Auf einer Reise zu ihren Großeltern im ländlichen Indien bemerkte Maanasa Mendu etwas, das zu Hause nicht passierte. Die Lichter gingen aus. Viel. Fast jeden Tag, um sechs Uhr, wurde der Strom abgeschaltet, um zu versuchen, Strom zu verteilen. Es ist dort ein bekanntes Problem. Der Begriff „Energiekrise“ wird häufig verwendet.
"Für mich ist es schrecklich, da ich keinen Zugang zu Beleuchtung oder Klimaanlage habe", sagt sie. „Aber ich erkannte, dass für fast 1, 2 Milliarden Menschen auf der Welt diese Art von Dunkelheit Realität ist. Und sie verwenden immer noch Petroleumbeleuchtung. “
Deshalb baute Mendu den Prototyp eines Geräts zur Gewinnung erneuerbarer Energie namens HARVEST, das die Form eines Baumes nachahmt (wenn auch viel kleiner) und piezoelektrische Energy Harvester verwendet, um Strom aus Wind und Regen zu gewinnen.
Letzte Woche wurde Mendu, der mittlerweile Neuntklässler in Mason, Ohio, ist, von neun anderen Finalisten zum Gewinner der Young Scientist Challenge 2016 gekürt, einem nationalen Wissenschaftswettbewerb für die Klassen 5 bis 8, der mit einem Preisgeld von 25.000 US-Dollar dotiert ist.
Wenn das ein bisschen nach einer Reality-Show klingt, liegt das möglicherweise daran, dass es von 3M in Zusammenarbeit mit Discovery Education gehostet wurde.
"Ich denke, dies ist wirklich der Inbegriff der Magie, die entsteht, wenn man jungen Menschen die Möglichkeit gibt, ihre Ideen in die Tat umzusetzen", sagt Lori McFarling, Senior Vice President bei Discovery Education, die die Herausforderung meistert.
Hier geht es nicht nur darum, ein Kind zu feiern, das ein großartiges wissenschaftlich faires Projekt hat. Maanasas Gerät zeigt echte Innovation. Es soll nicht nur ein reales Problem lösen, sondern auch nützlich und anpassungsfähig sein, wo das Problem auftritt. Als Finalistin des Wettbewerbs absolvierte Mendu mit Hilfe eines Mentors von 3M, der leitenden Produktentwicklungsingenieurin Margaux Mitera, vier Monate lang strenge Tests und Verbesserungen an ihrem Gerät.
Mendu hatte einige Jahre mit piezoelektrischen Materialien gearbeitet - solchen, die Elektrizität aus mechanischer Energie erzeugen - und nahm an ihren Wissenschaftsmessen der 7. und 8. Klasse mit piezoelektrischen Projekten teil. Sie bemerkte, dass die Art und Weise, in der die Stängel der Blätter auf Bäumen hüpften, der Art von Biegung ähnelte, die piezoelektrische Erntemaschinen antreibt. Also baute sie einen Scheinbaum, eine kleine Struktur mit piezoelektrischen Stielen und Styroporblättern, und drehte ein Einstiegsvideo für den Young Scientist-Wettbewerb.
Mendu spricht schnell und verwendet viele Fachbegriffe. Sie besucht fortgeschrittene Kurse in Naturwissenschaften und Mathematik und macht außerschulische Kurse wie die Wissenschaftsolympiade. Sie geht in die Mittelschule, um dort Experimente und Vorführungen für die Schüler zu machen.
Der Wettbewerb um Nachwuchswissenschaftler war jedoch weitaus intensiver und herausfordernder. Während des Sommers verbrachte sie zwei bis drei Stunden am Tag damit, sich über erneuerbare Energien, Elektrotechnik, Prototypenbau und mehr zu informieren.
„Sie hat all diese großartigen Ideen und diese Leidenschaft und diesen Drang, all diese Dinge zu tun“, sagt Mentor Mitera. "Ich konnte ihr dabei helfen, ihre Geschichte darüber zu erzählen, wie es besser ist, anders ist oder über das hinausgeht, was einige der existierenden erneuerbaren Energiequellen heute sind."
Eine Plastikwasserflasche in der Mitte stellt die Struktur bereit und drei Flügel erstrecken sich von ihr weg. Diese ahmen die Blätter eines Baumes nach, vibrieren bei Wind oder Regen und treiben die Piezoelektrik an. (Entdeckungsausbildung 3M Young Scientist Challenge) Nachdem Mendu die praktischen Anforderungen einer erneuerbaren Energiequelle erörtert hatte, entschloss er sich, flexible Solarzellen in das Gerät zu integrieren. Jetzt sieht es so aus wie eine Rakete. Eine Plastikwasserflasche in der Mitte stellt die Struktur bereit und drei Flügel erstrecken sich von ihr weg. Diese ahmen die Blätter eines Baumes nach, vibrieren bei Wind oder Regen und treiben die Piezoelektrik an. Jetzt bestehen die Blätter aus Solarfolie, einer organischen Photovoltaik von 3M, die Mendu zur Erhöhung des Stroms in denselben Stromkreis verdrahtet hat. Piezoelektrik ist eine gute Spannungsquelle, bietet aber wenig Strom, und Photovoltaik kann dazu beitragen. Die Piezo-Harvester aktivieren bei Regen und Wind die Solarfolie in der Sonne. Das Gerät kann fast überall hängen, und Mendu hat ein iPhone 5 erfolgreich aufgeladen und eine 15-Watt-LED-Lampe mit Strom versorgt.
Die Blätter sind in diesem Fall viel wichtiger als der Stamm. Mendu sagt, die kleinen Strukturen könnten individuell platziert werden, als modulare, anpassbare blattähnliche Anhänge, an Gebäuden oder anderen Strukturen.
Die Blätter bestehen aus Solarfolie, einer organischen Photovoltaik von 3M, die Mendu in den gleichen Stromkreis verdrahtet hat, um den Strom zu erhöhen. Piezoelektrik ist eine gute Spannungsquelle, bietet aber wenig Strom, und Photovoltaik kann dazu beitragen. (Entdeckungsausbildung 3M Young Scientist Challenge) „Ich möchte wirklich, dass es möglicherweise auf die Oberfläche von Gebäuden in städtischen Gebieten angewendet wird, um die Nutzung von grüner Energie in unsere städtische Umgebung zu integrieren, oder in ländlichen Gebieten, um in Notsituationen oder in Entwicklungsländern eine örtliche Stromquelle zu versorgen“, sagt sie.
Vielleicht kommt sie dann zu einigen ihrer anderen Projekte - einem Entsalzungssystem zur Umkehrosmosewasserreinigung oder in Reifen untergebrachten piezoelektrischen Erntegeräten.
"Es gibt so viele Probleme in unserer Welt", sagt sie. "Wenn Sie sich nur die Zeit nehmen, sie anzuschauen, haben Sie so viele Ideen."
