JCN: Vector Equilibrium Food Computer Concept V60.s - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Hallo en welkom.

Dit is een inzending voor een professionele categorie.

Ik heb twee belangrijke doelen gesteld bij het aannemen van dit project. Mijn prioriteiten zijn afgeleid van de teleconferenties met de NASA-wetenschappers en anderen. Mijn take-aways van deze sessies waren om creatief te denken en PLEZIER te hebben!

De inspanning lijkt minder te gaan over het kweken van planten en meer over het kweken van planten EN het minimaliseren van het nuttige gewicht. Zo heb ik alles weggelaten wat niet helemaal nodig was voor de conceptfase. Dit hield ook het budget laag en de esthetiek zeer minimaal … zeer jaren 60 mod. Misschien heel Harry Lange; hij was een van de belangrijkste ontwerpers voor NASA die de concepttekeningen en sets ontwikkelde voor films als "2001: A Space Odyssey". Ik had ook het doel om zoveel mogelijk van de methoden en machines te gebruiken die mijn makerruimte toestaat. Dit jaar ligt mijn focus op elektronica en robotica.

Sla is erg vergevingsgezind. Het doet het goed bij weinig licht, heeft weinig voedingsstoffen nodig en gedijt bij koele temperaturen. Het groeit ook snel en kan worden genoten tijdens een knip- en groeiroutine. Sla reageren op epigenetisch niveau dramatisch op verschillende verlichting.

Misschien is de titel wat cryptisch: HAL>IBM>JCN JCN heeft nog geen betekenisvol anagram.

De Vector Equilibrium is Buckminster Fuller's hernoemen van de cuboctaëder; zijn favoriete Archimedian-vaste stof.

En personal food computers is een project van MIT's Media Lab en hun inspanningen op het gebied van OpenAg-databank. Ik ben van plan om hun software en elektronische ontwerpen te gebruiken en hen te voorzien van mijn verzamelde gegevens. Het project is open source en loopt.

Stap 1: 2D-conceptdiagrammen

Voordat ik als ingenieur of misschien tuinman over het project nadacht, heb ik het kubusvolume overwogen met conceptuele analytische methoden.

Mijn eerste instinct was om het ontwerp vanuit het middelpunt naar buiten te "groeien". Dit idee leek werkbaar en waardig voor verdere verkenning en ontwikkeling.

De diagrammen stellen constructielijnen vast en vertegenwoordigen concepten van irrigatie, verlichting en ventilatie. En ze zijn een beetje zoals 60s minimalistisch, mod en pop art. Het vierkant van 500 x 500 mm wordt opgezet en vormt een cirkelafmeting van 175 mm.

Stap 2: 3D-conceptdiagrammen

Gedurende vele honderden jaren hebben wiskundigen geometrische vormen en hun onderling gerelateerde kenmerken onderzocht. Mijn favoriete klassieker is J. Kepler's model van het zonnestelsel uit 1597 in zijn "Mysterium Cosmographicum". Daarin nestelt hij geleidelijk bollen en platonische lichamen om de banen van de planeten met de zon in het centrum te bepalen. Het was vrij nauwkeurig, maar hij liet het achterwege omdat hij het niet kon bevestigen in zijn observaties. Van daaruit zou hij de wetten van de hemelmechanica gaan schrijven. Zijn falen was een triomf!

Buckminster Fuller had ook grote belangstelling voor de onderlinge samenhang van geometrische vormen. Hij gebruikte een hands-on observatiemethode. Ik probeer min of meer hetzelfde te doen. Spelend leren.

Van de gegeven kubus is de eerste transformatievolgorde het afkappen van de hoeken. Hiermee worden de primaire en secundaire volumes vastgesteld. De resulterende cuboctaëder schept voorwaarden die we snel zullen leren als heilzaam en ideaal!

Fuller toonde aan dat de cuboctaëder, die hij omdoopte tot Vector Equilibrium, bijzondere eigenschappen heeft. Te veel om hier op in te gaan. Wat in dit geval van toepassing is, is dat de VE perfect de eerste orde geometrie in de pakkingstheorie bevat. Gegeven een bol in het midden, is de ideale opstelling en de kleinste pakking van bollen eromheen 12 bollen.

