AQUAS - Roboti - București - Lucrari 2026 Nationala

Lucrari Lucrari 2026 Nationala
1

Informatii generale

Descriere

Apa acoperă cea mai mare parte a suprafeței Pământului, însă numeroase zone subacvatice rămân insuficient explorate și monitorizate. Colectarea datelor din aceste medii este dificilă, costisitoare și poate presupune expunerea oamenilor la condiții periculoase. În plus, în multe comunități izolate sau defavorizate, lipsa monitorizării surselor de apă poate întârzia identificarea unor probleme de contaminare care duc la milioane de decese anual, lucru pe care AQUAS doreste sa il rezolve.
Acesta este un submarin autonom și compact, capabil să exploreze mediul subacvatic, să evite obstacole, să realizeze o cartografiere tridimensională orientativă și să analizeze apa prin măsurarea temperaturii, pH-ului, turbidității și concentrației de solide dizolvate.

Tehnologii

Submarinul este alcătuit din mai multe subsisteme principale: corpul etanș, sistemul de balast, propulsia, analiza apei, navigația autonomă și platforma de procesare a datelor. Corpul principal este realizat dintr-o țeavă industrială și elemente imprimate 3D, tratate cu rășină epoxidică pentru reducerea absorbției apei. În interior sunt amplasate bateriile, plăcile electronice, convertoarele de tensiune și sistemele de control.
Adâncimea este modificată printr-un rezervor de balast cu un volum de aproximativ 5 litri. O pompă cu membrană R385 introduce sau evacuează apa, iar o electrovalvă și o supapă unisens controlează fluxul și împiedică circulația nedorită produsă de diferențele de presiune.
Propulsia este asigurată de trei motoare brushless subacvatice U01. Două motoare controlează deplasarea înainte, înapoi și virarea diferențială, iar al treilea controlează înclinarea submarinului. Fiecare propulsor este comandat independent printr-un ESC și semnal PWM.
Navigația este realizată cu senzori ultrasonici impermeabili și o unitate inerțială. Raspberry Pi-ul centralizează datele, iar trei module ESP32 controlează separat navigația, analiza apei și actuatoarele.

CORP SI STRUCTURA
1× țeavă industrială pentru corpul principal;
componente și suporturi imprimate 3D;
diametru exterior maxim: aproximativ 160 mm;
pereți de aproximativ 5 mm;
rășină epoxidică pentru impermeabilizare;
silicon și presetupe impermeabile;
adâncime maximă proiectată: aproximativ 5 m, iar zona unde operam e de maxim 3 m.
Structura este modulară, compactă și proiectată pentru distribuirea echilibrată a greutății și acces rapid la componente.

Sistem de balast
rezervor de aproximativ 5 litri;
pompă cu membrană R385, 6–12 V;
electrovalvă SF-02;
supapă unisens;
control prin MOSFET și ESP32.
Umplerea rezervorului mărește masa submarinului și determină coborârea, iar evacuarea apei permite revenirea la suprafață.

PROPULSIE
3× motoare brushless subacvatice U01;
3× ESC;
2 propulsoare laterale pentru deplasare și virare;
1 propulsor pentru controlul înclinării;
control PWM și stabilizare PID.
Configurația permite deplasarea înainte și înapoi, virarea și reglarea unghiului submarinului.

SISTEM DE ALIMENTARE
12× acumulatori Samsung INR21700-30T;
configurație 3S4P;
tensiune nominală: aproximativ 12,6 V;
BMS 3S;
siguranță principală de 30 A;
convertoare de tensiune LM2596, XL6009 și XL4015;
panou solar auxiliar pentru reîncărcare între misiuni.
Electronică și control
Raspberry Pi 4 Model B;
3× ESP32;
senzori ultrasonici pentru evitarea obstacolelor;
MPU6500/MPU9250 pentru orientare;
senzori pentru temperatură, pH, turbiditate și TDS;
ADS1115 pentru conversia semnalelor analogice;
ESC-uri pentru propulsoare;
MOSFET-uri pentru pompă și electrovalvă;
comunicație UART și I²C;
stocarea datelor în format CSV și JSON.

SOFTWARE
ESP32-urile sunt programate în C++, iar Raspberry Pi-ul în Python. Autonomia este controlată printr-un Finite State Machine care gestionează inițializarea, coborârea, evitarea obstacolelor, colectarea datelor și revenirea la punctul de pornire. Controlerele PID stabilizează orientarea submarinului.

ANALIZA APEI
AQUAS măsoară:
temperatura;
pH-ul;
turbiditatea;
concentrația totală de solide dizolvate;
orientarea;
distanța față de obstacole;
traseul parcurs.

Datele sunt corelate cu poziția estimată a robotului și afișate ulterior într-o platformă web.

Cerinte sistem

Hardware necesar pentru operare
laptop sau PC;
browser web modern;
rețea Wi-Fi locală sau hotspot;
cablu USB-C pentru Raspberry Pi 4;
cabluri USB pentru programarea modulelor ESP32;
cititor de card microSD;
încărcător pentru pachetul de acumulatori.
Software necesar
un browser;
Python 3;
Raspberry Pi OS;
Raspberry Pi Imager;
Arduino IDE, PlatformIO sau ESP-IDF;
Visual Studio Code;
biblioteci pentru JSON, UART și I²C;
program SSH pentru accesul la Raspberry Pi;
vizualizator CSV;
platforma AQUAS Visualiser pentru afișarea traseului și a datelor.

Realizatori

Filip Tiron

  • Scoala: Colegiul National Grigore Moisil
  • Clasa: 11
  • Judet: București
  • Oras: Bucuresti

Andrei Lazar

  • Scoala: Colegiul National ,Grigore Moisil"
  • Clasa: 10
  • Judet: București
  • Oras: Sector 6

Screenshots