生物光—电转化系统的研制与试验

山东省寿光市第一中学

作者：朱悦  王琦  李孟超

辅导教师：张钦玉  魏福强

项目简介

随着地球上的不可再生资源日益枯竭，寻求绿色再生能源已成为世界各国竞相研究的热点。该项目以资源丰富的绿藻为实验对象，根据高密度培养绿藻类囊体膜和捕光色素蛋白复合体（LHCII）的光合特性，在光伏电源启动电场的作用下，通过双极渗透膜技术并添加电子传递介质，综合运用生物、物理、化学、计算机等技术，研制出一种智能化三极室构造的光生物反应转化系统，实现了生物对光-电能源的转化。

目前，美国等科研人员以叶菜的类囊体作为阳极光催化剂，研制的微型太阳能电池，在分离状态下的亚细胞器和光合蛋白，难以保持长久活性，这是生物太阳能电池发展的一个重要制约因素。

我们研制的智能化生物光电转化系统采用高密度培养的绿藻，在系统两侧创建光伏电源的启动电场，通过激活绿藻单细胞内的电子与质子，运用电子传递介质和膜技术，可保持系统光电转化的稳定性。试验表明：该系统在外加启动电场作用下，绿藻光解产生电子和释放质子，通过高活性电子介质的传递，分别透过阴、阳极性膜，进行定向分离，并随着光合作用的增强电流不断增大，具有明显的生物光-电转化的功效，为发展绿色能源探索新的路子。

在该项目的研究试验中，我们三名同学既分工又合作，共同完成该项目的试验研究。经山东省科技情报研究所的信息检索，未发现有相关信息及相同类型的资料研究，该项目具有一定的创新实用性。

该项目已申报国家知识产权局发明专利，发明专利受理号：201210043654.2。

基于智能路径的火灾动态逃生引导系统

福建省泉州市第七中学

作者：董机源  林谛

辅导教师：陈思鑫  杨利  梁良飞

项目简介

1、项目摘要：系统对火情进行实时监控，利用VB程序计算出最佳的疏散、救援路线，控制激光通过镂空转盘投影产生动态引导图标。对楼梯等特殊位置采用光路镜面反射等方式来填补盲区。安装有语音引导设备和人体红外检测系统。能把被困人员位置等信息及时传递至中央控制器。

2、项目的确定：在开展的火灾知识讲座中，消防官兵介绍了火灾实例，提到大多数火灾都因为出口不明而被困在火场而导致伤亡。

3、研究目的和基本思路：目的是研究如何解决短时间内沿最佳路径逃离火场。系统根据探测器反馈的火情信息，利用中央控制器中VB程序，结合内置的建筑工程图智能计算出最佳的疏散、救援路径，动态调整激光引导图标，引导人员避开危险区域实现快速疏散与救援。

4、研究过程：(1)对传统消防设施的不足进行论证，确定研究思路。(2)设计制作激光引导灯的硬件结构，制作楼宇模型。(3)利用VB设计最佳智能路径算法。(4)对项目进行相应实验。

5、应用的科学方法、原理：(1)利用激光在烟雾中的亮度高，强穿透力。(2)利用基于VB程序的智能路径算法设计最佳逃生路径。(3)应用无线组网技术，把各个指示单元与中央控制器连接。

6、创新点：(1)利用递归算法计算出最佳逃生路径。(2)激光通过由舵机带动的镂空转盘在地面形成引导图标，通过透镜及感光材料使标志更醒目。(3)遇到楼梯等复杂地形时采用镜面反射方式改变光路，避免盲区。

7、同类研究的情况调查：传统疏散引导设备普遍使用固定的指向，对应固定不变的应急出口，在烟雾环境下照度低、穿透性差。现有研究方向仍以更换光源为主，较少涉及与火灾报警系统联动并动态改变指示标志。

8、进一步完善项目的设想：进一步整合硬件资源，提高系统稳定性。加快推进项目的实用化进程。优化算法，提高代码的可靠性能。

9、申报者工作分工：董机源负责电路设计，林谛负责工程设计。两人共同完成项目测试和论文撰写等工作。

基于绿色车库的车辆无人泊取机器人

湖南省长沙市雅礼中学

作者：樊叶心

辅导教师：马学品  王晓莉

项目简介

如今我国城市已进入汽车时代，汽车数量成几何倍数增加，停车已成为困扰现代人的难题。停车不仅耗费时间和精力，汽车停放过程中排放的大量尾气，既污染环境又损害人体健康，而且由于车辆停车的无序进行还会浪费车库本身的停车空间，引发安全问题。本项目针对城市车库的停车问题进行原创性思考，提出绿色车库与车辆泊取机器人的概念与设计方案，为解决城市车库停车问题提供了一种快捷方便、安全环保的科学方法。基于绿色车库的车辆无人泊取机器人是一种无线供电、无人驾驶、无线识别、自动泊车与取车的自动化系统，与一般车库停车的重要区别在于，它是自动泊取的，无需人开车入库、寻找车位、停车与开车出库，它是绿色的，在车辆的整个泊取过程中不会排放废气污染环境，它是无缝停放的，通过对车库进行优化规划，可以消除停车死角，在同样空间内停更多的车辆，最大程度地提高车库的利用效率。

为了完成本项目，我对现场进行了的调研，与老师认真细致地讨论了设计方案，并向大学的有关专家请教了无线电能传输原理与实施方法，以此为基础，设计了车库泊车轨道与载车机器人并进行了实验与改进，取得了预期效果。

本项目的创新点如下：（1）提出了绿色车库车辆泊取机器人的概念并设计了无线供电的泊取机器人，构建了真正零排放的绿色车库。（2）提出了无线供电暗轨的设计方案与基于能量衰减的轨道线圈切换控制方法，实现了机器人车辆泊取的稳定、有序运行。（3）发明了双线圈电磁寻迹方法，通过在机器人上设计两个相互垂直的感应线圈，并比较其感应电压的相位与幅值，可以感知机器人偏离轨道的方向与距离，从而控制机器人进行方位调整，实现精确导航。在现有成果的基础上，下一步的设想是进一步提高无线供电的传输效率和自动寻迹的灵敏性，进一步完善自动泊取机器人的功能，使之满足现场实际应用的要求。

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