В образовательном центре для одаренных детей «Сириус» прошла научно-технологическая проектная программа «Большие вызовы». В этом году ее участниками стали 435 школьников из 64 регионов страны. Это рекордное число с начала программы — 2016 года.
За две недели старшеклассники выполнили 80 проектов по двенадцати направлениям, важным для научно-технологического развития России: от агробиотехнологий до искусственного интеллекта. При этом все они имеют практическую направленность: задачи юным химикам, биологам, инженерам и изобретателям ставили семьдесят партнеров «Больших вызовов», среди которых ведущие российские университеты и научно-исследовательские институты, госкорпорации, крупные компании и общественные объединения. Некоторые из «детских» изобретений уже внедрены в жизнь. Так, VR-разработка участников «Больших вызовов — 2019», которая позволяет сократить количество аварий на железной дороге, будет использоваться в РЖД. Какие вызовы стоят перед российскими школьниками в этом году, узнавала наш корреспондент.
Энергия воды
Чтобы приехать на «Большие вызовы» в «Сириус», одиннадцатиклассник из Орла Александр Черных создал водородный реактор.
— Мой проект заключался в создании реактора для получения водородного топлива. Хотя нужно сказать, что в результате работы реактора у меня выделялся не совсем водород, а гремучий газ, то есть смесь водорода и кислорода в соотношении два к одному. Для предотвращения опасных ситуаций я поставил в реактор пламегаситель, который не пропускал газ из горелки внутрь всей системы. В качестве топлива в установке используется вода. То есть, понимаете, вы можете получить чистое топливо из воды путем электролиза! — рассказал юный изобретатель Александр Черных.
Самой сложной в создании реактора для одиннадцатиклассника оказалась работа с металлом: в основу модели легли несколько пластин, похожих на конденсатор. Сегодня Александр продолжает работу над электронной начинкой прибора. Это позволит разделять воду на водород и кислород с минимальными затратами.
— На «Больших вызовах» я изучаю работу атомной электростанции на Крайнем Севере. Мы анализируем проблемы современных АЭС и варианты их предотвращения и разрабатываем системы безопасности, которые не потребляют электричество,— пояснил участник «Больших вызовов» Александр Черных.
В итоге ребята напечатают детали на 3D-принтере и сделают безопасный действующий макет малой атомной станции для Арктики.
Энергия водорода может применяться не только для атомных электростанций. Десятиклассник Даниил Толпекин сконструировал собственный дрон на водороде. Такой аппарат обходится в два-три раза дешевле остальных, имеет увеличенный запас хода. К тому же водородный топливный элемент является экологически чистым: при его эксплуатации в окружающую среду выделяется только водяной пар. Но как оказалось, для дронов подходит не только водород.
— В «Сириусе» мы с командой занимаемся передачей энергии на дрон с помощью лазера. Цель нашего исследования — при помощи лазера и солнечной панели обеспечить зарядку дрона в воздухе, не сажая его. Считаю, что наш проект станет прорывом. Если мы сделаем более практичную систему, которую можно будет применять, это будет действительно классно,— уверен Даниил Толпекин.
Вызов для Илона Маска
Популярность идеи освоения космоса набирает обороты в мире. Недавно в космический полет отправился Джефф Безос — основатель компании Amazon и самый богатый человек в мире. До этого в космос отправился Ричард Брэнсон — создатель Virgin Group. В конце 2020 года миллиардер и основатель частной ракетной компании SpaceX Илон Маск пообещал доставить человека на Марс в ближайшие шесть лет, а также создать там колонию. Чем ответили на вызов российские школьники?
Во время научно-технологической программы в «Сириусе» они собрали... аппарат для исследования Марса. Прыгающий.
— GasHopper — так называется аппарат — будет передвигаться прыжками за счет сжатого газа, стабилизировать себя в полете и безопасно приземляться. Для перемещения он использует сухой лед — углекислый газ в твердом состоянии, которым богаты марсианские полярные шапки. Аппарат будет искать воду, необходимую при колонизации планеты,— рассказали юные разработчики.
