Xe năng lượng mặt trời Nimbus của MIT chiến thắng Thử thách năng lượng mặt trời Mỹ năm 2021

Xe năng lượng mặt trời Nimbus do sinh viên thiết kế đi được 1.109 dặm trong 5 ngày, tốc độ trung bình 38,4 dặm một giờ.

Sau ba năm làm việc chăm chỉ, Đội Xe điện Mặt trời MIT đã giành vị trí đầu tiên tại Cuộc thi Năng lượng Mặt trời Mỹ (ASC) năm 2021 vào ngày 7 tháng 8 trong hạng mục Xe dành cho một người (SOV). Trong cuộc đua kéo dài năm ngày, chiếc xe năng lượng mặt trời của họ, Nimbus – được thiết kế và chế tạo hoàn toàn bởi các sinh viên – đã đánh bại tám SOV khác từ các trường học trên toàn quốc, vượt qua 1.109 dặm và duy trì tốc độ trung bình 38,4 dặm một giờ.

Được tổ chức hai năm một lần, ASC có truyền thống là một sự kiện được tính giờ. Tuy nhiên, năm nay, cuộc đua dựa trên tổng quãng đường đã đi. Mỗi đội đi theo cùng một lộ trình quy định, từ Independence, Missouri, đến Las Vegas, New Mexico. Nhưng các đội có thể lái thêm dặm trong mỗi chặng trong ba chặng – nếu pin của họ còn đủ nước để tiếp tục. Nimbus đã vượt qua người về nhì gần nhất, Đại học Kentucky, hơn 100 dặm.

“Nó vẫn còn một chút kỳ quái,” Aditya Mehrotra, đội trưởng SEVT, một sinh viên năm cuối trong ngành kỹ thuật điện và khoa học máy tính, nói. “Tất cả chúng tôi đều hy vọng, nhưng tôi không nghĩ rằng bạn lại tham gia vào các cuộc đua như, ‘Chúng tôi đã nhận được điều này.’ Nó giống như là, ‘Chúng tôi sẽ cố gắng hết sức và xem chúng tôi đánh giá như thế nào.’ Trong trường hợp này, chúng tôi đã đủ may mắn để làm rất tốt. Chiếc xe hoạt động rất đẹp, và – quan trọng hơn – nhóm làm việc rất đẹp và chúng tôi đã học được rất nhiều điều. “

Tinh thần đồng đội tạo nên công việc mơ ước

Hai tuần trước cuộc đua ASC, mỗi chiếc ô tô năng lượng mặt trời đã được đưa vào chạy đua Formula Sun Grand Prix tại Heartland Motorsports Park ở Topeka, Kansas. Đầu tiên, các phương tiện phải thực hiện một loạt các thử thách đủ điều kiện, được gọi là “giám sát”. Những chiếc xe đã vượt qua có thể tham gia một cuộc đua với hy vọng đủ điều kiện cho ASC. Nimbus xếp thứ hai, hoàn thành tổng cộng 239 vòng quanh đường đua trong ba ngày (tương đương 597,5 dặm).

Trong quá trình này, thành viên SEVT và đàn em đang lên trong ngành kỹ thuật cơ khí Cameron Kokesh đã buộc tay đua của bang Illinois về thời gian vòng một vòng nhanh nhất trên đường đua, với thời gian 3 phút 19 giây. Tuy nhiên, cô ấy không phải là người có thể yên nghỉ trên vòng nguyệt quế của mình. “Sẽ rất vui nếu chúng ta có thể đánh bại thời điểm đó ở cuộc đua tiếp theo,” cô ấy nói với một nụ cười.

Thành tích của Nimbus tại Formula Sun Grand Prix và ASC là biểu hiện của sự thành thạo của đội không chỉ trong việc thiết kế và chế tạo một phương tiện năng lượng mặt trời ưu việt, mà còn các kỹ năng khác, bao gồm quản lý hậu cần, thông tin liên lạc và làm việc theo nhóm. Mehrotra nói: “Đó là một ca phẫu thuật lớn. “Nó không giống như chúng tôi lái xe thẳng xuống đường cao tốc trong cuộc đua.”

Thật vậy, Nimbus đi với một đoàn xe ấn tượng gồm bảy chiếc do khoảng hai chục thành viên SEVT điều khiển. Một chiếc xe trinh sát ở phía trước, theo dõi tình hình đường xá và thời tiết, theo sau là một chiếc xe dẫn đường giám sát việc điều hướng. Nimbus đứng thứ ba trong đoàn caravan, được theo sau bởi một chiếc xe đuổi theo, trong đó nhóm chiến lược quản lý các nhiệm vụ như giám sát dữ liệu đo từ xa, tính toán lượng điện năng mà các tấm pin mặt trời đang tạo ra và quãng đường di chuyển còn lại, và thiết lập tốc độ mục tiêu. Đưa lên phía sau là xe tải vận chuyển và xe kéo, xe truyền thông và “Cupcake”, một phương tiện hỗ trợ với thực phẩm, vật dụng và dụng cụ cắm trại.

