“简约中的优雅”：原型诞生了

圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院的学生设计了一种设备的原型，可以帮助环境工程师监测密苏里州工厂化农场对空气质量的影响。在 2023 年秋季学期，学生们在 Jubel Hall 的 Spartan 轻金属产品创客空间中构建了他们的原型。

与讲师杰克逊·波特（Jackson Potter）合作，高级“多学科设计与原型制作”课程（MEMS 312）的本科生开发了他们的原型，以满足杰伊·特纳（Jay Turner）研究小组的环境工程师描述的需求。Turner是James McKelvey工程教育教授。

虽然该国的大部分畜牧业生产曾经发生在空旷的田地，但今天大多数饲养供人类食用的动物都生活在集中动物饲养作业（CAFO）中。如果设计或管理不当，这些集约化农业作业会污染当地的空气和水。在CAFO附近生活或工作的人，尤其是那些在CAFO的下风处花费大量时间的人，首当其冲地受到负面影响。

“基本上它很臭——在一个方向上，”本科生席琳·冯（Celine Vuong）和她的班级伙伴杰米·林（Jaimie Lin）一起开发了其中一个原型。

9 月，波特邀请特纳小组的研究人员访问他的课堂，并描述他们在 CAFO 附近的物业中安装的简单且低成本的空气质量监测设备。科学家们需要一种方法来保护他们敏感的采样设备，直到风向“正确”——或者，根据你的观点，“错误”——方向，即从农场开始。研究人员希望他们的传感器保持打开或暴露，而风直接从农场吹来，并在风向转向不同方向时覆盖传感器。

在秋季学期，学生们努力做出许多与原型相关的决定：是3D打印更好，还是导出2D图案并让机器从现有的塑料板上切割出所需的零件更好？哪种解决方案是密不透风的？操作该机构需要多少电池？而且，在实践层面上，当创客空间的3D打印队列变得太长时会发生什么？

最终，学生们在做出最终设计选择时描绘了他们的内部客户。“你想让安装它的人更容易，”Vuong说。“有很多事情需要考虑。”

、

、

、

本科生Matthew 任说，他的设计灵感来自旋转门。他的原型有一个小型3D打印圆柱体，就像传感器上的护套一样。当风从特定方向吹来时，弯曲的面板会滑开，露出传感器。

“目标用户可能在机械工程或电气工程方面没有很多经验或知识，”任说。“我希望他们感到非常自信和有力量。每个人都可以使用此设备。如果传感器或电机坏了，他们可以更换它。

12 月 5 日，学生们在丹佛斯大学中心 （DUC） 的展示活动中向公众展示了他们的最终项目。

“这里的一切都是如此多样化！这与我在这门课开始之前的想法完全不同，“麦凯维大学能源、环境和化学工程博士生何彦说。她正在领导特纳小组与密苏里州环境联盟合作开展与当地 CAFO 相关的项目。

“许多设备都很简单，而且工作正常，”她说。“将来，我们将在现场部署其中一些。

“简约中蕴含着优雅，”特纳说，当他从DUC的一张拥挤的桌子走到另一张桌子时，他笑容灿烂。“我们总是在现场与一些事情作斗争：它是否防水？活动部件数量最少的是什么？我喜欢我们在这里看到的想法。

“有一个磁铁可以紧紧抓住所有东西，”他说。“当你想打开它时，你必须克服磁铁的力量才能把它分开。你正在积极努力创造一个印章。他还称赞了依靠齿轮机构和转动杆打开和关闭的转子的设计。“这并不复杂，”特纳说。

Potter 教授 MEMS 312 课程和 MEMS 411“机械工程设计项目”（“高级设计”），他要求他的学生在向同龄人展示原型时反思他们的错误和失误。这是课堂的必修课。

“如果你看到更多可能出错的事情，你将能够更好地避免自己（通常）做这些事情，”波特说。

“学生还可以更真实地了解设计过程，”他说。“需要重新思考或返工是创造新事物的固有部分。”