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Das Mortensen Center in Global Engineering setzt sich mit Autodesk Fusion 360 für den Zugang zu frischem Trinkwasser in abgelegenen Gemeinden ein.

Es ist eine Sache, eine Handpumpe für einen Wasserbrunnen zu installieren und einer abgelegenen Gemeinde den dringend benötigten Zugang zu frischem Trinkwasser zu ermöglichen. Eine ganz andere Sache ist es, zu wissen, wie lange sie halten wird und ob sie Monate oder Jahre nach der Installation noch funktioniert. Das Mortensen Center in Global Engineering (MCGE) an der University of Colorado, Boulder, hat es sich zur Aufgabe gemacht, neben seinen vielen anderen Forschungsprojekten und seinem innovativen Bildungsprogramm auch diese allgemeine Herausforderung zu untersuchen und für mehr Sichtbarkeit zu sorgen.

Das MCGE kombiniert Bildung, Forschung und Partnerschaften mit Organisationen wie der Autodesk Foundation, um sich positiv auf gefährdete Menschen auszuwirken. Und das alles mit der Vision, dass alle Menschen auf der Welt über sicheres Wasser, sanitäre Einrichtungen, Energie, Nahrung, Unterkunft und Infrastruktur verfügen. Das MCGE bietet den Studenten die einzigartige Möglichkeit, sich zu globalen Ingenieuren zu entwickeln, indem sie sich mit Politik, Feldarbeit und vielen dringenden Themen befassen, darunter Katastrophenresilienz und Bauarbeiten nach Katastrophen, Wasser, Sanitärversorgung und Hygiene (WASH) sowie Systemtheorie für Entwicklung.

Der Doktorand Taylor Sharpe ist Forscher und Dozent und leitet das Labor am MCGE. Er und sein Team haben sich der Herausforderung gestellt, Sensoren für die Installation an Trinkwasserpumpen in Nigeria zu entwickeln. Diese Sensoren könnten aufschlussreiche Daten über Pumpenausfälle liefern, indem sie zählen, wie oft und wann der Griff betätigt wird, den Strom in elektrischen Bohrlöchern messen und den Wasserstand in Hochbehältern messen. Das Team musste viele Faktoren berücksichtigen, wie Größe, Haltbarkeit, Abstand und einfache Installation.

Nutzung von Fusion 360 für das Sensor-Design

Sharpe hat Fusion 360 seit dem Ende seines Maschinenbaustudiums für Produktdesign und Forschungsprojekte eingesetzt. Er hat an einem Gerät zur Messung der Luftqualität für den Einsatz in Ruanda, Latrinenbelegungsmonitoren in Kenia, Wasserstand- Überwachungssystemen in Sierra Leone und vielem mehr gearbeitet.

Fusion 360 war das Herzstück der Entwicklung und Zusammenarbeit für das Handpumpen-Sensor-Projekt. Das Team war weltweit tätig und arbeitete zwischen Colorado, Kalifornien, Kenia und Nigeria. Aufgrund der Pandemie mussten Sharpe und das Team auf ihre üblichen Besuche vor Ort verzichten. Stattdessen verließen sie sich ausschließlich auf Fusion 360, um den Sensor durch 3D-Modelle zum Leben zu erwecken.

“Unser Ziel mit dem Handpumpenprojekt ist es, Erkenntnisse zur Unterstützung einer nachhaltigen Wasserversorgung zu gewinnen.”

-Taylor Sharpe, Doktorand, Mortensen Center in Global Engineering

Schulung, Installation und Überwachung aus einer halben Welt Entfernung

Das Team stand vor einer weiteren großen Herausforderung: Wie sollte die Installation der Sensoren in den Handpumpen vermittelt und die Bohrstellen angewiesen werden? Das Schulungsmaterial konnte problemlos in Fusion 360 entwickelt und angezeigt werden, einschließlich Renderings für Videos und schriftliche Dokumentation.

Vor Ort in Nigeria stellten sie außerdem fest, dass ein anderes Handpumpenmodell unerwartet weit verbreitet war. Sie waren in der Lage, das Design zu aktualisieren, um es an eine neue, unerwartete Geometrie anzupassen, wobei sie ein Patchwork von Kommunikationstechnologien einsetzten, um mit den Mitgestaltern vor Ort zusammenzuarbeiten. Eine dieser Technologien war Fusion 360.

Zweihundert Sensoren wurden an Handpumpen, elektrischen Bohrlöchern und Wasserzisternen installiert, um die Daten zur Überwachung per Satellit zu übertragen. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse tragen zu einer breiteren und gut dokumentierten Darstellung der Leistung und der erforderlichen Wartung bei. Dies ist besonders wichtig für abgelegene Gebiete. Ohne einen Mobilfunkdienst, über den eine defekte Pumpe gemeldet werden kann, kann in abgelegenen Gebieten der Zugang zu sauberem Wasser für längere Zeit unterbrochen werden.

“Eine Handpumpe allein ist keine langfristige, nachhaltige Lösung”, sagt Sharpe. “Diese Art der Überwachung und Datenerfassung ist wichtig, um das Bewusstsein für politische Veränderungen zu schärfen, die für die Finanzierung der Infrastruktur und das Wassermanagement erforderlich sind.

“Die nahtlose Integration von Elektrik und Mechanik, die Bearbeitungsmöglichkeiten und die Funktionen zur Zusammenarbeit unterscheiden Fusion 360 wirklich von anderen Softwarepaketen. Deshalb ist es jetzt immer meine erste Wahl.”

-Taylor Sharpe, Doktorand, Mortensen Center for Global Engineering

Mit einem praktischen Projekt eine globale Perspektive gewinnen

Das MCGE bietet Ingenieurstudenten die Möglichkeit, sich durch Forschungsprojekte und Kurse mit globalen Entwicklungsfragen auseinanderzusetzen. Das Zentrum inspiriert auch zu Karrieren, die nachhaltige Lösungen hervorbringen.

Jedes Semester leitet Sharpe einen Kurs für Doktoranden, in dem sie etwas über mechanisches Design lernen. Die meisten der teilnehmenden Studenten studieren Umwelttechnik oder Bauingenieurwesen. In einem praktischen Labor erhalten sie einen ersten Einblick in die Produktentwicklung und den Maschinenbau.

Dank des Autodesk Technology Impact Program erhält jeder Student sein eigenes Exemplar von Fusion 360, um ein Überwachungssystem zu optimieren, zu entwerfen und als Prototyp zu bauen. Für viele ist das eine augenöffnende Erfahrung.

“An der CU kann man mit einem Global Engineering-Zertifikat abschließen”, erklärt Sharpe. “Fusion 360 ist ein integraler Bestandteil der Studenten-Erfahrung an der CU im Rahmen des Global Engineering Program. Die Studenten konnten damit zum Beispiel lernen, wie die Überwachung von Instrumenten funktioniert, und die wichtigsten Überschneidungen von Technik und öffentlicher Gesundheit verstehen. All das ist Teil der Erforschung und der Erfahrung, die ihnen hilft, unsere größten Probleme zu lösen.”