3Dプリント気象ステーション：低コストで高精度な気象情報を予測し、防災・減災を実現します！

2022年5月10日、Antarctic Bearは、大気研究大学コンソーシアム（UCAR）が、3Dプリントされたツールと機器を使用して悪天候を早期に検知する3D-PAWS（3Dプリント自動気象ステーション）と呼ばれるプロジェクトを実施していることを知りました。チームは最新の成果を披露しました。Antarctic Bear と一緒に見てみましょう!

なぜ気象観測所を建設するのですか?
気象観測所には、気温、湿度、風速、太陽放射など、天気予報に影響を与える要因を監視するために設計されたさまざまな機器とセンサーが含まれています。気象観測所はニュースチャンネルにとって重要なツールであるだけでなく、農業や再生可能エネルギーの利用などの分野での研究も促進します。しかし、市販のデバイスは製造に数千ドルかかるため、資金が限られている場合には入手が困難になります。ここで 3D プリントが役に立ちます。これによりコストが削減され、遠隔地でも気象観測所にアクセスできるようになります。

3D—足跡
3D-PAWS プロジェクトは、気象データをより利用しやすくすることを目的として 5 年前に提案されました。この取り組みのプロジェクトリーダーの一人であるポール・クセラ氏は、次のように述べています。「私たちの目標は、エンドユーザーが何千ドルもする市販のセンサーを購入するのではなく、正確に測定できるセンサーを使用できるようにすることです。ツールの全体的なコストを削減する方法の1つは、積層造形です。プロジェクトは、湿度、降水量、気圧、さらには気温に関するより多くのデータを取得できる気象観測所への設置から始まりました。バルバドス、ケニア、ウガンダ、ザンビアなどの地域では、すでに3D-PAWSが装備されています。」

△ザンビアに設置された3Dプリントセンサー（写真提供：3D-PAWS）

超音波センサー<br /> これらの気象観測所での最初の成功の後、3D-PAWS は現在、リモートセンシングの研究に注力しています。目標は、流れの変化、沿岸部の突然の高潮、遠隔地の山岳地帯の降雪を検知できるシステムを設計することです。 3D-PAWS 機器の機械エンジニア兼設計者であるマーティン・スタインソン氏は、次のように付け加えています。「私たちは、気象観測所や流量計を通じて一般の人々に有用な気象情報を提供し、人々が予防策を講じて悪天候の影響を回避できるようにするという目標を達成する軌道に乗っています。」こうして超音波センサーが誕生したのです。ポリマー 3D プリントケースで保護されています。現在、プロジェクトメンバーはこの超音波センサーや3Dプリント方法の具体的な情報を公開していない。

しかし、彼らはこのセンサーのテスト結果を提供しました。洪水や雪解け水の流出をより正確に予測できます。具体的には、音波を使ってパルスを送受信し、水面での送受信にかかる時間を測定して水位の変化を測定します。開発者たちは、最終的なセンサーの設置、取り扱い、修理が容易になり、遠隔地でも検出システムを使用および保守できるようになることを期待しています。研究者らはすでにいくつかのフィールドテストを実施しており、2週間でセンサーは5.4メートルの降雪量を計測しましたが、損傷はありませんでした。なんと素晴らしいことでしょう！

△ドミニカ共和国に設置されたセンサーと、機能試験のために設置に成功したセンサー

3D プリントセンサー VS 市販センサー<br /> 2020年には早くも、大学大気研究コンソーシアム（UCAR）の3Dプリント自動気象ステーション構想の計画と指導の下、研究者らは3Dプリント部品と低コストのセンサーを使用して気象ステーションを構築し、オクラホマメソネットステーションに配備して、その性能を標準的な市販センサーと比較し、寿命と耐久性を判定しました。研究者らは8か月間現地調査を実施し、気温、相対湿度、気圧、風速と風向、太陽放射、降水量の測定値を収集した。風向を除いて、測定値は市販のセンサーと同等でした。一部のセンサーや 3D プリント部品は展開中に故障したため、システムの寿命と耐久性はさまざまです。全体的に、これらの低コストのセンサーは、より高価な市販のセンサーに匹敵し、短期間の展開のためのリソースが限られている研究者や教育者にとって実行可能な代替手段となる可能性があります。適切なメンテナンスとセンサーおよび 3D プリント部品の定期的な交換により、長期の展開が可能になります。

△3Dプリントセンサーと市販センサーの比較データ

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