Проекты

Модель бьющегося сердца

Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Инновации умного города. Умная школа» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Изготовление учебно-лабораторного оборудования
Авторы работы: ГБОУ Школа № 508
Предметы: Физика, Биология, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

Существующие учебные модели не обладают возможностью продемонстрировать работу объекта в реальном времени. В частности, работу сердца на уроках ученики изучают по статичным 2D- и 3D-моделям, по видеофильмам, в редких случаях – в рамках технологии дополненной реальности. Реальных учебных 3D-моделей сердца, способных демонстрировать сердцебиение и движение крови по сосудам, нет. Это и обусловило необходимость осуществления данного проекта.

Цель

Разработать действующую реальную 3D-модель бьющегося сердца с входящими и выходящими из него моделями кровеносных сосудов, по которым движется жидкость, имитирующая кровь, для ведения уроков анатомии в школе.

Задачи

1. Изучить строение сердца человека и движение крови по кровеносным сосудам.

2. Создать 3D-модель сердца в программе 3d max.

3. Распечатать модель на 3D-принтере.

4. Разработать схему модели движения крови по сосудам.

5. Собрать схему движения крови, используя мембранные насосы.

6. Разработать схему подключения сервопривода для имитации мышечной деятельности сердца.

7. Смоделировать и распечатать на 3D-принтере блок ременной передачи, приводящей в движение шатуны, деформирующие модель сердца.

8. Собрать цепь подключения сервоприводов на базе контроллера Arduino.

9. Написать необходимые скетчи, управляющие работой сервоприводов.

10. Собрать макет для 3D-модели бьющегося сердца с входящими и выходящими из него моделями кровеносных сосудов.

11. Организовать управление сервоприводом потенциометром, а также смартфоном через Bluetooth-модуль.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • D-сканер от фирмы 3DQuality
  • D-принтер TwoTrees
  • Конструктор Arduino
  • Компьютер
  • Смартфон

Описание

Автор отсканировал муляж сердца из кабинета биологии при помощи 3D-сканера. Полученную виртуальную 3D-модель он отредактировал в программе 3ds max и распечатал на 3D-принтере гибким pro-flex пластиком. Используя мембранные насосы, прозрачные гибкие трубки и ёмкости, а также жидкости двух цветов, автор сымитировал систему кровообращения.

В программе 3ds max были смоделированы и распечатаны на 3D-принтере детали ременной передачи. На основе контроллера Arduino была собрана схема управления сервоприводом при помощи драйвера двигателя и потенциометра. Также автором предусмотрена возможность управления двигателем при помощи смартфона.

Благодаря двигателю с ременной передачей и шатунам модель сердца деформируется, имитируя сокращения.

Результаты работы/выводы

Собран действующий макет с моделями бьющегося сердца и сосудистой системы, по которой течёт в заданных направлениях имитирующая кровь жидкость двух цветов.

При помощи потенциометра или смартфона можно запускать три режима работы сердца: отдых, ходьба, бег.

Перспективы использования результатов работы

Модель может быть использована для изучения анатомии человека в образовательных учреждениях.