◎湖南省常德芷蘭實(shí)驗(yàn)學(xué)校 張晗

研究背景：

吃飯本來是一件簡單且愜意的事情，但對于失能或半失能老人來說卻是個大問題。他們生活不能自理，需要人照顧。

我的大姨奶患有阿爾茨海默病和帕金森病，嘴角變形，吞咽功能減退，進(jìn)食與飲水都困難。我的干外婆因肌無力無法張嘴咀嚼食物。每次和她們一起吃飯，看著她們痛苦的樣子，我很心疼。

另外，有些人在手術(shù)后需要攝入有營養(yǎng)的流質(zhì)食物，而流質(zhì)食物得找專人烹飪再喂食，費(fèi)時又費(fèi)力。

為了解決這些人的進(jìn)食問題，我發(fā)明了蠕動式流食喂食輔助裝置。

研究思路：

將氣壓傳感器、高壓氣泵與Arduino控制模塊等組合，通過程序設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)喂食流質(zhì)食物的功能——使用者只要通過吸管吸食，氣壓傳感器就會感受到容器內(nèi)的氣壓變小，高壓氣泵工作產(chǎn)生高壓將流食壓入使用者嘴中。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

實(shí)驗(yàn)樣機(jī)由四部分構(gòu)成：第一部分是氣壓傳感裝置，監(jiān)測裝置內(nèi)的氣壓變化；第二部分是Arduino控制模塊，分析氣壓變化狀態(tài)，并根據(jù)預(yù)設(shè)值控制高壓氣泵工作；第三部分為智能送食裝置，實(shí)現(xiàn)蠕動送食功能；第四部分為供電裝置，采用3.7V鋰電池，使用安全。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

制作過程：

我準(zhǔn)備乳膠管、氣壓傳感器、Arduino模塊、PWM控制模塊、高壓氣泵和3.7V鋰電池等材料，在老師的指導(dǎo)下制作蠕動式流食喂食輔助裝置。

我先3D打印杯蓋、把手等部件，用熱熔膠槍將乳膠管與吸管蓋連接，再設(shè)計(jì)模塊連接電路圖，然后連接模塊，最后利用米思齊可視化編程平臺編寫程序。

圖2 在老師的指導(dǎo)下連接模塊

圖3 作品實(shí)物圖

作品測試：

測試一：將處理后的流質(zhì)食物裝入蠕動式流食喂食輔助裝置，啟動氣壓值為5個單位值，延時2秒，通過乳膠管吸食流質(zhì)食物。

效果：蓋上上蓋，裝置未密封時，高壓氣泵工作，但無流質(zhì)食物流出；裝置密封后，沒有任何反應(yīng)。

測試二：將處理后的流質(zhì)食物裝入蠕動式流食喂食輔助裝置，啟動氣壓值為110個單位值，延時2秒，通過乳膠管吸食流質(zhì)食物。

效果：蓋上上蓋，裝置未密封時，高壓氣泵工作，但無流質(zhì)食物流出；裝置密封后，高壓氣泵工作，流質(zhì)食物被壓出，但量小。

測試三：將處理后的流質(zhì)食物裝入蠕動式流食喂食輔助裝置，啟動氣壓值為110個單位值，延時3秒，通過乳膠管吸食流質(zhì)食物。

效果：蓋上上蓋，裝置未密封時，高壓氣泵工作，但無流質(zhì)食物流出；裝置密封后，高壓氣泵工作，流質(zhì)食物被壓出，量適中。

可見，借助輔助吸食裝置，使用者攝入不同濃度的流質(zhì)食物的需求能夠被滿足，只要輕輕一吸，即可達(dá)到預(yù)期進(jìn)食效果。

但蠕動式流食喂食輔助裝置未密封時不能正常工作，氣壓檢測與輸送流食互相干擾，無法正常運(yùn)行。

作品改進(jìn)：

1.基本思路

將流食通道與氣壓管道分離，氣壓管道與氣壓傳感器相連，流食通道與蠕動泵相連，應(yīng)用Arduino控制模塊，通過程序控制蠕動泵，實(shí)現(xiàn)喂食流質(zhì)食物的功能——使用者只要通過吸管吸食，容器內(nèi)的氣壓就會發(fā)生變化，微處理芯片根據(jù)氣壓變化情況控制蠕動泵工作，將流質(zhì)食物輸送至使用者嘴中。

2.結(jié)構(gòu)與程序改進(jìn)

作品由四部分構(gòu)成，第一部分是氣壓傳感裝置，監(jiān)測裝置內(nèi)氣壓變化；第二部分是Arduino控制模塊，分析氣壓變化情況，并根據(jù)預(yù)設(shè)值通過PWM信號控制蠕動泵工作；第三部分為智能送食裝置，由氣壓管、流食通道和蠕動泵組成，實(shí)現(xiàn)蠕動送食功能；第四部分為供電裝置，采用3.7V鋰電池，使用安全。作品設(shè)計(jì)圖如圖4所示。

圖4 改進(jìn)后的作品設(shè)計(jì)圖

同樣，我對程序設(shè)計(jì)也進(jìn)行了修改，程序圖如圖5所示。

圖5 程序圖

改進(jìn)后的作品測試：

將處理后的流質(zhì)食物裝入蠕動式流食喂食輔助裝置，打開開關(guān)，輔助吸食系統(tǒng)工作。使用者將乳膠管放在嘴里輕輕一吸，氣壓傳感器感受到容器內(nèi)氣壓變小，蠕動泵開始工作，將流質(zhì)食物送入使用者嘴中，使用者吸得越快，送食就越快。

圖6 改進(jìn)后的作品實(shí)物圖

圖7 改進(jìn)后的作品內(nèi)部圖

創(chuàng)新點(diǎn)：

1.蠕動式流食喂食輔助裝置采用氣壓傳感器、蠕動泵與Arduino控制模塊，通過PWM信號控制蠕動泵工作，把流質(zhì)食物送入使用者嘴里，解決失能或半失能老人和術(shù)后初愈者的進(jìn)食問題，可滿足他們攝入不同濃度的流食的需求，讓他們的生活更有質(zhì)量。

2.采用雙管設(shè)計(jì)，流食通道與氣壓檢測通道分離，提高了控制的精準(zhǔn)度。

收獲與感受：

當(dāng)發(fā)現(xiàn)生活中的問題時，我們的腦海中經(jīng)常會蹦出一些奇思妙想。認(rèn)真思考，大膽運(yùn)用平時學(xué)過的知識，我們也能將想法變成現(xiàn)實(shí)。這就是創(chuàng)新！

創(chuàng)新不僅給我們的生活帶來了便利，還激發(fā)了我的創(chuàng)造意識。

指導(dǎo)老師 張才友

老師推薦：

作者關(guān)注特殊群體——失能或半失能老人和術(shù)后初愈者，運(yùn)用所學(xué)知識設(shè)計(jì)蠕動式流食喂食輔助裝置，讓他們自己掌控進(jìn)食量，避免被嗆到，滿足他們的進(jìn)食需求。

該項(xiàng)目貼近生活，構(gòu)思巧妙，其方法與原理值得推廣。