Trước sự kiện kéo dài ba tuần, nhóm đã dành ba năm để thiết kế, xây dựng, tinh chỉnh và thử nghiệm Nimbus. (ASC được lên kế hoạch vào năm 2020, nhưng nó đã bị hoãn lại cho đến năm nay do đại dịch Covid-19.) Họ đã dành vô số giờ trong xưởng máy của Trung tâm MIT Edgerton ở Tòa nhà N51, chế tạo, xây dựng và lặp lại. Họ đã lái chiếc xe ở khu vực Boston lớn hơn, lên đến Salem, Massachusetts, và đến Cape Cod. Vào mùa xuân, họ đến Palmer Motorsports Park ở Palmer, Massachusetts, để thực hành các thành phần khác nhau của cuộc đua. Họ thực hiện các nhiệm vụ giám sát như bài kiểm tra slalom và bài kiểm tra hình số tám, tiến hành đào tạo hoạt động nhóm để tối ưu hóa hiệu suất của đoàn lữ hành, và tất nhiên, cả “việc gỡ bỏ”.

“Shakedown chỉ là, bạn lái xe quanh đường đua và về cơ bản bạn thấy những gì rơi ra và sau đó bạn biết mình cần sửa những gì,” Mehrotra giải thích. “Hy vọng rằng không có gì quá lớn xảy ra!”

Con đường phía trước

Khi cuộc đua kết thúc, Mehotra chính thức từ chức và trao quyền điều hành của SEVT cho những người lãnh đạo mới của mình: Kotesh sẽ đảm nhận vị trí đội trưởng và sinh viên năm hai đang lên Sydney Kim, một chuyên ngành kỹ thuật đại dương, sẽ làm đội phó. Chuyến lái xe dài trở về từ Trung Tây đã cho họ thời gian để suy nghĩ về chiến thắng và các kế hoạch trong tương lai.

Mặc dù Nimbus đã thể hiện tốt, nhưng có một vài trục trặc trong hướng dẫn ở đây và ở đó, chủ yếu là trong quá trình kiểm tra kỹ lưỡng. Nhưng không có gì mà nhóm không thể xử lý. Ví dụ, không phải lúc nào chốt tán cây cũng được giữ, vì vậy bong bóng acrylic trong suốt bao phủ trình điều khiển sẽ bật ra. (Một chút điều chỉnh lò xo và băng đã tạo ra mẹo nhỏ.) Ngoài ra, Nimbus có xu hướng trượt khi người lái xe đạp phanh. (Đào tạo lái xe và để một ít không khí ra khỏi lốp xe đã cải thiện độ bám đường.)

Sau đó là những biến số khó lường, nằm ngoài tầm kiểm soát của đội. Vào một ngày, trời ít nắng, Nimbus phải chạy dọc đường cao tốc với tốc độ 15 dặm một giờ. Và có lần Cảnh sát bang Kansas đã kéo cả đoàn xe qua. “Họ không nhận ra rằng chúng tôi đã vượt qua,” Mehrotra giải thích.

Kim cho rằng một trong những chìa khóa thành công của đội là Nimbus khá đáng tin cậy. “Chúng tôi không có bánh xe rơi trên đường. Một khi chúng tôi đưa chiếc xe lăn bánh, mọi thứ không gặp trục trặc về mặt cơ học hay điện năng. Ngoài ra, nó rất tiết kiệm năng lượng vì trọng lượng nhẹ và hình dạng của chiếc xe rất khí động học. Vào một ngày nắng đẹp, nó cho phép chúng tôi lái xe 40 dặm một giờ mà không cần năng lượng – pin vẫn ở mức sạc khi chúng tôi lái xe, ”cô nói.

ASC tiếp theo sẽ diễn ra vào năm 2022, vì vậy năm nay đội sẽ tập trung vào việc tinh chỉnh Nimbus để đua lại vào mùa hè năm sau. Ngoài ra, họ cũng đặt mục tiêu chế tạo một chiếc xe để tham gia hạng Xe nhiều người (MOV) trong cuộc đua năm 2024 – điều mà đội chưa bao giờ làm được. “Chắc chắn sẽ mất ba năm để chế tạo một chiếc xe tốt để cạnh tranh,” Kokesh trầm ngâm. “Nhưng đó là một giai đoạn chuyển tiếp thực sự tốt, sau khi đã làm rất tốt trong cuộc đua này, vì vậy đội của chúng tôi rất vui mừng về nó.”

Patrick McAtamney, người hướng dẫn kỹ thuật và quản lý cửa hàng của Trung tâm Edgerton, người làm việc với tất cả các câu lạc bộ và đội sinh viên, từ xe năng lượng mặt trời đến xe đua công thức cho tên lửa. Anh ấy cũng đã tham dự ASC và có sự ngưỡng mộ tột độ dành cho SEVT. “Nó hoàn toàn do sinh viên điều hành. Họ tự thiết kế và gia công tất cả. Tôi luôn nói với mọi người rằng đôi khi tôi cảm thấy công việc duy nhất của mình là đảm bảo họ có đủ 10 ngón tay khi rời tiệm ”.

Trong khi đó, trước khi năm học bắt đầu, SEVT có một thử thách khác: quyết định nơi đặt chiếc cúp. “Nó rất lớn,” McAtamney nói. “Nó có kích thước tương đương với Cúp Stanley!”

Theo Scitechdaily