Studenten präsentieren innovative Forschungsergebnisse und Prototypen auf der Designmesse des VCU College of Engineering

11. Mai 2023

Von Leah Landry

Ein vertikaler, erdloser Garten. Ein Wäschetrockner, der Vakuumtechnologie anstelle von Hitze nutzt. Ein System, das radbasierte Geräte präzise verfolgt.

Dies waren einige der innovativen Prototypen, die von mehr als 90 Studententeams auf der diesjährigen jährlichen Engineering Capstone Design Expo vorgestellt wurden.

Die jährliche Capstone Design Expo, eine herausragende Veranstaltung des Virginia Commonwealth University College of Engineering, stellt den Höhepunkt der Ausbildung der Abschlussklasse dar und bietet Designteams die Möglichkeit, ihre funktionierenden Prototypen der Community im Großraum Richmond auszustellen und vorzuführen.

Die Projekte sind das Ergebnis eines einjährigen Capstone Design-Kurses unter der Leitung von Laura Osborne, Veranstaltungs- und Engagement-Administratorin des College of Engineering, und einem Team von Fakultätsvertretern aus jeder Abteilung, der ältere Ingenieurstudenten in die praktischen Prozesse zur Lösung praktischer Probleme eintauchen lässt.

Durch ihre Projekte üben Studententeams die Kundenfindung, den technischen Designprozess und die schnelle Prototypenerstellung. In Zusammenarbeit mit Sponsoren gehen die Studierenden diese praktische Lernerfahrung an, indem sie reale Probleme unter realen Einschränkungen lösen, Grundlagen der Teamarbeit erlernen und erlernte Theorie anwenden.

Hier sind einige der diesjährigen Projekte.

Abteilung: Biomedizinische TechnikTeam: Rayyan Amer, Tylar Brinkley, Miriya PhilipBerater: Henry J. Donahue, Ph.D.

Sponsor: Saad Sheriff

Für Amputierte ermöglicht eine Prothese ein normales Leben, diese Befestigungen stellen jedoch gewisse Herausforderungen dar. Ein falscher Sitz an der Gelenkpfanne – dort, wo der Stumpf mit der Prothese verbunden ist – führt häufig zu Gewebeschäden, die Entzündungen oder Schrumpfungen auslösen können, was die einfachsten Aufgaben erschwert.

Dieses Capstone-Team hat eine intelligente Steckdose entwickelt, die mithilfe von Sensoren Druckänderungen erkennt und den Benutzer darauf hinweist, die Steckdose anzupassen. Es kann auch mit einem Futter geliefert werden, ähnlich wie beim Tragen einer Socke mit einem Schuh, um den Schaft angenehmer auf der Haut zu machen.

Wenn Patienten die Sensibilität ihrer verbleibenden Gliedmaßen verlieren, erkennen sie den Schaden erst, wenn dieser schwerwiegend ist. Dank der intelligenten Steckdose können Patienten mehr Arztbesuche und hohe Arztrechnungen vermeiden.

Abteilung: Chemie- und BiowissenschaftstechnikTeam: Ahmed Tewfig, Mohammed Safar, Randolph White, RJ PetersBerater: Thomas Roper, Ph.D.Sponsor: VCU Inclusive Excellence

Ernährungsunsicherheit – mangelnder Zugang zu ausreichend Nahrungsmitteln für ein gesundes Leben – zwingt viele dazu, auf frische, hochwertige Produkte zu verzichten. Die lokale Lebensmittelproduktion ist ein Ansatz, der jedoch in städtischen Gebieten aufgrund des Mangels an Land und Boden nicht nachhaltig ist.

Die Lösung ist ein vertikaler Garten, in dem die Pflanzen auf übereinander gestapelten Regalen wachsen. Das Team entschied sich für einen Hydrokulturgarten, eine Methode zum Anbau von Pflanzen ohne Erde, bei der die Wurzeln in fließendes Wasser getaucht werden. Das wartungsarme System erfordert lediglich, dass das Wasserreservoir am Boden des Gartens gefüllt bleibt und seine Nährstoffe überwacht werden. Aufgrund der Nährstoffdichte und des kurzen Wachstumszyklus verwendeten die Studenten für ihren Prototyp Hahms-Gelbe-Tomaten.

Ziel ist ein kostengünstiges System für städtische gemeinnützige Organisationen, um Menschen mit Ernährungsunsicherheit mit Nahrungsmitteln zu versorgen.

