥouCut, ενώ η αφίσα δημιουργήθηκε μέσω της εφαρμογής κινητού «Polish», και είναι διαθέσιμη στην ιστοσελίδα Polish

Σύμφωνα με τα παραπάνω, με την εφαρμογή του συγκεκριμένου συστήματος οι αρμόδιες αρχές έχουν την δυνατότητα να προχωρήσουν προς την επίτευξη των περιβαλλοντικών στόχων που έχουν θέσει, μειώνοντας την ατμοσφαιρική ρύπανση, καθώς και την αρνητική επίδραση των μετεωρολογικών φαινομένων, με σκοπό την  αναβάθμιση της ποιότητας ζωής των κατοίκων της.

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΡΟΜΠΟΤΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ

Το αυτόνομο σύστημα έχει το πλεονέκτημα ότι τροφοδοτείται από το ηλιακό πάνελ που συλλέγει ηλιακή ενέργεια. Ο μικροεπεξεργαστής συλλέγει τις μετρήσεις θερμοκρασίας, υγρασίας και μονοξειδίου του άνθρακα από τους αισθητήρες και στην συνέχεια πραγματοποιείται η επεξεργασία των μετρήσεων μέσω κώδικα (βαθμονόμηση-αξιοπιστία, υπολογισμός δείκτη ποιότητας αέρα). Έπειτα οι μετρήσεις μεταδίδονται κάθε δευτερόλεπτο στην α) ειδική οθόνη LED (μέσω κώδικα απεικονίζονται τα δεδομένα σε γραφικό περιβάλλον) και στο β) απομακρυσμένο βοηθητικό σύστημα Arduino ΙoΤ Cloud μέσω Wi-Fi, λαμβάνοντας και καταγράφοντας με αυτό τον τρόπο τις μετρήσεις ώστε να ενημερώνονται οι πολίτες άμεσα για τις μετεωρολογικές συνθήκες και την κατάσταση της ρύπανσης στην περιοχή της Κοζάνης. Σε περίπτωση που τα επίπεδα ρύπανσης είναι επικίνδυνα, μέσω κώδικα ενεργοποιείται η οπτική (led με χρωματική κλίμακα) και ηχητική (Buzzer) προειδοποίηση στους πολίτες της Κοζάνης, ενώ ταυτόχρονα το αυτόνομο σύστημα στέλνει sms (όπως το 112 για έκτακτες ανάγκες) ειδοποιώντας απομακρυσμένα τους κατοίκους της Κοζάνης για τις έκτακτες συνθήκες που επικρατούν εκείνη την στιγμή στην περιοχή.

ΛΥΣΕΙΣ ΡΟΜΠΟΤΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ

Πρόκειται για ένα καινοτόμο ρομποτικό σύστημα που θα συμβάλλει στην:

• Ενεργό συμμετοχή και εκπαίδευση των πολιτών μέσω εκστρατειών ενημέρωσης και εκπαίδευσης για τη σημασία της βιώσιμης διαβίωσης και της προστασίας του περιβάλλοντος. Η αυξημένη συνειδητοποίηση και εκπαίδευση μπορεί να οδηγήσει σε αλλαγές στις καθημερινές συνήθειες που έχουν άμεσο αντίκτυπο στη μείωση των εκπομπών αέριων ρύπων.
• Πολιτική δράση η οποία περιλαμβάνει την υιοθέτηση και εφαρμογή νομοθεσιών και πολιτικών που στοχεύουν στη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και την προώθηση της βιώσιμης ανάπτυξης​​. Οι κυβερνήσεις μπορούν να ενθαρρύνουν την ανάπτυξη πράσινης ενέργειας και να θεσπίσουν πρότυπα ενεργειακής απόδοσης.
• Καινοτομία και τεχνολογία όπου είναι κρίσιμες για τη μετάβαση σε ένα βιώσιμο ενεργειακό μοντέλο​, περιλαμβάνοντας την ανάπτυξη και εφαρμογή τεχνολογιών ανανεώσιμης ενέργειας, όπως η ηλιακή, η αιολική και οι τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας. Η επένδυση σε έρευνα και ανάπτυξη των νέων τεχνολογιών μπορούν να συμβάλλουν στη μείωση των εκπομπών αέριων ρύπων για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής.