VCU College of Engineeringのデザインエキスポで学生が革新的な研究とプロトタイプを発表

2023 年 5 月 11 日

リア・ランドリー著

土を使わない垂直の庭。 熱の代わりに真空技術を使用した衣類乾燥機。 ホイールベースの機器を正確に追跡するシステム。

これらは、今年の年次エンジニアリング キャップストーン デザイン エキスポで 90 を超える学生チームによって発表された革新的なプロトタイプの一部です。

バージニア コモンウェルス大学工学部の代表的なイベントである毎年開催される Capstone Design Expo は、卒業生の教育の集大成であり、デザイン チームに、グレーター リッチモンドのコミュニティに実際に動作するプロトタイプを展示およびデモンストレーションする機会を提供します。

これらのプロジェクトは、工学部のイベントおよびエンゲージメント管理者であるローラ・オズボーン率いる 1 年間のキャップストーン デザイン コースと、各学科の教員代表チームの成果であり、工学部の上級学生を実際的な問題を解決する実践的なプロセスに没入させます。

学生チームはプロジェクトを通じて、顧客の発見、エンジニアリング設計プロセス、ラピッドプロトタイピングを実践します。 学生はスポンサーと協力して、現実世界の制約の下で現実世界の問題を解決し、チームワークの基礎を学び、学んだ理論を応用することで、この実践的な学習体験に取り組みます。

今年のプロジェクトの一部をご紹介します。

部門: 生体医工学チーム: Rayyan Amer、Tylar Brinkley、Miriya Philipアドバイザー: Henry J. Donahue、Ph.D.

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切断者にとって、義足のおかげで通常どおりの生活を続けることができますが、その装着には特定の課題が伴います。 断端が義肢に接続されるソケットの不適切な嵌合は、多くの場合組織損傷を引き起こし、炎症や収縮を引き起こす可能性があり、最も単純な作業が困難になります。

このキャップストーン チームは、センサーを使用して圧力の変化を検出し、ユーザーにソケットを調整するように警告するスマート ソケットを設計しました。 また、ソケットを肌に快適にするために、靴下を靴に履くのと同じように、ライナーを付属させることもできます。

患者は断端の知覚が鈍くなっても、深刻になるまでそれが受けた損傷に気づきません。 スマート ソケットを使用すると、患者は医者に行く回数が減り、高額な医療費がかかることを避けることができます。

部門: 化学および生命科学工学チーム: Ahmed Tewfig、Mohammed Safar、Randolph White、RJ Petersアドバイザー: Thomas Roper、Ph.D.スポンサー: VCU Inclusive Excellence

食料不安、つまり健康的な生活を送るための十分な食料へのアクセスの欠如により、多くの人が新鮮で高品質の農産物を摂取できなくなります。 地域での食糧生産はアプローチの 1 つですが、土地や土壌が不足しているため、都市部では持続不可能です。

解決策は、積み重ねられた棚で作物が育つ垂直庭園です。 研究チームは、土を使わずに根を流水に浸して植物を育てる水耕栽培法を選択した。 この低メンテナンスのシステムでは、庭の底にある貯水池を満水に保ち、その栄養素を監視するだけで済みます。 学生たちは、栄養密度が高く成長サイクルが短いため、ハームス ゲルベ トマトをプロトタイプに使用しました。

目標は、都市部の非営利団体が食糧不安に直面している個人に食糧を提供するための費用対効果の高いシステムです。

部門: コンピューター サイエンスチーム: Sam Castle、Eva Curry、John Sfara、Nicole Tomeアドバイザー: Tamer Nadeem、Ph.D.

時は金なり。 また、資産を見つけて追跡するシステムがないヘルスケアや製造などの業界では、他の責任に充てられるはずの時間が無駄になります。

このチームは、車椅子やフォークリフトなどの車輪ベースの資産を細かいレベルの精度で位置特定するシステムを作成しました。 各ホイールに配置された 2 つのジャイロスコープ センサーは、システムがリアルタイムで追跡するデータを生成します。 アルゴリズムの助けを借りて、ユーザー インターフェイス モニターには、資産の正確な位置 (資産が移動した経路と距離、現在向いている方向など) が表示されます。

このシステムは、訓練や保険目的で車両を監視することから、核放射性降下物現場など人間の介入が不可能な高リスク区域のマッピングに至るまで、他の用途の基盤として機能します。

部門: 電気工学チーム: Coby Cockrell、Radiah Zaman、David Bordenkircherアドバイザー: Ruixin Niu、Ph.D.

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リッチモンドのダウンタウンでは、毎日、車両が行き交い、オフィスや学校の建物がさまざまなネットワークを使用し、人々が一斉に携帯電話を使用しているため、送信信号が散乱します。 乱雑さや動きによってこれらの信号が歪み、フェージングや破損が発生します。

これらの学生は、都市を念頭に置いて、マクロダイバーシティを使用してカバレッジを強化し、信号エラーを減らす空間通信システムを設計しました。 簡単に言うと、受信機は間隔をあけて配置され、信号を送信する送信機が中央にあります。 1 つの入力から複数の出力を受信することで、ダイバーシティ合成が可能になり、携帯電話や、スマート ウォッチ、ワイヤレス プリンター、セキュリティ システムなどのその他の接続デバイスの信号歪みが軽減されます。

