Membina Ion Thruster Seperti Yang Digunakan NASA

Enjin Ion Thruster pada Deep Space 1.

Ion Thruster merupakan engin yang digunakan oleh NASA untuk menggerakkan beberapa ‘space probes’ seperti  Deep Space 1 dan juga Dawn. Ia mampu memberikan perubahan kelajuan sehingga  4 300 m/s pada Deep Space 1. Manakala pada Dawn pula ia mencapai sehingga 10 000 m/s. Tidak seperti engin roket biasa ia menggunakan tenaga elektrik berbanding bahanapi. Ion Thruster akan terus digunakan untuk banyak lagi misi-misi lain sebagai sistem engin tambahan.

Berbanding dengan engin roket biasa yang menggunakan bahanapi, Ion Thruster menggunakan tenaga elektrik untuk menggerakkan ion menggunakan tenaga elektrostatik. Thruster ion elektrostatik in menggunakan tenaga Coulomb yang akan memecutkan ion pada arah medan magnet.  Thruster ion elektromagnetik pula menggunakan tenaga Lorentz untuk memecutkan ion. Bagi kedua-dua keadaan ini apabila ion melepasi engin grid elektrostatik, perbezaan potensi medan elektrik ini akan mengubahnya menjadi tenaga kinetik ion – yang memberikan keupayaan tujahan.

Jadi sekiranya anda berminat dengan engin Ion Thruster ini, anda mungkin boleh membinanya sendiri. Bagi mini Ion Thruster ini anda boleh melihat bagai mana ion digunakan untuk menghasilkan angin tanpa sebarang komponen bergerak sepertimana kipas yang digunakan di rumah. Bagaimanapun anda perlulah berhati-hati kerana ia menggunakan bahan-bahan yang mungkin boleh mendatangkan kecederaan kepada anda sekiranya tidak berhati-hati.

Ion Thruster mini yang akan direka dalam projek ini.

Bahan-bahan yang diperlukan:

- Transformer 10,000V, 30mA (anda perlu merujuk kepada mereka yang mahir dengan mereka yang mempunyai kepakaran elektrik untuk ini).

Paip tembaga (coupling) – biasanya berdiameter ½ inci, dengan panjang

- Solder paip (untuk tembaga)

- Solder flux – untuk memudahkan proses solder

- Paku yang disadur dengan tembaga  (7 batang )

- Blowtorch (penyembur api).

- Tile seramik atau permukaan tahan panas.

- Wayar tembaga tanpa penebat – 2 unit dengan kepanjangan 10 inci.

- Kepingan papan untuk membentuk badan paku dan juga pemegang paip tembaga.

- Hot glue gun – gam panas

- Kabel-kabel dan penyepit yang sesuai untuk voltan tinggi.

Secara ringkasnya diterangkan mengenai kaedah membentuk Ion Thruster anda – untuk lebih mudah, anda perlu menonton video yang disediakan untuk proses penuh membina ion thruster anda.

Paip tembaga dipasang menjadi seperti ini.

Potong paip tembaga pada jarak  yang sama (panjang 7/8 inci) sebanyak 7 unit. Paip-paip ini kemudiannya disusun membentuk seperti bunga (atau honeycomb). Ia kemudiannya disambungkan menggunakan solder tembaga – menggunakan penyembur api – Jadi kerja ini agak merbahaya sekiranya anda tidak biasa mengendalikan peralatan-peralatan ini. Jangan lupa satu wayar perlu disolder untuk membolehkan tenaga elektrik dialirkan kepada paip-paip tembaga ini pula.

Daripada paip, titik pusat dialih kepada papan.

Dari paip ini, garis pusatnya diukur dan di alihkan pada papan yang akan meletakkan paku-paku tembaga. Paku-paku ini perlu berada tepat di tengah-tengah paip tembaga itu nanti. Wayar tembaga perlu dililitkan pada paku-paku ini untuk memastikan setiap paku akan mendapat aliran elektrik yang sempurna. Kemudian barulah paku dimasukkan ke dalam lubang-lubang yang digerudi pada titik-titik yang ditandakan.

Pendawaian untuk paku-paku disadur tembaga.

