基于太陽能的水面垃圾智能清潔船

問題提出

假期，我們去海邊趕海，發現海里垃圾好多，有些掃興又有些擔憂。后來，我們去觀察湖泊，發現情況也差不多。

大連是一座美麗的海濱城市，既是旅游的好去處，也是經濟文化發展的重地，所以保護環境可是重中之重。我們于是就想，能不能設計一款利用太陽做動力、行動靈活的水面垃圾智能清潔船呢？

研究過程

我們這個作品的整個設計過程可以分為3個階段。

第一個階段的目標是確定船體結構，以便實現作品在湖泊與海洋穩定航行。我們第一代作品是一艘木船，因為木船質量太大，航行距離短，無法順利完成清潔任務，所以我們想到了3D打印。相對木船，3D打印材料輕，做出的船體質量小，航行的距離也更遠，并且容易調整方向。

經過討論和查閱資料，我們最終決定采用雙體船的結構。雙體船興波阻力小，水上面積大，船底中間的空當可以作為小型垃圾的通道，而且在相同受風情況下有更好的穩定性。

第二個階段的目標是確定供能方式。考慮到環保要求，我們計劃采用清潔的能源，清理垃圾的同時做到長續航、污染小。我們考慮了多種能源形式，如風能、太陽能、水能，以及天然氣等，但經過試驗與安全性考量，最終我們選定了太陽能作為主要能源方式。

經過測試，我們發現，在天氣情況不好時，只裝配太陽能電池板的船只航行能力受到限制，必須有備用能源。在老師的建議下，我們將蓄電池作為備用能源。天氣較好、光照充足時，太陽能會為船只提供動力，并為蓄電池充電；光照不足時，蓄電池會提供動力。將太陽能轉化為電能，電能轉換成動能，這樣就能在降低能源消耗的同時，保證船只連續工作。

第三個階段的目標是研究垃圾清理裝置。水面上并不是風平浪靜的，并且垃圾的形式多種多樣，常見的包括生活垃圾、植被垃圾和工業垃圾。如何最大限度地收集、清理垃圾呢？我們想到了在船尾設置一張拖網，打撈垃圾。一開始，我們選擇了方便購買的小型捕魚網，并在下面安裝泡沫增加浮力，但經過測試發現，拖網一旦拖住較重的垃圾就會沉下去。我們帶著問題請教老師，老師指導我們查閱了大量資料，了解到一種塑料養殖網，硬度較高。我們找到塑料養殖網進行測試，發現符合設計要求，我們又把網下的泡沫更換成PVC管，這樣就能夠讓拖網浮力更大，在拖住較重的垃圾時也不會下沉。

就這樣，我們完成了清潔船的總體設計，之后又豐富很多細節，比如對拖網的位置進行調整、安裝藍牙以便更靈活地遙控船只、調整太陽能電池板的位置等。經過這一番完善，一款能源清潔、靈活度高的水面垃圾智能清潔船就此誕生，我們兩個興奮極了。

（本作品榮獲第七屆中國上海國際發明創新展覽會金獎。作者：遼寧省大連市甘井子區金家街第二小學學生：指導教師：李靜波、賈陽）