Als men verder kijkt naar de raakvlakken tussen elke bol en de middelste bol, kan men een nieuwe vorm ontdekken: de ruitvormige dodecaëder. Het heeft natuurlijk 12 kanten. Knip de ruitvormige dodecaëder af en je bent terug bij de kubus!

Voor mijn doeleinden kan de ruitvormige dodecaëder 3D worden geprint als een schaal met één laag!

Stap 3: Concept voor waterkolom met lage baan om de aarde

NASA speelt graag met waterballen in het ISS! Ze zeggen dat water zich niet gedraagt als water in de ruimte. Dus waarom zou u dit feit niet als uitgangspunt gebruiken? Mijn irrigatieconcept is om een bal water in het midden op te blazen / leeg te laten lopen, op zijn plaats vastgehouden met een draadlasso. Het kan dan indien nodig worden geïnjecteerd met voedingsstoffen of anti-fungiciden of wat dan ook.

Een geïmplanteerd ultrasoon piëzo-elektrisch apparaat kan werken op ongeveer 1,7 MHz en kan het oppervlak van de waterbal verstuiven tot kleine druppeltjes van ongeveer 3-5 micron groot. Dit is ideaal voor de wortelopname van water en voedingsstoffen. Te veel voedingsoplossing en het ultrasone apparaat kan verstoppen. Maar sla heeft slechts een lichte voedingsoplossing nodig.

Ik kwam op het idee toen ik iemand in een afgesloten auto zag verdampen. De damp ging meteen overal heen.

Anders is de waterkolom een stapel ringkernvormen; een ventilator, een borstelloze motor, een kogellagerspil en een verstuiver.

Stap 4: Aardegebonden waterkolomconcept

Wat geweldig werkt in de ruimte, werkt niet altijd goed op aarde; en vice versa.

Dus het concept voor een terrestrisch waterplan moet het LEO-ontwerp nabootsen, maar noodzakelijkerwijs heel anders zijn.

De aardegebonden waterkolom moet zijn eigen gewicht en het gewicht van de kluit en 12 planten kunnen dragen. Dat vereist dat het zwaarder is dan wat ideaal is.

De waterbal wordt een waterbad. Toch is het een elegante efficiënte oplossing. Ik ben van plan het opnieuw te ontwerpen om alle functies in één afdrukbare oplossing op te nemen.

Het totale gewicht van de waterkolom zoals ontworpen is 256 gram.

Stap 5: Wortelbalconcept

De ruitvormige dodecaëder wordt de omhulling voor de wortelgroeikamer. Het meet 175 mm van aangezicht tot aangezicht en print voor minder dan 50 gram.

Ik ontwierp het met een gekarteld oppervlak om de prestaties van de 3D-printinspanning te verbeteren. Het ziet er ook best goed uit! En zoals opgemerkt ondersteunt en oriënteert de Root Ball de teelt van de 12 slaplanten.

50 mm openingen in het midden van elk vlak zijn voorzien van klittenband aan het groeisubstraat van de plant. Het substraat kan kokosnootkokos zijn, maar ik zal henneppads en 3M-scrubpads gebruiken.

Een klodder of drie AGAR wordt op het midden van de pads aangebracht. Ze zullen de zaden hydrateren, voeden, plakken en oriënteren. Zaden worden in de agar met de puntige kant "naar beneden" gestoken. Misschien zullen de zaden op deze manier ontkiemen. De verlichting moet intenser zijn, een breder spectrum en de omgevingstemperaturen moeten hoger zijn. De meeste tuinders beginnen graag met zaden in kleine kamers, maar we zullen het proberen.

Het totale kluitgewicht is maar liefst 48 gram!

Stap 6: Lichtkooiconcept

De Light Cage is een eenvoudig en elegant ontwerp, maar het moet zeker hard werken!

Het is gemaakt van 24x300mm aluminium hoek-LED-extrusies en 12 hoekverbindingsstukken die ik de "tardigrades" noem. Deze zijn 3D geprint in hars.

De rondhouten ondersteunen 2 lengtes ultraheldere LED-strips die programmeerbaar en dimbaar zijn. Ze kunnen een plant laten inslapen of ze laten 'dansen'!

Merk op dat de vorm van de cuboctaëder is samengesteld uit vier zeshoeken. Houd hier rekening mee als je de ledstrips gaat installeren. Zie het als een uitdaging.