Sebahagian papan itu pula akan digunakan untuk mebina tiang bagi paip tembaga dan juga sebagai tapak ion thruster anda.

Letakkan jarak di antara paku tembaga dan paip tembaga pada ukuran 3 inci dan pastikan ia diletakkan dengan baik. Apabila semuanya telah diletakkan dengan sempurna, ion thruster anda telah siap untuk diuji. Pastikan unit transformer tidak dipasang semasa anda membuaat kerja-kerja pemasangan pendawaian ke atas ion thruster anda. Apabila anda telah berpuas hari dengan pemasangan pendawaian, bolehlah anda menghidupkan suis dan melihat bagaimana ion thruster anda bekerja – ia akan menghasilkan angin hasil daripada pergerakan ion.

Ion Thruster sedia untuk diuji.

Ia mungkin satu projek yang tidak menarik bagi semua. Tapi ia sedikit sebanyak dapat memperlihatkan bagaimana enjin-enjin yang digunakan pada enjin kapal angkasa bekerja dengan ketiadaan udara (bekalan oksigen). Ion Thruster akan terus diperbaiki dan dipertingkatkan dari semasa ke semasa.

Kini Giliran Pokok Pula Menjana Kuasa Elektrik

Mungkinkah tenaga elektrik suatu hari nanti datangnya dari pokok?

Para pengkaji dan saintis di seluruh dunia terus mengkaji kaedah-kaedah terbaru bagi menghasilkan tenaga elektrik yang lebih bersih. Antara teknik penghasilan yang telah diguna pakai sebelum ini seperti kincir angin, ombak, tenaga solar, geothermal dan hydro-elektrik adakah lagi kaedah lain untuk menghasilkan tenaga elektrik?

Sudah tentu ada sekiranya kita terus memerhati. Sebagaimana kita ketahui setiap benda mempunyai tenaga masing-masing yang berubah dari satu bentuk ke bentuk yang seterusnya. Malah antara perkara yang selama ini kurang diperhatikan adalah pokok. Bolehkah pokok menjana tenaga elektrik? Ia bergantung pula bagaimana pokok itu dilihat dan diaplikasikan untuk penghasilan tenaga elektrik.

Ohio State University

Ryan Harne

Antara teknik penghasilan tenaga elektrik berkonsepkan pokok yang terbaru adalah yang dihasilkan oleh para penyelidik di Ohio State University menggunakan struktur berbentuk pokok tanpa daun yang menghasilkan elektrik melalui pergerakan bumi (seismic), pergerakan pada bangunan tinggi dan juga gegaran yang dihasilkan oleh kenderaan seperti di atas jambatan.

Setakat ini ia masih dalam kajian dan jumlah kuasa yang dihasilkan dengan teknik ini tidaklah dalam jumlah yang besar. Ia bagaimanapun masih boleh digunakan untuk membekalkan tenaga bagi peralatan-peralatan yang memerlukan tenaga yang kecil. Malah, semua kaedah penjanaan tenaga bermula dalam saiz yang kecil.

Projek ini diketuai oleh Ryan Harne yang mengeluarkan kenyataan mengenai perkara tersebut di dalam ‘Journal of Sound and Vibration’ mengenai getaran yang melepasi objek berbentuk pokok yang menyebabkan ianya bergerak.

Ia antara lainnya adalah untuk memanfaatkan sejumlah getaran yang terdapat banyak disekeliling kita yang dihasilkan secara semulajadi oleh pergerakan bumi (seismic) dan juga dari aktiviti manusia seperti bangunan-bangunan tinggi, jambatan, gegaran oleh kenderaan dan juga pejalan kaki.

Rekaan tersebut juga dikatakan amat ringkas di mana mengikut beliau ianya adalah terdiri dari batang pokok dengan beberapa cabang tanpa daun! Namun tiada gambar disertakan untuk memberikan gambaran mengenai struktur tersebut.

Massachusetts Institute of Technology

Mengukur tenaga elektrik pada pokok oleh para penyelidik dari MIT.

Tenaga elektrik dari kentang.

