Ozean Plastic Sensor

12 Schritt:Schritt 1: Brainstorming Schritt 2: Zusammenführen von Ideen in einem Schritt 3: Kaufen Sie Werkzeuge und Materialien Schritt 4: Eine Werkbank für kleine und große Kinder Schritt 5: Hacking eine Funk Boot Schritt 6: eine Webcam Hacking und LED-Schreibtischlampe Schritt 7: Die Kombination der Sensor (Webcam) mit dem Motorantrieb (RC Boot) Schritt 8: Schleifmaschinen Plastikmüll Schritt 9: Erstellen der Umgebung für die Prüfung der Maschine Schritt 10: Testen Sie unsere Ozean Kunststoffsensor Schritt 11: Analyse der Daten Schritt 12: Was und wie können wir verbessern?

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Seit 1940 haben wir produziert und Entsorgung immer mehr Kunststoff im Meer. Im Jahr 2013 allein die schätzungsweise etwa 300 Millionen Tonnen Kunststoff produziert haben - das gleiche Gewicht der gesamten Menschheit (Fleisch und Blut) in Kunststoff nur in einem Jahr. Plastik ist giftig. Plastic Verschlucken kann zur Entwicklung von Infektionen, Krebs oder sogar zum Tod führen. Plastic schwebt über Hunderte von Meilen weit weg von denen, die es produziert. Kunststoff kann unser Leben in einem sehr schlechten Weg ändern, wenn wir jetzt nicht handeln.
Was ist das Problem wir versuchen, anzugehen?
Wir versuchen, Kunststoff im Meer zu erfassen. Was meinen wir mit "Sinn":
Lokalisieren (wo zu welchem ​​Zeitpunkt - timestamp) qualifizieren (was) Quantify (wie viel davon)
Die Ozeane sind riesig, wir wissen, Kunststoff ist da draußen, aber es würde es viel mehr leichter zu reinigen, wenn wir wissen, wo es ist. Bis vor kurzem dachten wir, wir würden zehn bis hundert Millionen Tonnen Kunststoff an der Meeresoberfläche zu finden. Eine aktuelle Studie legt nahe, dass Kunststoffschwimm an der Oberfläche des Ozeans Konten nur einen Anteil von 34.000 Tonnen Maximum.
Wo ist 99% der Rest der Kunststoff wir dachten, wir finden würden?
A / Hat fishs / ​​Schildkröten / Vögel essen? Verdauen Teil davon? Poop es? B / Ist es an der Unterseite des Ozeans sinken? C / Ist es so klein ausfällt, es gibt alle es ist Chemie? D / Ist sie den Strand erreicht?
Heute wissen wir nicht, in welchem ​​Verhältnis und wo Kunststoff ist, die über ist. Zum Beispiel, wenn ein großer Teil der Kunststoff wurde von Meerestieren in dieser Art von Menge verbraucht wird, würde verheerende Folgen auf die Nahrungskette sind wir Teil haben. Es könnte zum Teil erklären, warum wir 90% der Ozean große Fische seit 1950 bereits getötet und untermauern die Theorie, dass 2048 alle großen Fisch im Ozean gegangen wäre.