Модель школьники собирали сами: сделали раму, напечатали элементы клапанов на 3D-принтере, составили электрическую схему и запрограммировали бортовой компьютер. Один из важных моментов — возможность дистанционного включения аппарата. Он будет запускаться с компьютера и делиться с ним данными о своем положении, скорости, давлении в баке.
— GasHopper совершает такой же прыжок с помощью сжатого воздуха, который должен сделать на Марсе уже за счет окружающих ресурсов — сухого льда. Мы надеемся, что работа над прототипом космического аппарата вдохновит ребят развивать технологии для изучения Марса,— добавил руководитель проекта — инженер-конструктор НПО «Энергомаш имени В. П. Глушко» Сергей Кузьмичев.
Для исследования космоса пригодится и первый в мире космический микроскоп, прототип которого разработали российские школьники. Такой сканирующий зондовый микроскоп дает изображение поверхности материалов с очень высоким разрешением. За его изобретение физики Герд Карл Бинниг и Генрих Рорер в 1986 году получили Нобелевскую премию. Российские школьники решили поместить зондовый микроскоп в наноспутник и запустить его на орбиту высотой до пятисот километров. Два года аппарат будет падать в плотных слоях атмосферы, при этом микроскоп будет непрерывно сканировать поверхности различных материалов, на которые воздействуют нанометеориты, солнечный ветер, ионные потоки, космическая радиация и рентгеновское излучение. Кадры передадут на Землю. Таким образом ученые исследуют прочность и стойкость материалов, используемых для обшивки космических кораблей, чтобы усовершенствовать их, а заодно проанализировать воздействие на аппараты космической пыли.
Экология, вечная батарейка и трубы
Не космосом единым живы российские школьники. На «Больших вызовах» они решают целый ряд важных и интересных задач. Участники команды по направлению «Умный город и безопасность» разрабатывают экологическую карту — автоматическую систему контроля промышленного загрязнения окружающей среды. Она состоит из датчиков и системы обработки данных, которые будут проверять воду, воздух и почву на соответствие требованиям СанПиН и другим нормативам. Экологическая карта может лечь в основу разветвленной системы мониторинга, которая будет работать без вмешательства человека.
В рамках направления «Нанотехнологии» школьники создают «вечную» батарейку для подкожных датчиков. Генератор энергии для вживляемых медицинских имплантатов будет работать на основе пьезоэлемента и вырабатывать электричество при изменении своей формы. Сейчас вживляемые датчики для мониторинга показателей здоровья человека получают энергию за счет батареек, которые нужно регулярно менять хирургическим путем. В качестве материала для «вечной» батарейки выбраны микро- и нанотрубки дифенилаланина.
— При нанесении водно-спиртового раствора дифенилаланина на поверхность электрода образуются трубчатые структуры. Полученные трубки являются нашим пьезоэлектриком. Каждая трубочка состоит из закрученных в спираль молекул с положительным и отрицательным зарядом на концах. При деформации пьезоэлектрика поляризация микротрубок увеличивается, за счет чего вырабатывается электричество,— рассказала участница проекта Анна Холодова из города Волжский Волгоградской области.
Ребята из пяти регионов работают над созданием нейросети для интерпретации мозговых импульсов. Это позволит эффективно управлять протезом руки, даже если мышцы конечности неактивны: в таком случае сигнал на бионический протез должен поступать сразу из мозга. Ученые по всему миру уже работают над созданием таких интерфейсов, но в производство они еще не внедрены. Для получения сигнала школьники используют электроэнцефалографию. Благодаря этому можно определить ритмы нейронов. С помощью математического анализа можно преобразовать мозговые импульсы и синхронизировать группы нейронов для управления сигналом протеза.
Не осталась в стороне от детского внимания и нефтегазовая отрасль страны. Для нее школьники разработали новую модель беспилотника. Робот на гусеничном ходу будет проверять целостность трубопровода, заполненного углеводородами, изнутри, а энергию получать из потока газа или жидкости. Такие устройства в промышленности еще не применяются: для проверки труб используют пилотируемых роботов с ограниченным запасом хода, которые не могут работать в заполненной трубе.