Berbeza pula dengan kaedah penghasilan tenaga elektrik yang dikaji di Massachusetts Institute of Technology (MIT) yang mengkaji penghasilan tenaga elektrik terus dari pokok. Melalui kajian mereka pokok didapati boleh menyimpan sehingga 200 millivolt tenaga elektrik. (Millivolt = 1/1000 volt).

Ianya bukanlah seperti penghasilan elektrik menggunakan kentang dan juga elektrod berbeza untuk menghasilkan elektrik (juga menggunakan lemon, anggur dan beberapa jenis buah lagi). Kajian yang dinyatakan ini adalah mengenai tenaga elektrik yang dihasilkan sendiri oleh pokok-pokok secara terus.

Namun begitu untuk membolehkan tenaga ini digunakan, para pengkaji perlu membina penukar penguat (boost converter) yang mampu mengumpulkan tenaga selemah 20 millivot dan menyimpannya untuk menghasilkan tenaga yang lebih tinggi. Menggunakan elektrod alat ini akan dipasang kepada pokok dan mampu mengeluarkan tenaga sehingga 1.1 volts, jumlah yang cukup untuk memberikan kuasa pada peralatan bervoltan rendah (low-power sensor).

Kaedah ini juga tidak menghasilkan jumlah tenaga yang tinggi, namun ia mungkin berguna untuk membekalkan kuasa bagi kawasan-kawasan terpencil dan juga untuk membekalkan kuasa bagi peralatan dalm memantau kes-kes kebakaran hutan ataupun keadaan hutan itu sendiri.

French Artificial Tree

Pokok elektrik yang dihasilkan oleh Jérôme Michaud-Larivière

Pokok kincir angin yang siap dipasang.

Berbeza pula dengan pokok yang dihasilkan oleh para jurutera dari Perancis sebelum ini. Ianya adalah juga kincir angin yang dibentuk menjadi sebuah pokok. Hanya pokok ini mengandungi sejumlah kincir angin yang mampu menjana tenaga elektrik juga untuk kegunaan-kegunaan kecil.

Jérôme Michaud-Larivière yang merupakan pengasas kepada rekaan ini yang mendapat ilham daripada dedaun pokok yang bergerak. Menurut beliau lagi, “tenaga harus datang daripada sesuatu dan diterjemahkan kepada watts”. Ia merupakan ungkapan biasa yang digunakan bagi mereka yang melibatkan diri dalam bidang kejuruteraan.

Namun begitu rekaan beliau juga menitik beratkan fungsi dan efisyensi, kerana rekaan ini mampu berfungsi pada setiap arah angin selain ianya adalah senyap. Ianya boleh berfungsi dengan hembusan angin selemah 4.5 mph (7.2 km/h).  Menurut Michaud-Larivière lagi pokok eleltriknya ini boleh mengeluarkan tenaga yang menguntungkan apabila angin bertiup pada kelajuan purata 7.8 mph (12.5 km/h) dalam tempoh setahun; namun ia belum dibuktikan melalui ujian makmal bebas.

Bagi rekaan ini pula ianya adalah kincir angin biasa yang direka dengan lebih baik. Namun begitu usaha ini juga adalah satu usaha positif dalam menghasilkan tenaga yang lebih bersih. Cuma pokok kincir angin ini bukanlah murah, rekaan ini berharga £23,500 dan mungkin juga akan memerlukan perbelanjaan baikpulih pula nanti.

Ya, bukan mudah untuk menemukan satu-satu kaedah yang baru dalam apa juga lapangan sekalipun. Namun begitu setiap perkara dapat dilihat daripada sekeliling kita bagaimana alam itu sendiri dipenuhi dengan tenaga yang berubah-ubah. Rekaan yang baik tidak semestinya datang daripada orang-orang yang berpendidikan tinggi sahaja, malah adakalanya ia bermula dari idea yang sangat ringkas. Renung-renungkan. 

Sejarah Rekaan Peralatan Pembersih Hampagas (Vacuum Cleaner)

Roomba, mesin pembersih hampagas robotik tanpa pengawasan.

Sejarah rekaan sesuatu peralatan merupakan perkara yang penting untuk diketahui. Melalui kisah ini kita dapat melihat bagaimana perubahan sesuatu barang tersebut sehingga ke tahap yang lebih baik seperti yang kita lihat pada hari ini. Di sini kita mengambil pembersih hampagas sebagai contoh sahaja di mana, kesemua barangan dan peralatan lain adalah dihasilkan melalui proses yang seakan-akan sama sahaja.