Merk ook op dat de lichtstroken in elk geval direct boven de slaplanten kruisen. Het is een groot voordeel om een concentratie van licht precies daar te hebben waar het nodig is. Vanaf de zijkanten wordt er minder licht naar de planten gebracht.

En merk tot slot op dat de planten een beetje een opening laten aan de toppunten van de kluit. Dit is ideaal om de ventilatie naar beneden en door de planten te leiden als kleine ventilatoren in het midden van de vierkante zijden kunnen worden gemonteerd.

Het totale gewicht van de Light Cage is 1331 gram. De power-apparaten wogen 1500 gram. Bijna net zoveel als alle andere dingen bij elkaar! Het totale gewicht van het project kwam uit op 3135 gram. Hoeveel kost dat?

Stap 7: bouwtips voor lichte kooien

Hoewel het ontwerp eenvoudig is, is het bouwen van de Light Cage een beetje lastig.

Ik raad aan om een reiskoffer te bouwen als ondersteuning en gids. Je kunt het van alles maken, maar de binnenafmetingen moeten 500x500x500mm zijn. Ik maakte de mijne uit melamine en sneed het op de CNC-machine.

De aluminium profielen moeten op een uniforme lengte van 300 mm worden gesneden. Ga langzaam met de metalen kruiszaag.

De tardigrades zijn 3D geprint op een FormLab2 laserharsprinter. Ze zijn allemaal identiek, behalve twee die gaten hebben om de stroom in te rijgen.

Gebruik onderweg Gorilla-verpakkingstape om de stukjes en beetjes bij elkaar te houden. Uiteindelijk zal ik het aan elkaar lijmen met momentverbindingen, maar ik wil dat de optie wijzigingen kan aanbrengen naarmate het ontwerp vordert … nog een reden om de reiskoffer te bouwen; het zorgt ervoor dat de lichtkooi niet doorzakt.

Het werkt ook om een afwisselende over/onder-methode te gebruiken om de LED-strips te installeren. Het loont de moeite om vooruit te plannen.

En merk op dat de strips een beetje lijken uit te zetten als ze opwarmen.

Ik ging met een extrusie van betere kwaliteit die zwaarder is maar beter fungeert als koellichaam voor de LED's. Ik kan wel of niet eindigen met het gebruik van de matte plastic lenzen.

Stap 8: neveninspanningen

Ten eerste is er de constructie van een optionele Traveling Case. Het kan van alles worden gemaakt, maar het is handig bij het monteren van de lichtkooi en houdt het project veilig en draagbaar. Het is echter de bedoeling dat het buiten het bestek van dit artikel valt.

Houd uw werkplekken geordend en georganiseerd. Zelfs bij eenvoudige projecten kunnen dingen uit de hand lopen.

Zelfs als je weet dat iets zal werken, probeer dan een andere manier te bedenken. Verkenning houdt het fris en je weet maar nooit!

Probeer het gekste te doen dat je kunt bedenken. Ik doe het de hele tijd. Het houdt me blij en ik geniet van de WOW's!

Stap 9: Benodigdheden en afdrukbestanden

Waterkolom:

SmartDevil kleine persoonlijke USB-bureauventilator

Zerone USB mini drijvende luchtbevochtiger

Waterkolomelementen zijn 3D-geprint met behulp van White Ultimaker PLA Filament

Wortelbal:

Terrafibre hennep 5 "x5" kweekmatten; pakket van 40

Root Ball is 3D geprint met Silver Ultimaker PLA Filament

Lichte kooi:

LightingWill 10-pack V-vormig LED aluminium kanaalsysteem; 1 meter geanodiseerd zwart

(2) BTF-Lighting WS2811 Adresseerbare LED Strip UltraBright 5050 SMD RGB 5 meter DC12V IP65 Waterdichting

(2) BTF-Lighting DC12V 6A 72W kunststof voeding

(2) BTF-Lighting WS2811 14 toetsen LED RGB-controller

Gorilla-verpakkingstape en Gorilla dubbelzijdige tape

Light Cage Connectors zijn gedrukt op FormLab2 3D-printer in Black Resin

Alle benodigdheden zijn beschikbaar op Amazon.com

Stap 10: EUREKA

Laten we dit laten groeien!

Eerste prijs in de Growing Beyond Earth Maker-wedstrijd