Abteilung: InformatikTeam: Sam Castle, Eva Curry, John Sfara, Nicole TomeBerater: Tamer Nadeem, Ph.D.

Zeit ist Geld. Und für diejenigen in Branchen wie dem Gesundheitswesen und der Fertigung, die kein System zur Lokalisierung und Nachverfolgung von Vermögenswerten haben, wird Zeit verschwendet, die für andere Aufgaben genutzt werden könnte.

Dieses Team hat ein System entwickelt, das alle radbasierten Vermögenswerte – wie Rollstühle oder Gabelstapler – mit höchster Genauigkeit ortet. Zwei an jedem Rad angebrachte Gyroskopsensoren erzeugen Daten, die das System in Echtzeit verfolgt. Mit Hilfe eines Algorithmus zeigt ein Benutzeroberflächenmonitor den genauen Standort des Vermögenswerts an, einschließlich des zurückgelegten Weges und der zurückgelegten Entfernung sowie der Richtung, in die er aktuell blickt.

Das System dient als Grundlage für andere Verwendungszwecke, von der Überwachung von Fahrzeugen zu Schulungs- und Versicherungszwecken bis hin zur Kartierung von Gebieten mit hohem Risiko, beispielsweise einem Ort mit nuklearem Fallout, an dem ein menschliches Eingreifen nicht möglich ist.

Abteilung: ElektrotechnikTeam: Coby Cockrell, Radiah Zaman, David BordenkircherBerater: Ruixin Niu, Ph.D.

Sponsor: Army ASPIRE

An jedem beliebigen Tag in der Innenstadt von Richmond – mit vorbeifahrenden Fahrzeugen, Büro- und Schulgebäuden, die verschiedene Netzwerke nutzen und Menschen, die gleichzeitig Mobiltelefone nutzen – werden übertragene Signale gestreut. Die Unordnung und Bewegung verzerren diese Signale und führen zu Verblassen oder Verfälschung.

Mit Blick auf Städte haben diese Studenten ein räumliches Kommunikationssystem entworfen, das die Abdeckung verbessert und Signalfehler durch den Einsatz von Makrodiversität reduziert. Vereinfacht ausgedrückt sind die Empfänger voneinander beabstandet und in der Mitte befindet sich ein Sender, der ein Signal leitet. Der Empfang mehrerer Ausgänge eines einzigen Eingangs ermöglicht Diversity-Combining, wodurch die Signalverzerrung von Mobiltelefonen und anderen angeschlossenen Geräten wie Smartwatches, drahtlosen Druckern und Sicherheitssystemen reduziert wird.

Ziel ist es, die Kommunikationsverbindung durch Reduzierung der Bitfehlerrate in Umgebungen mit hoher Streuung wie Bürogebäuden, Schulen und Lagerhäusern zu verbessern, um den Energieverbrauch zu senken und die Abdeckung zu erhöhen.

Abteilung: Maschinenbau und NukleartechnikTeam: Roman Cutler, Amadi Shekanino, Kirollos Abdou, Noorpreet KaurBerater: Carlos Castano Londoner, Ph.D.Sponsor: Anand Lot-he

Das Trocknen von Kleidung nimmt in großen Einrichtungen wie Krankenhäusern und Waschsalons viel Zeit und Energie in Anspruch. Die hohe Hitze herkömmlicher Trockner verringert auch die Qualität der Stoffe und zwingt Benutzer dazu, diese häufig auszutauschen.

Um bestehende Vakuumöfen – die wärmeempfindliche Materialien ohne Hitze trocknen – effizienter zu machen, befestigten die Studenten Sensoren am Gerät, um Variablen wie die Temperatur der Kammer und des Stoffes, die Luftfeuchtigkeit, den Druck und die Menge der Wasserverdunstung zu messen. Der erste Modifikationsversuch des Teams trocknete 152 gefaltete medizinische Kittel – eine Ladung von 70 Pfund – in zwei Stunden und verbrauchte 1500 kWh Strom.

Nachdem sie mit verschiedenen Konfigurationen experimentiert hatten, entwickelten die Studenten ein Design, das die freiliegende Oberfläche maximierte und einem Schrank ähnelte, wodurch sowohl die Trocknungszeit als auch der Energieverbrauch drastisch reduziert wurden. Das neue Design trocknet eine Ladung von 70 Pfund in nur 20 Minuten und verbraucht dabei lediglich 250 kWh Strom.