Pembersih hampagas direka lebih awal iaitu sekitar 1860-an bagi tujuan untuk membersihkan isi rumah (kebiasaannya adalah karpet yang menyimpan habuk). Pada mulanya Daniel Hess mencipta peralatan yang dipanggil sebagai “carpet sweeper”, yang menggunakan berus untuk menarik habuk dari carpet. Ia bagaimanapun tidak dihasilkan secara komersil.

Beberapa rekaan lain turut dihasilkan oleh Ives W. McGaffey, yang mereka “Whirlwind” yang menggunakan kipas yang dipusingkan menggunakan tenaga manusia.  Ia agak janggal digunakan namun – ia mungkin merupakan satu-stunya peralatan yang ada pada masa tersebut, dan mendapat jualan yang lebih baik. Ini diikuti pula dengan “Grand Rapids” yang direka oleh Melville R. Bissell.

Tidak kurang juga John S. Thurman dari St. Louis, Missouri yang mencipta "pneumatic carpet renovator" yang menggunakan tenaga ‘gasoline’, ia merupakan peralatanyang menghembuskan habuk ke udara dan tidak pula mengumpul habuk-habuk tersebut.

Whirlwind yang direka oleh Ives W. McGaffey.

Contoh rekaan yang dipatentkan.

Corinne Dufour memperbaiki rekaan pada “carpet sweeper” dengan menggunakan motor elektrik dan span basah untuk menangkap habuk. Manakala Hubert Cecil Booth dari England pula mencipta peralatan vakum pertama menggunakan enjin bermotor. Ia bersaiz amat besar dan perlu menggunakan kereta kuda untuk memindahkannya.

Walter Griffiths mencipta peralatan vakum mudah alih yang pertama, namun ia masih menggunakan tenaga manusia sebagai sumber kuasanya. Kemudian satu lagi rekaan yang penting dihasilkan adalah “Domestic Cyclone” oleh James B. Kirby, yang menggunkan air untuk mengumpul habuk-habuk yang disedut dari karpet.

Peralatan pembersih hampagas (vacuum cleaner) yang menggunakan motor elektrik pertama adalah dihasilkan oleh James Murray Spangler dari Canton, Ohio. Ia dikira sebagai pembersih hampagas (vacuum) pertama yang menggunakan motor elektrik, mudah alih dan mengumpulkan habuk dalam satu masa.

Contoh peralatan awal dan moden. 

Vacuette, antara mesin tidak menggunakan elektrik.

'Domestic Cyclone' menggunakan air untuk mengumpul habuk.

James Murray Spangler

Bekerja sebagai pembersih (janitor) di sebuah pasaraya, tugasnya adalah membersihkan karpet yang dilakukan menggunakan kaedah biasa – memukul, menyapu dan menggunakan peralatan-peralatan yang ada. Oleh kerana alahan terhadap asthma, beliau mencari kaedah yang dapat mengelakkan dirinya terdedah kepada habuk semasa melakukan kerja-kerja tersebut.

Semasa menggunakan peralatan-peralatan lain, terfikir olehnya sekiranya peralatan tersebut menggunakan kipas yang seperti yang digunakan di syiling tempat beliau bekerja. Dari sinilah beliau memulakan proses rekaannya mencipta peralatan menggunakan kipas elektrik.

Rekaan beliau tidak berjalan dengan mudah, kerana pada mulanya peralatan tersebut hanya mampu menyedut habuk, namun ianya beterbangan di udara. Beliau kemudiannya menggunakan sarung bantal untuk mengumpul habuk-habuk yang disedut dan dikumpulkan.

Rekaan tersebut dipatent dan dijual kepada syarikat William Henry Hoover. Di mana sehingga ke hari ini syariakt tersebut masih lagi menghasilkan pelbagai jenis dan model pembersih hampagas (vacuum cleaner).

Mesin pembersih menggunakan teknik Cyclone dari Dyson.