Wie können wir spüren, Kunststoff im Meer heute? Was machen wir schlagen vor, zu untersuchen?
Ab heute (2014 September) nehmen wir großen Schiffe aus, erweitern einen langen Arm am Ende der sich ein feines Netz (Mantatrawler) aus Kunststoff, Bits zu erfassen. Kunststoffverschmutzung Forschung mit Netzen hat sich sehr langsam, gefährlich und zeitaufwendig gewesen, weil dies alles aus Kunststoff wurde von Hand unter sortiert wurden einer Dissektionsmikroskop.
In diesem instructables untersuchen wir die Möglichkeit der Entwicklung eines optischen Sensors, so dass anstelle von "Sammeln stuff" (Kunststoff, sondern auch Plankton) mit einem Netz, sammeln wir die "Bild Zeug" und wandeln es sofort in "Daten" (Zeitstempel, zu lokalisieren , zu qualifizieren, zu quantifizieren). Meeresbiologen getan haben, diese Technologie seit Jahrzehnten für Plankton mit LOPCs (Laser Optische Partikelzähler).
Wie tun wir es?
Wir Hacken eines ferngesteuerten Segelroboter über eine Webcam, dass Videoaufzeichnungen Wasser und Kunststoffpartikel, obwohl es fließt zu tragen. Der Kunststoff wird dann mit einem Netz, um das Ende der Apparat befestigt gesammelt, so vergleichen wir das, was wir schätzen, von Video-Feed VS, was wir tatsächlich physisch zu sammeln - so können wir feststellen, wie genau unser System (Toleranz). Der aktuelle Prototyp ist sehr rau, aber bestätigt, dass es möglich ist, aus der Ferne betreiben eine kompakte Plattform, um Video von Kunststoff-Teilchen einzufangen.
Wir arbeiten daran:
Verbesserung des Sensors (Wasserdichtheit, optische Qualität, Größe, Energieverbrauch) Verbesserung der Transport des Sensors (Power-Boot, vielleicht wind-powered) Prozess Video, Isolieren bewegten Bits verwenden Laserdiode, die uns auszeichnen Kunststoff aus Plankton eine On-Board-Entwicklung helfen Software zum Verarbeiten der Daten (auf der Banane Pi) die Daten kommunizieren online in Echtzeit
Wer sind wir?
Diese instructables wurde von Studenten der aus Hong Kong Harbour Schule Brandon Wong, Riccardo Ricci, Aiyana Campbell, Lara Bevan, Matteo Griffiths, Hector Soekarno, Alexander Paul, Max Wilson, Andreas Zhang und Akasha Campbell von Johnson Stanley, Cesar Harada geführt: und unsere Haupt Christine Greenberg. Die Eltern half auch viel und verdienen eine Menge Credits. Dank Edward Fung (Hong Kong), Taivo Lints (Estland). Ursprüngliche Forschungsvorschlag von Cesar Harada hier. Dank der reich illustrierte Buch "Unterwasserrobotik: Wissenschaft, Design und Konstruktion" von Dr. Steven W. Moore, Harry Bohm und Vickie Jensen, Westcoast Wörter Editor.
Top Bild des toten Wal Kredit: http://www.pelagosinstitute.gr Schritt 1: Brainstorming



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Die Schüler kamen mit vielen kreativen Ideen, wie wir könnten Kunststoff im Meer zu messen.
Hector hatte einen Hai zu verscheuchen die Fische und Plankton, so dass sie nicht aufgenommen werden. Riccardo hatte eine "Killing Box" auf alles, was in der Box sammelt töten. Danach wird er den Kunststoff, der nach innen gelassen wird zu sammeln. Andere Ausführungen sind Roboter Fisch verbrauchen die Plastik, ein Netz, das wie ein Rohr verschlossen an einem Ende mit etwas Feststoff zu sammeln aussieht, und eine Idee enthalten Plastik "Klebemittel" auf einen Stahlblock befestigt ist, um den Kunststoffstab und wodurch es einfacher zu sammeln . Weitere Inspiration und Motive von anderen Mitgliedern des Teams, klicken Sie hier .Schritt 2: Zusammenführen von Ideen in einem

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Wir wussten nicht, wessen Idee zu wählen, so haben wir versucht, alle von ihnen in eine Idee Combin. Das war keine leichte Aufgabe, wie unsere Ideen waren unglaublich anders. Schließlich unser Mentor Cesar hat eine Idee. Der Entwurf würde eine transparente Acryl-Röhre würde Wasser haben, sollten durch ein schmales Fenster übergeben, damit sie mit einem angepassten Webcam erfasst werden könnte. Zwei Lichter würden auf beiden Seiten der Fenster, in dem die Kamera zu "sehen" klarer zu glänzen.
Die Webcam würde zu einer On-Board-Raspberry Pi, die aufzeichnet und verarbeitet das Video angeschlossen werden.
Ein funkgesteuertes Motorboot würde die Erfassung Findung durch das Wasser bewegt.
Der Apparat würde von einem großen Aluminium-Rahmen zusammengehalten werden können, würde 2 seitlichen Schwimmern (PVC Rohre) das Handwerk zu stabilisieren und zu pflegen das Video Wasserkanal an der entsprechenden Tiefe. Schritt 3: Kaufen Sie Werkzeuge und Materialien

