RED·SiLIX – Εξόρυξη Πυριτίου στον Άρη για την Παραγωγή Ηλιακών Κυττάρων – Πανελλήνιος Διαγωνισμός STEM & Εκπαιδευτικής Ρομποτικής 2025

Η ομάδας μας με την ονομασία “RED·SiLIX” συστάθηκε στα πλαίσια της συμμετοχής μας στον φετινό Πανελλήνιο Διαγωνισμό Εκπαιδευτικής Ρομποτικής “STEM 2025” με θεματική τον εποικισμό του πλανήτη Άρη. Αποτελείται από τέσσερις ενθουσιώδεις μαθητές της Α’ Δημοτικού: τον Γιώργο, τον Παύλο, τον Σωκράτη και την  Εμμέλεια.

Αφού μελετήσαμε αρκετές πληροφορίες για τις συνθήκες που επικρατούν στον Άρη και τις προκλήσεις και τις δυσκολίες που παρουσιάζονται για την υποστήριξη της ανθρώπινης διαβίωσης εκεί, εμπνευστήκαμε να δημιουργήσουμε ένα project που θα αφορά το στάδιο της προετοιμασίας της μελλοντικής αποικίας από ρομποτικούς μηχανισμούς και συγκεκριμένα επιλέξαμε να δουλέψουμε με τον τομέα της Ενέργειας.

Ο Άρης είναι ο 4ος στη σειρά εσωτερικός πλανήτης του ηλιακού μας συστήματος. Δημιουργήθηκε πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια με τον ίδιο τρόπο που σχηματίστηκαν και οι υπόλοιποι πλανήτες και έχει σύσταση βραχώδη, έχει δηλ. στέρεο έδαφος όπως και η Γη. Το υπέδαφος του Άρη είναι πλούσιο σε ορυκτά και μέταλλα, όπως και της Γης και εμείς εστιάσαμε στο πυρίτιο που υπάρχει και στον Άρη σε μεγάλη αφθονία. Κατασκευάσαμε έτσι 3 διαφορετικούς μηχανισμούς, αποτελούμενους από τουλάχιστον 2 απλές μηχανές ο καθένας, για την εξόρυξη του πυριτίου από την επιφάνεια του Άρη και τη μεταφορά του σε κοντινές μονάδες παραγωγής φωτοβολταϊκών συστημάτων.

 

1ος ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ

ΑΡΕΙΟΘΡΑΥΣΤΗΣ – ΡΟΜΠΟΤΙΚΟ ΓΕΩΤΡΥΠΑΝΟ

ΣΤΟΧΟΣ: ΕΞΟΡΥΞΗ ΠΥΡΙΤΙΟΥ ΑΠΟ ΤΟ ΥΠΕΔΑΦΟΣ ΤΟΥ ΑΡΗ

 

Η σύσταση του Άρη παρουσιάζει πολλές ομοιότητες με αυτή της Γης. Όπως η Γη, έτσι και ο Άρης διαθέτει πλούσια κοιτάσματα πυριτίου (το χημικό στοιχείο με το σύμβολο Si) στην επιφάνεια και το υπέδαφός του. Το πυρίτιο στη φύση απαντάται κυρίως σε μορφή ορυκτών και είναι γνωστό στον άνθρωπο από τα αρχαία χρόνια. Με πυρόλιθους, όπως τους ονόμασαν, έφτιαχναν 500.000 χρόνια πριν, κατά την Παλαιολιθική εποχή, απλά εργαλεία, ενώ 20.000 χρόνια πριν, κατά τη Νεολιθική εποχή, έφτιαχναν μαχαίρια και αιχμές για τα βέλη τους. Στη σημερινή εποχή, από πυρίτιο, μεταξύ άλλων, φτιάχνουμε ημιαγωγούς με τους οποίους κατασκευάζουμε “τσιπάκια” σε εκπληκτικά μικρό μέγεθος και με ασύλληπτες δυνατότητες που χρησιμοποιούνται σε όλες τις ηλεκτρονικές συσκευές, όπως επίσης και φωτοβολταϊκά κύτταρα, τα οποία χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από την ηλιακή ακτινοβολία.

Δεδομένων των συνθηκών στην επιφάνεια του Άρη, η εκμετάλλευση των κοιτασμάτων του πυριτίου  προαπαιτεί την κατασκευή ειδικών μη επανδρωμένων μηχανημάτων, προσαρμοσμένων στις απαιτήσεις του Αρειανού περιβάλλοντος.  Σκεφτήκαμε λοιπόν με την ομάδα μας να κατασκευάσουμε τους μηχανισμούς που εξυπηρετούν την εξόρυξη, την μεταφορά και την επεξεργασία του πυριτίου στον Κόκκινο Πλανήτη.

Ο πρώτος μηχανισμός που κατασκευάσαμε λοιπόν είναι ένα ρομποτικό γαιοτρύπανο που το ονομάσαμε “ΑΡΕΙΟΘΡΑΥΣΤΗ”.  Ο ρόλος του είναι να σπάει πετρώματα στην επιφάνεια του Άρη για να μπορούν από εκεί να εξορυχτούν τα ορυκτά που περιέχουν το πυρίτιο.

Αποτελείται από μπαταριοθήκη, διακόπτη, έναν μικρό μοχλό που διευκολύνει τον έλεγχο του διακόπτη, 6 ρόδες, κινητήρα, γρανάζια, αλυσίδα, δοκούς και το “τρυπάνι”. Η αλυσίδα μεταφέρει την κίνηση με γρανάζια από τον κινητήρα στις δοκούς.