Pembangunan Berterusan

Dari rekaan inilah saiz dan bentuk peralatan ini terus berubah dari semasa ke semasa. Teknologi yang digunakan pada pembersih hampagas juga adakalanya turut digunakan pada mesin-mesin yang lebih besar seperti pembersih ‘cyclone’, yang biasa digunakan untuk mengumpul partikel yang beterbangan di dalam industri perkilangan/ pembuatan.

Hari ini pembersih hampagas digabungkan dengan teknologi perkomputeran yang membolehkan mesin tersebut melakukan kerja-kerja pembersihan dengan sendiri tanpa pengawasan manusia. Teknologi robotik yang digabungkan bersama dengan mesin pembersih ini telah dimulakan sejak lewat 90-an dan awal tahun 2000 lagi. Antara mesin pembersih robotik yang paling terkenal adalah Roomba, Neato, dan bObsweep.

Kebiasaan mesin pembersih hampagas hari ini.

Ianya sangat menarik melihat bagaimana sesuatu perkara mula dicipta. Ia biasanya bermula dengan pelbagai kekurangan, kecatatan dan sebagainya. Namun kita dapat lihat betapa ia merupakan salah satu rekaan penting digunakan hampir di setiap rumah. Apa yang penting di sini, ia direka oleh seorang yang menginginkan perubahan tanpa menanti ianya dilakukan oleh orang lain. Anda boleh jadi siapa sahaja untuk mencipta sesuatu yang dapat memudahkan diri anda sendiri ataupun orang lain di sekeliling anda.

Sel Suria Yang Lebih Ringan, Kecil Namun Jauh Leibh Baik

Solar sel yang sangat nipis dihasilkan oleh MIT.

Tenaga Solar sebelum ini merupakan salah satu tenaga yang cukup mahal kerana kadar efisyensi yang rendah. Namun begitu ia terus dimajukan bagi memberi peluang kepada teknologi ini untuk terus berkembang dan menunjukkan potensinya. Sehingga kini, tenaga solar merupakan antara tenaga yang paling popular untuk menghasilkan tenaga elektrik.

Baru-baru ini sel suria yang amat nipis dan ringan dihasilkan oleh para pengkaji dari MIT dengan ketebalan 1/50 daripada ketebalan rambut manusia. Ia mampu menghasilkan tenaga sebanyak 6 Watt bagi setiap gram. Malah ia sangat nipis dan ringan dan boleh ditampung oleh gelembung buih tanpa pecah. Ini memberi peluang untuk lebih banyak peralatan elektronik kecil menggunakan tenaga solar secara terus di masa-masa akan datang.

Walaupun teknologi tenaga solar antara teknologi tenaga yang semakin giat diusahakan dengan teknik seperti helaian yang dicetak, malah juga dengan semburan pada permukaan sahaja, namun yang tetap menjadi perkara terpenting dalam teknologi tenaga ini adalah kadar tenaga yang mampu dihasilkan berbanding saiz sel suria yang dihasilkan. Sehingga kiri purata sel suri hanya dapat menghasilkan sekitar 15 Watt tenaga bagi setiap kilogram unit yang digunakan. Ini menjadikan rekaan terbaru ini adalah 400 kali ganda lebih baik dari segi penghasilan elektrik.

Ringan dan nipis, boleh ditampung oleh buih.

Ultra Thin Solar Cell, yang dihasilkan pada tahun 2014.

Teknologi solar yang berterusan membolehkan banyak perubahan dilakukan untuk teknologi ini.

Selain itu juga, beratnya yang ringan itu membolehkan ia dipasang kepada pelbagai peralatan terutamanya pada kenderaan seperti kapal terbang yang memerlukan binaan yang ringan. Peralatan-peralatan kecil juga bakal menerima manfaat untuk membekalkan tenaga yang cukup tanpa perlu mengecasnya kepada sumber tenaga lain.

Sebelum ini kumpulan yang sama dengan diketuai oleh penyelidik Vladimir Bulović, dari MIT's School of Engineering, pernah menghasilkan “ultra-thin solar cell’ yang juga bersaiz kecil dan ringan. Melalui pendapat yang menyatakan solar sel boleh dihasilkan dengan saiz yang lebih kecil dan nipis, maka beliau terus menghasilkan solar sel yang lebih nipis ini. Ia adalah menggunakan polymer parylene sebagai tapak yang nipis dan juga DBP (Dibutyl phthalate, material organik) sebagai lapisan penyerap cahaya.

