蠕动式流食喂食辅助装置

◎湖南省常德芷兰实验学校 张晗

研究背景：

吃饭本来是一件简单且惬意的事情，但对于失能或半失能老人来说却是个大问题。他们生活不能自理，需要人照顾。

我的大姨奶患有阿尔茨海默病和帕金森病，嘴角变形，吞咽功能减退，进食与饮水都困难。我的干外婆因肌无力无法张嘴咀嚼食物。每次和她们一起吃饭，看着她们痛苦的样子，我很心疼。

另外，有些人在手术后需要摄入有营养的流质食物，而流质食物得找专人烹饪再喂食，费时又费力。

为了解决这些人的进食问题，我发明了蠕动式流食喂食辅助装置。

研究思路：

将气压传感器、高压气泵与Arduino控制模块等组合，通过程序设计来实现喂食流质食物的功能——使用者只要通过吸管吸食，气压传感器就会感受到容器内的气压变小，高压气泵工作产生高压将流食压入使用者嘴中。

结构设计：

实验样机由四部分构成：第一部分是气压传感装置，监测装置内的气压变化；第二部分是Arduino控制模块，分析气压变化状态，并根据预设值控制高压气泵工作；第三部分为智能送食装置，实现蠕动送食功能；第四部分为供电装置，采用3.7V锂电池，使用安全。结构设计图如图1所示。

图1 结构设计图

制作过程：

我准备乳胶管、气压传感器、Arduino模块、PWM控制模块、高压气泵和3.7V锂电池等材料，在老师的指导下制作蠕动式流食喂食辅助装置。

我先3D打印杯盖、把手等部件，用热熔胶枪将乳胶管与吸管盖连接，再设计模块连接电路图，然后连接模块，最后利用米思齐可视化编程平台编写程序。

图2 在老师的指导下连接模块

图3 作品实物图

作品测试：

测试一：将处理后的流质食物装入蠕动式流食喂食辅助装置，启动气压值为5个单位值，延时2秒，通过乳胶管吸食流质食物。

效果：盖上上盖，装置未密封时，高压气泵工作，但无流质食物流出；装置密封后，没有任何反应。

测试二：将处理后的流质食物装入蠕动式流食喂食辅助装置，启动气压值为110个单位值，延时2秒，通过乳胶管吸食流质食物。

效果：盖上上盖，装置未密封时，高压气泵工作，但无流质食物流出；装置密封后，高压气泵工作，流质食物被压出，但量小。

测试三：将处理后的流质食物装入蠕动式流食喂食辅助装置，启动气压值为110个单位值，延时3秒，通过乳胶管吸食流质食物。

效果：盖上上盖，装置未密封时，高压气泵工作，但无流质食物流出；装置密封后，高压气泵工作，流质食物被压出，量适中。

可见，借助辅助吸食装置，使用者摄入不同浓度的流质食物的需求能够被满足，只要轻轻一吸，即可达到预期进食效果。

但蠕动式流食喂食辅助装置未密封时不能正常工作，气压检测与输送流食互相干扰，无法正常运行。

作品改进：

1.基本思路

将流食通道与气压管道分离，气压管道与气压传感器相连，流食通道与蠕动泵相连，应用Arduino控制模块，通过程序控制蠕动泵，实现喂食流质食物的功能——使用者只要通过吸管吸食，容器内的气压就会发生变化，微处理芯片根据气压变化情况控制蠕动泵工作，将流质食物输送至使用者嘴中。

2.结构与程序改进

作品由四部分构成，第一部分是气压传感装置，监测装置内气压变化；第二部分是Arduino控制模块，分析气压变化情况，并根据预设值通过PWM信号控制蠕动泵工作；第三部分为智能送食装置，由气压管、流食通道和蠕动泵组成，实现蠕动送食功能；第四部分为供电装置，采用3.7V锂电池，使用安全。作品设计图如图4所示。

图4 改进后的作品设计图

同样，我对程序设计也进行了修改，程序图如图5所示。

图5 程序图

改进后的作品测试：

将处理后的流质食物装入蠕动式流食喂食辅助装置，打开开关，辅助吸食系统工作。使用者将乳胶管放在嘴里轻轻一吸，气压传感器感受到容器内气压变小，蠕动泵开始工作，将流质食物送入使用者嘴中，使用者吸得越快，送食就越快。

图6 改进后的作品实物图

图7 改进后的作品内部图

创新点：

1.蠕动式流食喂食辅助装置采用气压传感器、蠕动泵与Arduino控制模块，通过PWM信号控制蠕动泵工作，把流质食物送入使用者嘴里，解决失能或半失能老人和术后初愈者的进食问题，可满足他们摄入不同浓度的流食的需求，让他们的生活更有质量。

2.采用双管设计，流食通道与气压检测通道分离，提高了控制的精准度。

收获与感受：

当发现生活中的问题时，我们的脑海中经常会蹦出一些奇思妙想。认真思考，大胆运用平时学过的知识，我们也能将想法变成现实。这就是创新！

创新不仅给我们的生活带来了便利，还激发了我的创造意识。

指导老师 张才友

老师推荐：

作者关注特殊群体——失能或半失能老人和术后初愈者，运用所学知识设计蠕动式流食喂食辅助装置，让他们自己掌控进食量，避免被呛到，满足他们的进食需求。

该项目贴近生活，构思巧妙，其方法与原理值得推广。