Na Fakultě elektrotechnické proběhla 21. – 25.11. 2022 akce ScienceFEL. Akce je zaměřená na studenty gymnázií v Plzeňském kraji a nabízí jim několik projektů, kterými se mohou na jednotlivých katedrách během týdne věnovat. Naše katedra, stejně jako v loňském roce, realizovala pro studenty gymnázií dva projekty – Smart textilie a Akustiku. 

V rámci projektu Smart textilie se tři studentky Gymnázia Klatovy a jedna studentka gymnázia Blovice věnovaly modernímu oboru elektroniky, díky kterému umíme vytvářet elektronické textilní prvky. Těmi mohou být senzory, elektrody, antény, pružné textilní sběrnice či vyhřívací struktury, které je možné integrovat do oblečení při zachování vysokého komfortu nošení, prodyšnosti a pratelnosti. 

Krátký čas byl věnován klasickým technologiím v elektronice – osazení a pájení konvenční desky plošných spojů a vytvoření rotujícího LED světla. Dále si studentky vytvořily pomocí několika dalších technologií (pájení, krimpování, přerušení obvodu odporovou svářečkou, osazování a lepení součástek UV tvrditelným lepidlem) textilní pružnou svíticí stuhu včetně jejího USB připojení. Tímto úvodem se seznámily s konvenční a textilní elektronikou a jejich společnými a rozdílnými rysy. 

Hlavním tématem projektu bylo vytvoření vyhřívané rukavice pro lyžování/snowboarding. Prvním úkolem bylo zjistit, na jak vysokou teplotu je potřeba ruce zahřívat. Studentky si měřily teplotu rukou termokamerou v několika místech nejprve při pocitu tepla a poté při pocitu zimy (vytvořeného chlazením rukou chladivými gelovými sáčky). Rozdíly v teplotě rukou a pocitu chladu byly pro mezi jednotlivci poměrně velké (až 10 °C), závěr ovšem byl takový, že pro pocit tepla stačí rukavici vyhřívat na cca 25 – 30 °C. Nejprve byl vyhřívací obvod navržený v programu InkScape, pomocí doplňku pro vyšívání Ink/Stitch byl optimalizován počet, tvar a hustota stehů a následně byly první testovací obvody vytvořeny poloautomatickým vyšívacím strojem Brother Innov-Is NV 2600 do kusu pružné látky. Byl změřen odpor vodivých drah a provedeny výpočty výkonu a proudu pro cílové napájení 5V zdrojem (USB A, powerbanka). Následně byly obvody připojeny ke zdroji napájení a termokamerou i dotykem byly testovány vyhřívací schopnosti pro různá napětí a proudy.

Po měření a testování byl stanoven optimální proud obvodem 500 mA (při 10V). Následující den byl návrh v PC upraven tak, aby měl obvod zhruba poloviční odpor (a bylo tedy možné, aby 500 mA teklo obvodem při 5V) a byl optimalizován i jeho tvar a velikost. Obvod byl následně vyšit a kontakty byly vytvořeny pomocí druků. Na závěr byla vytvořena palčáková vložka do rukavice, obsahující vyhřívaný obvod, která úspěšně prošla prvními testy v reálné lyžařské rukavici. Tento prototyp bude dále intenzivně testován.

V rámci projektu Akustika se dva studenti Gymnázia Klatovy nejprve seznámili se základními akustickými parametry a vlastnostmi lidského sluchu. Hlavním tématem týdne pak byla prostorová akustika a s ní související akustické úpravy. Nutný teoretický výklad byl prokládán praktickými poznatky a názornými ukázkami. Studenti si na vlastní uši ověřili vliv akustických úprav na srozumitelnost řeči porovnáním již akusticky upravených a běžných učeben FEL. Postup vedoucí k správnému návrhu a provedení akustických úprav si pak vyzkoušeli na prostoru elektrotechnického makerspace, kde zatím nebyl zajištěn dostatečný akustický komfort (zhoršená srozumitelnost, vyšší hluk od používaných zařízení). Po seznámení s používanou technikou a postupy měření studenti samostatně změřili dobu dozvuku, srozumitelnost řeči a hluk v místnosti a poté navrhli potřebné akustické úpravy.  Těmi byly v první fázi válce z melaminové pěny, která má vysoký činitel zvukové pohltivosti na středních a vysokých frekvencích (vyšší než známé molitanové jehlánky). Po jejich zavěšení pod strop bylo už pouhým uchem vnímáno výrazné zlepšení srozumitelnosti řeči. Vliv použitých akustických úprav byl přesto ověřen opětovným přeměřením již zmiňovaných parametrů. Průměrná doba dozvuku se snížila z 1,0 na 0,8 s, kdy pro prostor tohoto typu je doporučená hodnota 0,7 s.

Pro snížení doby dozvuku na nízkých frekvencích, kde nejsou porézní materiály v běžně používaných tloušťkách dostatečně účinné, bylo zapotřebí navrhnout na míru daného prostoru nízkofrekvenční rezonátor s nejvyšší pohltivostí v pásmu 100 – 125 Hz. Z několika možných konstrukcí padla volba na štěrbinový rezonátor. Jeho vzorek byl sestaven v dozvukové komoře a měřením byly ověřeny akustické parametry. Ty byly následně vloženy do původního výpočtu akustických úprav.

Kromě akustických úprav se studenti seznámili se zvukovou technikou používanou k záznamu a reprodukci zvuku, vyzkoušeli si základní zvukové úpravy a změřili vliv běžné místnosti na frekvenční charakteristiku reproduktoru. Studenti a studentky obou projektů se pak zúčastnili poslechového testu sluchátek různých typů a cenových kategorií a porovnali poslech hudby ve sluchátkách a přes audiosystém v akustických laboratořích.

Budeme se těšit na další spolupráci, ten týden byl inspirativní i pro nás!!