Berikutan dengan penghasilan ini, kumpulan ini dengan yakin untuk menghasikan sel suria dalam skala yang lebih besar walaupun masih banyak usaha yang perlu dijalankan. Ia memberikan potensi yang lebih cerah untuk teknologi sel suria menjadi sebagai salah satu pembekal tenaga elektrik utama pada masa akan datang.

Rekaan Kreatif Basikal Bamboo e-bike

Bamboo e-bike rekaan unik daripada buluh.

Adakalanya sesuatu rekaan lebih dari sekadar menyediakan sesuaut fungsi tertentu seperti fungsi, rupabentuk, bahan binaan, kos, penggunaan sumber tenaga dan sebagainya. Begitu juga dengan rekaan Bamboo e-bike yang mempunyai pelbagai ciri rekaan istimewa yang lain dari yang lain.

Bukan sekadar sebuah basikal, ia juga dilengkapi dengan kuasa bateri untuk membantu penunggang menjimatkan tenaga kayuhan apabila perlu. Ia juga dilengkapi dengan beberapa bekas untuk membawa barangan supaya ia boleh digunakan lebih dari sekadar sebuah basikal untuk bersiar-siar. Mendapat jolokan nama “Car Killer” kerana ia mampu berfungsi sama seperti sebuah kereta dengan keupayaan membawa pelbagai barangan.

Rekaan Bamboo bike pada 2010.

Kerangka Bamboo e-bike yang dibina dengan kekukuhan.

Panel LCD yang memaparkan informasi penting.

Dibina oleh syarikat Calfee Design yang telah lama membina basikal dariapda buluh. Cuma kali ini rekaan ‘e-bike’, adalah sedikit berbeza kerana ia dilengkapi dengan bateri untuk membekalkan kuasa elektrik. Kuasa ini bagi membantu, penuggang e-bike untuk membawa lebih muatan.

Rekaan Bamboo e-bike bukanlah sebarangan binaan, kerana ia dibina dengan kekukuhan walaupun hanya berbingkaikan buluh. Setiap sambungan disambungkan menggunakan penyambung yang diperbuat daripada fiber hemp (hemp fiber) dan ‘epoxy resin’. Kuasa pedal adalah dibantu oleh kuasa dari bateri siri 500-watt BionX D pada bahagian roda belakangnya yang dilindungi oleh pelindung tayar yang diperbuat daripada ‘carbon fiber’. Jumlah kuasa bantuan kayuhan dan juga jumlah simpanan kuasa bateri dapat dilihat melalui paparan LCD yang disediakan pada ‘handle’ basikal tersebut.

Setiap komponen pada Bamboo e-bike dibina dengan penuh terperinci menggunakan bahan-bahan berkualiti. Kotak simpanan yang dibina memudahkan pemilik membawa barangan juga dibina menggunakan keluli tahan karat beserta serta satu lagi ruang di bahagian hadapan yang mempu membawa sebuah kotak minuman.

Ruang simpanan belakang.

Ruang simpanan hadapan dan lampu hadapan.

Lampu ekor pada bahagian belakang.

Tayar belakang.

Selain daripada dilengkapi dengan kuasa elektrik, beberapa ciri keselamatan elektronik juga dilengkapi dengan unit basikal ini antaranya adalah penggera elektronik, lampu rendah dan lampu tinggi LED dan dua lampu belakang. Kesemua sistem lampu elektronik akan padam sepenuhnya sekiranya basikal dimatikan, dan mengelakkan penggunaan tenaga daripada bateri.

Unik dan kreatif sekali rekaan Bamboo e-bike ini. Selain merupakan sebuah kenderaan yang ringan dan menjimatkan ia juga kurang mencemarkan alam. Semoga lebih banyak rekaan berkonsepkan seperti ini akan direka untuk masa-masa akan datang dan dalam masa yang sama bagi kita memikirkan akan rekaan berkonsepkan ciri-ciri sebegini.