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Einmal hatten wir mit dem Design kommen gingen wir in unsere Werkzeuge und Materialien in Kauf Sham Shui Po (Hong Kong).
Für eine einfache Referenz, lesen Sie bitte unsere Einkaufsliste hier. Schritt 4: Eine Werkbank für kleine und große Kinder

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Jetzt hatten wir alles, was wir außer einem Ort zu bauen brauchten. Wir bauten eine Werkbank mit 17 mm dickem Sperrholz, die alle unsere Werkzeuge und Materialien passen könnte, empfangen die Kinder hoch und kurz. Wir stellten den gefährlichen Werkzeugen hoch, die weniger gefährlich Tools niedriger. Wir haben 3 große Sperrholzplatten (4 x 8 ft) und die Bank ist auf 6 arretierbaren Rollen. Schritt 5: Hacking eine Funk Boot

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Jetzt konnten wir die eigentliche Sache zu bauen. Wir aufgeteilt in 3 Teams:
    Mechanische und Radio-Team - das sich um das Boot, der Rahmenkonstruktion, die allgemeine build Elektronik Team zu nehmen würde -, dass die Webcam hacken würde, bauen das Acrylfenster, Wasserkanal, austauschbare farbige Hintergrund Umwelt-Team -, die die Kunststoffbarriere so bauen würde wir nicht die Umwelt verschmutzen, bereiten Kunststoffproben, erfinden ein Testverfahren

Die Eltern auch im Körperbau, Eingangs Ideen half, Arbeit Hände auf, half uns mit dem Kauf der Logistik-Teile, Transport, Essen.
Wir gehackt ein wenig ferngesteuerten Leistungs Boot. Zuerst mussten wir das Sicherheitssystem des Bootes zu testen. Wenn die elektrische Wasserschalter wurde aus dem Wasser getrennt wird, sollte das Boot nicht mehr funktioniert. Die Funktion des Bootes ist, um die Maschine durch das Wasser bewegt.
Wir befestigt ein Lunchpaket auf der Oberseite der Kabine (Screw + Heißkleber), so wäre es die Raspberry Pi, das Handy externe Batterie, USB-Kabel, die das Pi verbindet sich mit dem Webcam zu halten.
Wir als gebaut einem Aluminiumrahmen mit L-Profilen, alle. Pop-vernietet Schritt 6: Eine Webcam und LED-Schreibtischlampe Hacking

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Nach akribisch Bau der ersten Ausführung (einen ganzen Tag!), Wurde uns klar, es gab ein paar Probleme, abgesehen von dem Leck in dem Kanal, der sich leicht mit Silikon haben könnte. In dem ursprünglichen Entwurf, wir waren irgendwie fixieren Sie die Kamera in dem großen PVC-Schlauch Schiebe den Kanal direkt unter. Das Problem war, als wir die Web-Kamera installiert ist, finden wir, dass bei gleichzeitiger Konzentration der Kamera, musste sie weiter von der Kanal als das Rohr, um eine klare visuelle zu bekommen, dürfen entfernt werden können. Also mussten wir diesen Entwurf Graben und weiterentwickeln, um eine neue zu berücksichtigen, LED-Beleuchtung und Kameraabstand zu nehmen.
Für das neue Design, das wir zuerst gemessen zwischen der Kamera und dem Kanal, der 8cm war brauchte Abstand. Wir haben uns entschieden, um den Kanal aus Plexiglas zu bauen, weil es einfach, um in Form zu schneiden, kann leicht zusammengeklebt werden und ist transparent. Außerdem haben wir ein Netz auf der Rückseite des Kanals, um den Kunststoff gefangen zu zählen und zu vergleichen, gegen den Kunststoff von der Maschine erfaßt wird. Da der Sensor eingeschlossen, wird es eine gute Menge an Licht zu beschränken, die Fähigkeit der Kamera, um Bilder des Kunststoff durch den Schlitz fließt, erfassen zu beeinträchtigen. Um diesem Problem zu begegnen, haben wir Lichtern zu erhellen die situation.Step 7: Die Kombination der Sensor (Webcam) mit dem Motorantrieb (RC Boot)