目標は、オフィスビル、学校、倉庫などの散乱が多い環境でビットエラー率を低減することで通信リンクを改善し、エネルギー消費を削減し、通信範囲を拡大することです。

部門: 機械および原子力工学チーム: Roman Cutler、Amadi Shekanino、Kirollos Abdou、Noorpreet Kaurアドバイザー: Carlos Castano Londoner、Ph.D.スポンサー: Anand Lot-he

病院やコインランドリーなどの大規模施設では、衣類の乾燥に多くの時間と労力がかかります。 従来の乾燥機からの高熱も生地の品質を低下させるため、ユーザーは生地を頻繁に交換する必要があります。

熱に弱い素材を熱を加えずに乾燥させる既存の真空オーブンの効率を高めることを目指して、学生たちは装置にセンサーを取り付け、チャンバーと生地の温度、湿度、圧力、水の蒸発量などの変数を測定しました。 チームの最初の改造の試みでは、70ポンドの荷重に相当する152枚の折り畳まれた医療用ガウンを2時間で乾燥させ、1500kWhの電力を使用した。

学生たちはさまざまな構成を試した後、クローゼットに似た表面積の露出を最大化し、乾燥時間とエネルギー使用量の両方を劇的に削減するデザインを開発しました。 新しい設計では、70 ポンドの負荷をわずか 20 分で乾燥させ、消費電力はわずか 250 kWh です。

部門: コンピューター サイエンス、コンピューター エンジニアリング、電気工学、キネティック イメージングチーム: Cole Bohanon、Jason Roark、Joseph Theakston、Tyler Samay、Ty Glisan、Esther Kim、Uday Illa

アドバイザー: ロバート・ダールバーグ博士、ナサニエル・キンゼイ博士、セミ・リュウ

電気工学の学生にとって、講義に座って教科書を読んでメモを取るだけでは、電磁気の概念を理解するのは困難です。 このため、学生がこれらのモデルを使用するためには、多感覚学習が重要なステップとなります。

この学際的なチームの仮想現実システムは、工学部の学生がクーロンの法則、ガウスの法則、アンペールの法則 (それぞれ 2 つの電荷間の相互作用、閉じた表面上の磁束、閉じた経路に沿った磁場の循環を扱う) などの概念をよりよく視覚化するのに役立ちます。 VR は従来の学習とは異なり、タッチを伴うため、生徒に実践的なトレーニングを提供します。 どこでも使用できるため、教室の内外での理解が向上します。

学生はテクノロジーに動的変更を加え、その効果をリアルタイムで確認できます。 将来的には、数学、自然科学、医療分野などの職場や教室でも活用できるようになる。

2023 年キャップストーン賞受賞者

ECE 23-401: アナログ広帯域ビームフォーマー

チーム: マイルズ・ドーキンス、ダスティン・ハルス、マック・ソルター、ダン・ヨンク

BME 23-104: 姿勢起立性頻脈症候群 (POTS) モニタリング装置

チーム: ザイナブ・アリブラヒム、アニカ・ファン、ジュリア・ソム、ワン・デイ・ヌスラト

1位

CS 23-321: 子供の事前書き込みスキルを評価するための Web アプリ

チーム: チャーリー・カトラー、エドワード・ラディア、ノア・シールズ、クリストファー・スミス

MULT 23-614: 超音波および脳震盪検査用の 3D 印刷可能な脳ファントムの開発

チーム: パリサ・ザルマイ、ベンジャミン・リームス、アンソニー・ルビオ＝トンチェ、ライラ・シャンドラー

2位

CS 23-322: リアルタイム屋内ホイールベース資産位置特定システム

チーム: サム・キャッスル、エヴァ・カリー、ジョン・スファラ、ニコール・トーム

3位

MNE 23-513: 新しい溶融塩核融合ブランケット ブリーダー システムの設計と解析

チーム: ライアン・マクガイア、シエラ・タトワイラー、トレバー・フランクリン、アメリ・ラッツ

生体医工学

プロジェクト: BME 23-111: 手術室における神経モニタリングの統合と分析

チーム: サミヤ・マジッド、ヤシュヌール・サンドゥ、サーガル・シェス、サミーシャ・スレシュ

化学・生命科学工学

プロジェクト CLSE 23-205: 芸術作品からのポリ酢酸ビニル接着剤の除去

チーム: アナ・ロドリゲス・ビクーニャ、キンバリー・ペンザー、シド・ニンマラガッダ、ユシフ・アルフーリ

コンピュータサイエンス

CS 23-330: ロボットの動きによる仮想火星横断

チーム: マルコム・ブリッケンリッジ、ヘイリー・カレンス、イアン・ジャッフェ、シャイラ・ヒューズ、マイルズ・ポピエラ

電気およびコンピュータ工学

プロジェクト: ECE 23-401: アナログ広帯域ビームフォーマー

チーム: マイルズ・ドーキンス、ダスティン・ハルス、マック・ソルター、ダン・ヨンク

機械工学および原子力工学

プロジェクト: MNE 23-509: 複数の調整機能を備えた自動回転溶接テーブルの設計と開発

チーム: ローガン・ディーターズ、ユーセフ・エルシラジ、ユーセフ・アジズ、ジョン・ホイットマン

学際的な

プロジェクト: MULT 23-602: 自動化機械基礎キット

チーム: エベネザー・メンサー、マシュー・ベーシック、ロドリゴ・デ・レオン、エイデン・カー、ライアン・ロール

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