Tin Khoa học Công nghệ quốc tế

CÁC TRẠM THỜI TIẾT IN 3D CÓ THỂ HỖ TRỢ KHOA HỌC VỚI CHI PHÍ THẤP HƠN

30/12/2020 | 0
Công nghệ in 3D và cảm biến chi phí thấp có thể giúp xây dựng một trạm thời tiết với giá vài trăm đô-la. Liệu những phiên bản rẻ tiền này có thể hoạt động tốt như những phiên bản đắt tiền hơn không?

Trên khắp Hoa Kỳ, các trạm thời tiết được tạo thành từ các thiết bị và cảm biến để theo dõi các điều kiện thời tiết để đưa ra dự báo thời tiết của địa phương, như nhiệt độ không khí, tốc độ gió và lượng mưa. Những hệ thống này không chỉ theo dõi thời tiết, chúng còn là công cụ mạnh mẽ để nghiên cứu nhiều chủ đề, từ nông nghiệp đến sản xuất năng lượng tái tạo.

Các trạm thời tiết thương mại có thể tốn hàng nghìn đô-la, chi phí cao hạn chế tính khả dụng của chúng và do đó hạn chế cả số lượng dữ liệu khí hậu có thể được thu thập. Nhưng sự ra đời của công nghệ in 3D và các cảm biến chi phí thấp đã giúp cho việc xây dựng một trạm thời tiết với giá vài trăm đô-la trở nên khả thi. Nhưng liệu những phiên bản cây nhà lá vườn rẻ tiền này có thể hoạt động tốt như những phiên bản đắt tiền hơn hay không?

(Ảnh: Trạm thời tiết in 3D được lắp đặt trên thực địa)

Câu trả lời là có – trong một mức độ nhất định. Theo các nhà nghiên cứu đã đưa một trạm thời tiết in 3D vào thử nghiệm ở Oklahoma. Adam K. Theisen, một nhà khoa học về Khí quyển và Trái đất tại Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), người dẫn đầu dự án, đã so sánh trạm khí tượng in 3D với một trạm khí tượng cấp thương mại trong tám tháng để đánh giá độ chính xác cũng như độ bền.

Công nghệ in 3D sử dụng các mô hình kỹ thuật số để tạo ra các vật thể vật lý. Chi phí thấp và khả năng in các bộ phận ở bất cứ nơi nào có thể đặt máy in có thể giúp mở rộng số lượng các trạm khí tượng, giúp đưa việc thu thập dữ liệu đến các vùng sâu vùng xa và đào tạo các nhà nghiên cứu tương lai.

Nhóm nghiên cứu tại Đại học Oklahoma đã thực hiện theo hướng dẫn và các kế hoạch nguồn mở được phát triển bởi Sáng kiến ​​Trạm Thời tiết Tự động In 3D (3D-PAWS) để in hơn 100 bộ phận của trạm thời tiết. Thay vì sử dụng axit polylactic, được sử dụng phổ biến trong in 3D, họ chuyển sang sử dụng acrylonitrile styrene acrylate, một loại sợi nhựa bền hơn ở ngoài trời. Cùng với các cảm biến chi phí thấp, các bộ phận được in 3D cung cấp nền tảng cho hệ thống mới.

Kết quả, mặc dù hệ thống in 3D đã bắt đầu có dấu hiệu trục trặc trong khoảng 05 tháng sau khi thử nghiệm - cảm biến độ ẩm tương đối bị ăn mòn và hỏng hóc, và một số bộ phận xuống cấp hoặc hỏng - các phép đo của nó tương đương với các phép đo từ một trạm thương mại trong Oklahoma Mesonet, một mạng lưới được thiết kế và triển khai bởi các nhà khoa học tại Đại học Oklahoma và Đại học Bang Oklahoma.

“Tôi không ngờ rằng trạm này sẽ hoạt động tốt như vậy. Mặc dù các linh kiện đã bắt đầu xuống cấp, nhưng kết quả hoạt động cho thấy rằng những loại trạm thời tiết như thế này có thể sử dụng trong các chiến dịch ngắn hơn.” - Adam Theisen, nhà khoa học khí quyển và trái đất cho biết.

Trong thử nghiệm, các cảm biến giá rẻ đã đo chính xác nhiệt độ, áp suất, mưa, tia cực tím và độ ẩm tương đối. Ngoại trừ một vài linh kiện, phần lớn vật liệu nhựa đã tồn tại trong thời tiết Oklahoma từ giữa tháng 8 năm 2018 đến giữa tháng 4 năm 2019, thời kỳ có mưa bão mạnh, tuyết và nhiệt độ dao động từ âm 10 độ C đến 40 độ C. Máy đo gió in 3D dùng để đo tốc độ gió đã không hoạt động tốt, nhưng điều này có thể được cải thiện phần nào với chất lượng in tốt hơn.

Dự án do các sinh viên đại học tại Đại học Oklahoma thực hiện đã khẳng định cả tính chính xác của một trạm thời tiết in 3D, cũng như giá trị của nó với vai trò công cụ phục vụ giáo dục.

“Các sinh viên đã học được các kỹ năng mà họ không thể học được trong lớp học” Theisen nói. “Họ đã phát triển đề xuất, thiết kế khung và thực hiện hầu hết việc in ấn và đi dây.”

Khả năng in các thành phần chuyên dụng có thể làm cho các trạm thời tiết trở nên khả thi hơn ở các vùng sâu vùng xa vì các bộ phận thay thế có thể được chế tạo ngay khi cần. Và ngay cả khi một cảm biến giá rẻ hơn bị hỏng sau một vài tháng, thì bài toán vẫn phù hợp cho điều kiện ngân sách thấp.

“Nếu bạn đang nói về việc thay thế hai hoặc ba cảm biến rẻ tiền này so với việc duy trì và hiệu chỉnh một cảm biến giá 1.000 đô la mỗi năm, thì đó là một lợi ích chi phí lớn cần xem xét”, Theisen lưu ý.

Nguồn dịch và biên tập: https://www.anl.gov/article/3dprinted-weather-stations-could-enable-more-science-for-less-money

VPTC.HTQT