Abteilungen: Informatik, Technische Informatik, Elektrotechnik, Kinetische BildgebungTeam: Cole Bohanon, Jason Roark, Joseph Theakston, Tyler Samay, Ty Glisan, Esther Kim, Uday Illa

Berater: Robert Dahlberg, Ph.D., Nathaniel Kinsey, Ph.D., Semi Ryu

Für Studierende der Elektrotechnik ist es schwierig, elektromagnetische Konzepte zu verstehen, wenn man nur in einer Vorlesung sitzt, ein Lehrbuch liest und sich Notizen macht. Dies macht multisensorisches Lernen zu einem entscheidenden Schritt für Schüler, um diese Modelle anzuwenden.

Das Virtual-Reality-System dieses multidisziplinären Teams hilft Ingenieurstudenten, sich Konzepte wie das Coulomb-, Gauß- und Ampere-Gesetz (das sich mit den Wechselwirkungen zwischen zwei Ladungen, dem Fluss über einer geschlossenen Oberfläche bzw. der Zirkulation eines Magnetfelds entlang eines geschlossenen Pfades befasst) besser vorzustellen. VR unterscheidet sich vom herkömmlichen Lernen dadurch, dass es Berührungen erfordert und den Schülern eine praktische Ausbildung bietet. Dies verbessert ihr Verständnis sowohl innerhalb als auch außerhalb des Klassenzimmers, da sie überall verwendet werden können.

Studierende können dynamische Änderungen an der Technologie vornehmen und die Auswirkungen in Echtzeit sehen. Dies kann zukünftig an Arbeitsplätzen und Unterrichtsräumen in Bereichen wie Mathematik, Naturwissenschaften und dem medizinischen Bereich zum Einsatz kommen.

Gewinner des Capstone Award 2023

ECE 23-401: Analoger Breitband-Beamformer

Team: Miles Dawkins, Dustin Hulse, Mac Salter, Dan Youngk

BME 23-104: Gerät zur Überwachung des posturalen orthostatischen Tachykardie-Syndroms (POTS).

Team: Zainab Alibrahim, Anica Huang, Julia Som, One Day Nusrat

Platz 1

CS 23-321: Web-App zur Beurteilung der Vorschreibfähigkeiten bei Kindern

Team: Charlie Cutler, Edward Ladia, Noah Shields, Christopher Smith

MULT 23-614: Entwicklung von 3D-druckbaren Gehirnphantomen für Ultraschall- und Gehirnerschütterungstests

Team: Parisa Zalmai, Benjamin Reams, Anthony Rubio-Tonche, Lila Schandler

2. Platz

CS 23-322: Echtzeit-Radbasiertes Asset-Lokalisierungssystem für den Innenbereich

Team: Sam Castle, Eva Curry, John Sfara, Nicole Tome

3. Platz

MNE 23-513: Entwurf und Analyse eines neuartigen Schmelzschmelzdecken-Brütersystems

Team: Ryan McGuire, Sierra Tutwiler, Trevor Franklin, Amelie Lutz

Biomedizintechnik

Projekt: BME 23-111: Integration und Analyse des Neuromonitorings im Operationssaal

Team: Samiya Majid, Yashnoor Sandhu, Saagar Sheth, Samisha Suresh

Chemie- und Biowissenschaftstechnik

Projekt CLSE 23-205: Entfernung von Polyvinylacetat-Klebstoff von Kunstwerken

Team: Ana Rodriguez Vicuna, Kimberly Penzer, Sid Nimmalagadda, Yousif Alhouli

Informatik

CS 23-330: Virtuelle Durchquerung des Mars durch Roboterbewegung

Team: Malcolm Breckenridge, Haley Currence, Ian Jaffe, Cyaira Hughes, Miles Popiela

Elektrotechnik und Informationstechnik

Projekt: ECE 23-401: Analoger Breitband-Beamformer

Team: Miles Dawkins, Dustin Hulse, Mac Salter, Dan Youngk

Maschinenbau und Nukleartechnik

Projekt: MNE 23-509: Design und Entwicklung eines automatisierten Drehschweißtisches mit mehreren Einstellungen

Team: Logan Deters, Yousef Elsiragy, Youssef Aziz, John Whitman

Multidisziplinär

Projekt: MULT 23-602: Grundlagen-Kit für Automatisierungsmaschinen

Team: Ebenezer Mensah, Matthew Basic, Rodrigo De Leon, Aiden Carr, Ryan Rolle

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