利用刹车加速的自行车(以及其他学生工程师的发明)

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


150多年来,纽约市的库珀联盟科学与艺术促进会(更常被称为库珀联盟学院)每年都会以一个年度活动 展示学生在艺术、建筑和工程领域的项目来结束学年。今年展出的300多个项目中,有几项是由学生设计和建造的发明,展示了他们对社会未来技术需求和期望的深刻理解。这些发明包括一辆带有飞轮的自行车、一个波浪能转换器和一个移动迷你机器人。

该校将尼古拉斯·斯特凡诺奖颁发给麦克斯韦·冯·斯坦,以表彰他杰出的机械工程毕业设计项目——飞轮自行车。这辆自行车(见下方视频)使用旋转飞轮来回收制动过程中损失的能量,以便稍后回收以提高速度。冯·斯坦表示,当骑车人需要减速时,飞轮可以暂时储存来自自行车的动能。储存在飞轮中的能量可以用来帮助骑车人恢复到巡航速度。这样,骑车人就回收了通常在制动过程中损失的能量。除了提高能源效率外,配备飞轮的自行车骑起来更有趣,因为骑车人有能力提高速度,他补充道。

冯·斯坦的发明采用了一个来自汽车发动机的6.8公斤飞轮,安装在自行车车架上。飞轮通过后轮中的无级变速器驱动。在充电过程中,变速器被换挡以增加飞轮速度与自行车速度的比率。在加速过程中,变速器被换挡以降低飞轮速度与自行车速度的比率。骑车人可以在减速或下坡时为飞轮充电,并在加速或上坡时加速自行车。飞轮提高了最大加速度,并在速度在每小时20至24公里之间的骑行过程中节省了10%的踏板能量。


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哈罗德·S·戈德堡工程技术领导力奖颁发给了查尔斯·卡内帕,以表彰他的海洋波浪能转换器。卡内帕还获得了该校的威廉·C·和埃斯特·霍夫曼·贝勒土木工程奖,他与库珀联盟学院的工程系学生马蒂亚斯·加里巴利德、丹尼尔·纳什和雅各布·普雷斯基合作设计了他们的波浪能转换器,使波浪推动的襟翼始终与波浪的前进方向正交。这样,最大的扭矩不断地传递到设备的驱动轴,并捕获最大的功率。

卡内帕和他的团队是学术界和工业界众多开发技术的团队之一,这些技术可以将波浪能转化为可再生能源,以减少世界对化石燃料的依赖。例如,美国能源部正在资助一个项目,该项目由海洋电力技术公司领导,利用该公司的浮标捕获俄勒冈州海岸附近的波浪能。同样,总部位于爱丁堡的佩拉米斯波浪能公司正在与瑞典公用事业公司Vattenfall合作,在苏格兰设得兰群岛附近安装佩拉米斯蛇形波浪能转换器,以为当地26,000户家庭供电

尼古拉斯·王和哈迪·贾迈勒获得了威尔逊·G·亨特奖,该奖项颁发给机械工程专业毕业生,以表彰其在学业中的总体工程卓越表现。王与库珀联盟学院的学生莉莉·埃尔利希和大卫·伊塞莱合作设计并制造了Mojo-Robo坦克机器人,这是一种专门发射乒乓球的自主设备。王还参与了库珀联盟学院的互动灯光室项目,他是电子“萤火虫”设备的主要设计师,这些设备旨在教育和娱乐儿童,特别是那些失聪和听力障碍的儿童。每个萤火虫都是一个独立的电路板,可以与其附近磁性墙上排列的其他萤火虫实现闪烁同步。

贾迈勒与同学萨曼·法里德合作开发了一种可重构模具,他们希望这将有助于发明家和工业界快速生产用于构建原型设备的小批量定制零件。可重构模具类似于PinArt玩具,它使用可以来回移动的小针来创建一个空腔,以适应预定义的形状,例如人的手。贾迈勒和法里德的模具没有使用针,而是使用了可以根据发明家的需求(使用软件)进行调整的销钉。

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