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Wir bauten 2 langen weißen PVC-Rohre, die wir mit einer Heißluftpistole beendet.
Nun, da wir das Boot, den Rahmen, die PVC-Rohren und den Sensor, versammelten wir uns es together.Step 8: Schleifplastikmüll

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Wir haben uns die Kunststoffwissenschaftler sammeln sich in der Mitte des Ozeans: die meiste Zeit sehr kleinen Fragmente aus Kunststoff.
Wir haben nicht wie kleine Bruchstücke, so dass wir in der Mischkunststoff Jo Wilson auf gesammelten setzen Lamma Island Strand. Lara und Aiyana verwendet verschiedene Arten von Kunststoffen. Sie verwendeten Vita Flaschen, Schwämme, Flaschendeckel und andere Kunststoff-Bits. Es braucht eine Menge Arbeit, um es sehr klein in der Werkstatt zu erhalten, wie Lara und Aiyana herausgefunden. Sie benutzten einen Mixer, um in sehr kleine Stücke schneiden alle Kunststoff-und gehackte es mit der Hand noch kleiner mit einer Schere dann. Sie wogen den Kunststoff.
Wir, als es filtriert und gewaschen, bis es war vollkommen clean.Step 9: Erstellen der Umgebung für die Prüfung der Maschine

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Um die Maschine zu testen, mussten wir ein Umfeld, in dem es zu testen erstellen. Wir verwendeten Schaum Nudeln, um den Kunststoff in einem geschlossenen Raum zu halten. Schritt 10: Testen Sie unsere Ozean Kunststoffsensor

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Am See
Wir Einsatz unserer schwimmenden Barriere ... und bekamen unsere Mobilkunststofffühler auf dem Wasser. Der Plastikmüll wurde dann freigelassen und in ein paar Sekunden auf der ganzen Boje enthalten Gegend verstreut ... Wir startete den Motor, um das Boot zu bewegen ...
Aber was sehr leider passierte, war, dass plötzlich eine Armee von kleinen Schildkröten kam und begann zu essen das Kunststoff !!! Wir hatten, das Experiment sofort zu stoppen. Beachten Sie auch, dass die schwimmende Sperrbereich war eigentlich wirklich zu klein und unser Boot, das begrenzte Manövrierfähigkeit habe ganz einfach in der Barriere stecken musste.


In dem großen Pool
Wir konnten nicht aufgeben, und Carolyn freundlicherweise angeboten, das Schwimmbad der Residenz nutzen. Dieses Mal haben wir getestet, die Navigationsfähigkeit des Bootes und den Video-Feedback mit großem Erfolg.


In der Babypool
Wir wiederholten das Experiment und veröffentlicht den Plastikmüll im Babybecken, eng mit Handschwimmbarrieren enthalten. Wir aufgenommene Video von Wasser und Kunststoffweitergabe wenn Sie den Videokanal.

http://youtu.be/lhFqjVvKHQ4 Schritt 11: Analyse der Daten


Was wäre der beste Weg, um Daten zu analysieren?
Edward Fung versucht verschiedene Dinge auf OpenCV:
Das Ziel der Experimente

    sehen, wenn ich nur eine der Kanäle zu verwenden in HSV-Farbraum, um den Kunststoff zu finden. ob Canny-Algorithmus ergibt eine vernünftige gutes Ergebnis von diesem Filmmaterial