Εαν κάνω τον μοχλό μπροστά το τρυπάνι ξεκινάει να λειτουργεί σπάζοντας τα πετρώματα στην επιφάνεια του Άρη και όταν επαναφέρω το μοχλό στη μέση, ο μηχανισμός σταματάει τη λειτουργία του.

Οι απλές μηχανές που χρησιμοποιήσαμε είναι: τροχός με άξονα, μοχλός, και γρανάζια. Τα 2 μεγάλα γρανάζια χρησιμοποιούνται σαν μοχλοί που μετατρέπουν την κυκλική κίνηση σε παλινδρομική.

 

2ος ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ

ΑΝΑΤΡΕΠΟΜΕΝΟ ΡΟΜΠΟΤΙΚΟ ΦΟΡΤΗΓΟ

ΣΤΟΧΟΣ: ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΠΥΡΙΤΙΟΥ ΣΕ ΜΟΝΑΔΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ

Ο δεύτερος μηχανισμός που κατασκευασάμε είναι ένα ανατρεπόμενο ρομποτικό φορτηγό. Ο ρόλος του είναι να μεταφέρει τα ορυκτά που περιέχουν πυρίτιο από τα λατομεία, στη Μονάδα Επεξεργασίας, όπου θα κατασκευάζονται τα ηλιακά πάνελ.

Αποτελείται από 6 ρόδες συνδεδεμένες με τέτοιο τρόπο που να μπορεί να κινείται με ευκολία στην επιφάνεια του Άρη, όπως τα rover. Διαθέτει επίσης  μπαταριοθήκη και διακόπτη με μοχλό πουν ελέγχουν τον κινητήρα,  κινητήρα και ατέρμονα κοχλία με γρανάζι για τον ανατρεπόμενο μηχανισμό καθώς και καρότσα.

Εάν κάνω τον μοχλό μπροστά η καρότσα θα σηκώνεται και θα αδειάζει τα ορυκτά στη Μονάδα Επεξεργασίας, ενώ αν κάνω το μοχλό πίσω, η καρότσα θα επαναφέρεται σε οριζόντια θέση.

Οι απλές μηχανές που χρησιμοποιήσαμε είναι: τροχός με άξονα, μοχλός που απλά ελέγχει τον διακόπτη, γρανάζι, βίδα (ο ατέρμονας κοχλίας) και κεκλιμένο επίπεδο που είναι η καρότσα που αδειάζει τα ορυκτά.

 

3ος ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ

ΜΟΝΑΔΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΠΥΡΙΤΙΟΥ

ΣΤΟΧΟΣ: ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΩΝ ΠΑΝΕΛ

H εκμετάλλευση του πυριτίου στον Άρη μπορεί να προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα για τις μελλοντικές αποικίες. Οι αποικίες θα μπορούν να διαθέτουν τα δικά τους ηλιακά κύτταρα και συνεπώς την απαιτούμενη ενέργεια για τη συντήρησή τους, μειώνοντας την εξάρτηση από τη Γη ενώ ταυτόχρονα η ηλιακή ενέργεια είναι μια αστείρευτη, καθαρή και βιώσιμη πηγή ενέργειας, ιδανική για τις συνθήκες του Άρη και πλήρως εναρμονισμένη με τους 17 Στόχους Βιώσιμης Ανάπτυξης της UNESCO (Στόχος 7 · Φθηνή και καθαρή ενέργεια).

Ο τρίτος μηχανισμός λοιπόν που κατασκευάσαμε είναι μια Μονάδα Επεξεργασίας Πυριτίου και Παραγωγής Ηλιακών Πάνελ. Αποτελείται από μπαταριοθήκη με διακόπτη, κινητήρα, μια ειδική κατασκευή για την υποδοχή των ορυκτών και τροχαλίες με κορδόνι που σχηματίζουν έναν κυλιόμενο διάδρομο για την εισαγωγή των ορυκτών του πυριτίου στην μονάδα επεξεργασίας από τη μία μεριά και την εξαγωγή των ηλιακών κυττάρων που θα παράγονται από το πυρίτιο από την άλλη μεριά την μονάδας.

Εάν κάνω τον διακόπτη αριστερά οι τροχαλίες ενεργοποιούνται και

οι 2 κυλιόμενοι διάδρομοι ξεκινούν τη λειτουργία τους και αν επαναφέρω το διακόπτη στο κέντρο το σύστημα σταματάει να λειτουργεί.

Οι απλές μηχανές που χρησιμοποιήσαμε είναι: κεκλιμένο επίπεδο και τροχαλίες.

Με τη βοήθεια λοιπόν ρομποτικών μηχανισμών, σαν αυτούς που προτείνει η ομάδα μας, μπορούμε να προετοιμάσουμε την κατασκευή και την υποστήριξη της λειτουργίας των μελλοντικών αποικιών στον Άρη, ώστε να είναι σε θέση να εξασφαλίσουν τη μακροχρόνια διαβίωση του ανθρώπου εκτός από τη Γη και στον γείτονα πλανήτη.

 

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ

ΣΚΑΡΙΦΗΜΑΤΑ

Η ΟΜΑΔΑ

 

Βασικοί Διδακτικοί Στόχοι του Project: σχεδιασμός και υλοποίηση project, λήψη αποφάσεων, τήρηση χρονοδιαγράμματος, επίλυση προβλήματος, έρευνα, ανάλυση,  μηχανισμοί, απλές μηχανές, παρουσίαση έργου, δημιουργικότητα, 4Cs, αισθητική, φαντασία, επικοινωνία, συμμετοχή, συνεργασία, ενίσχυση αυτοπεποίθησης