Prozedur
Installieren opencv Lesen Sie das Video. Für jeden Rahmen img: Umwandlung von IMG in HSV und Graustufenbild Run Canny-Algorithmus speichern Sie das Ergebnis in Video für Aufzeichnung auswerten mit menschlichen Augen // Die meisten wissenschaftlichen Teil ... (o:


Tools
    OpenCV 2.4 (Python-Bindung) Canny-Algorithmus mit den Parametern (50, 100) ffmpeg



Die Ergebnis Videos

http://youtu.be/lhFqjVvKHQ4
Die Originaldatei ist hier: http://protei.org/download/20140619plastic_sensing.mp4



http://youtu.be/g2V3ppbpikw

http://youtu.be/SUMKZEpwD9w
Alle Videos sind here: http://wiki.scoutbots.com/home/research/ocean-plastic-debris-optical-sensor/20140628-treatment-of-the-video-with-opencv Step 12: Was und wie können wir verbessern?

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Wir hatten eine Menge tolles Feedback, wie wir unsere Kunststoffsensor zu verbessern. Einige sind in den Kommentaren unten auf dieser Wiki-Seite. Wir werden nicht weiß (Tages-) Licht zu verwenden, aber gehen Sie für Laserdioden.
Brandon schlägt vor: http://www.idec.com/sgen/technology_solution/our_core_tech/plastic_sensing.html
"Es ist uns gelungen hierfür Technologien, die in der Lage ist Sensing Kunststoffen unter Verwendung eines InGaAsP-Halbleiterlaserdiode ist (LD) .Es wurde entdeckt, dass bei der Messung der Lichtabsorptionsspektren in Kunststoffen, im Wellenlängenbereich von 300 bis 3000 nm, die Spitzenwerte wurden stets eingehalten bei oder nahe 1700 nm, unabhängig von Kunststoffarten. Diese Entdeckung eröffnet die Möglichkeit für eine einfache optische Erfassungs von Kunststoffen unter Verwendung eines LD in diesem Wellenlängenbereich. Beobachtung der einzigartigen Lichtabsorptionseigenschaften im nahen Infrarotspektrum jeder verschiedenen Kunststoff-Typ hat uns zu entwickeln, die weltweit erste Technologie zum Aufspüren von verschiedenen Arten von Kunststoffen mit der Verwendung einer LD (mit drei verschiedenen Wellenlängen). "
Im Anschluss an diesen selben Thread, Aiyana ein Produkt gefunden, derzeit in Recyclinganlagen verwendet, um Kunststoffe zu erkennen: http: //www.spectralevolution.com/spectrometers.htm ...
Vielleicht können wir die angewandte Technologie zu untersuchen und zu replizieren er für unseren Zweck? Dieses Verfahren der Kunststofferkennung ist ziemlich anspruchsvoll und nicht in Hongkong und China, die meisten Recycling Sortierung von Hand oder mit Hilfe eines großen Sortiermaschine hat eingesetzt.
Die Arbeit an dem mobilen Roboter Kunststoffsensor gab uns Inspiration zu anderen Maschinen zur Kunststoff spüren zu entwickeln.
Optische Kunststoffsensor (der, den wir bauen jetzt)
einige davon schwimmt auf der Oberseite des Wasser zu klein für Netze Abbau chemischer Ebene
Vibrationstank, sammeln Kunststoff auf der Oberfläche der Sandstrand, Meeresboden)
Kunststoff ist an der Unterseite: hinuntergehen und kratzen den Boden und finden Kunststoff
Biologisches Experiment (zu verstehen, wie viel Tiere Plastik essen)
Fisch isst es und kacken sie fischen verdauen
Wir sind für Sie mit Ihrem Feedback, um unsere Kunststoffsensor zu verbessern suchen. Dies ist nur der Anfang eines großen Abenteuers mit Open Technologies für Ozeane