На фото выше — атомная батарейка с улучшенными характеристиками. Её разработали специалисты НИТУ «МИСиС». Это важный шаг для развития источников питания будущего. Но в августе были и другие изобретения и открытия. Одни уже внедряются на практике, другие только прошли испытания. Но у всего перечисленного ниже есть общее свойство — эти разработки решают конкретные проблемы.
В Ростехе разработали устройства для утилизации масок и перчаток
Проблема: из-за пандемии люди используют огромное количество средств индивидуальной защиты. В общественных местах их выбрасывают в обычные мусорные контейнеры. Это плохо и с точки зрения профилактики распространения болезни, и с точки зрения экологии.
Решение: стальной бокс с герметичной ёмкостью внутри. В ней — бесхлорное и бесспиртовое средство нового поколения, которое дезинфицирует средства индивидуальной защиты. Контейнер создан по антивандальной технологии.
Что дальше: большой интерес к новым устройствам уже проявили представители гостиничного бизнеса. Курорт «Роза Хутор» в Сочи станет первым местом, где появятся специализированные контейнеры для раздельного сбора и утилизации масок и перчаток. В каждом отеле будет установлено по два контейнера — для персонала и посетителей. Разработчики считают, что оборудование будет также востребовано на транспорте, в банках, торговых предприятиях и других общественных местах.
В Москве наладили серийное производство эндопротезов тазобедренного сустава
Проблема: до недавнего времени в России не было серийного производства эндопротезов. В итоге около 90 % рынка заняли импортные детали для эндопротезирования. Попытки создать отечественную альтернативу не были успешными из-за проблем с качеством. При этом потребность в протезировании всегда была высокой — в год в России проводится более 70 000 операций. Особенно важно это для людей старшего поколения, на которых приходится больше 70 % случаев протезирования.
Решение: компания «Трек-Э Композит» организовала серийное производство всей линейки эндопротезов тазобедренного сустава, качество которой сопоставимо с импортными деталями. Разработками в этой области специалисты занимаются с 2016 года. За это время удалось организовать полный цикл производства.
Что дальше: сейчас компания наращивает объёмы производства. В 2021 году планируют выпускать до 25 000 протезов. В компании также собираются создать лабораторию для испытания медицинских изделий.
Томские учёные разработали новую технологию создания искусственных сосудов
Проблема: искусственные сосуды (графты) нужны для того, чтобы заменить поврежденную сосудистую ткань или проложить обходный путь для кровотока. Однако создание надлежащих условий для роста клеток на трансплантате с сохранением механической целостности остаётся сложной задачей, с которой учёным пока не удалось справиться.
Решение: томские учёные разработали технологию создания графтов на основе метода обработки поликапролактона в плазме магнетронного заряда. В результате получается материал, который качественно интегрируется с тканями пациента и одновременно обладает высоким уровнем герметичности. Его верхний слой хорошо смачивается водой, благодаря чему он легко приживается в организме. При этом на внутренний слой вода не попадает, что обеспечивает оптимальный кровоток.
Что дальше: пока учёные разработали только саму технологию. Об этом они рассказали в статье, опубликованной в журнале Applied Surface Silence. Следующий этап — испытание разработанных графтов на живых тканях.
Российские студенты создали светодиодную установку, которая помогает справиться с коронавирусом и другими тяжёлыми заболеваниями
Проблема: раньше не удавалось создать установку для облучения с помощью фотосенсибилизаторов, которые бы обладали достаточной мощностью, но при этом не наносили вред здоровью пациента. Существующие системы обладали мощностью 1,5 Вт. Для уничтожения вирусов же требовалось как минимум 12 Вт.
Решение: в основе изобретения лежит метод лечения с использованием фотосенсибилизаторов. Ранее он разрабатывался для диагностики и лечения опухолей. Фотосенсибилизаторы вводятся в организм пациента, где их захватывают вирусы. Затем они под воздействием излучения уничтожают угрозу изнутри. При этом фотосенсибилизаторы деактивируют иммунокомпетентные клетки, позволяя избежать смертельно опасной реакции иммунной системы организма на вирус. Студентам магистратуры Инженерно-физического института биомедицины (ИФИБ) НИЯУ МИФИ Артему Шабанову, Денису Глечику и Алексею Нехорошеву удалось изготовить аппараты необходимой мощности, которые соответствуют жестким медицинским требованиям безопасности.
Что дальше: по словам заведующего кафедры лазерных микро-, нано- и биотехнологий НИЯУ МИФИ профессора Виктора Лощенова, в начале августа лечение получили более 40 пациентов. Сразу после облучения у них исчезла боль в лёгких, вернулось обоняние, повысилась сатурация кислорода в крови. Выздоровление в этой группе шло значительно быстрее, чем у пациентов, которые не получали такого лечения.
В Йошкар-Оле начал работать институт цифровых технологий, который будет готовить специалистов в области инженерии, электротехники и искусственного интеллекта
Проблема: в России острая нехватка инженерно-технических кадров. По данным разных опросов, дефицит испытывают от 40 % до 80 % работодателей. Выпускники вузов по техническим специальностям не идут работать по профессии, а у предприятий накопилось много претензий к качеству образования — его считают поверхностным. Дополнительное же обучение обходится дорого, поэтому многие работодатели не готовы брать молодых специалистов.
Решение: чёткая связь бизнеса и образования, которая помогает готовить специалистов для конкретных отраслей. 5 августа в Йошкар-Оле открыли такое учебное заведение — Институт цифровых технологий. Он создан на базе Марийского государственного университета и Московского физико-технического института при участии российского производителя печатных плат «ТЕХНОТЕХ».
Что дальше: завод «ТЕХНОТЕХ» подписал с Марийским государственным университетом соглашение о создании условий для подготовки высококвалифицированных специалистов. У выпускников будет возможность пойти работать на производство печатных плат. По сути, Институт цифровых технологий станет опорным вузом для формирования кадрового резерва экспертов, которые готовы к практической деятельности сразу после получения высшего образования.
Учёные из Санкт-Петербурга создали препарат, который разлагает нефтепродукты
Проблема: из-за техногенных катастроф и неаккуратного обращения с нефтепродуктами случаются загрязнения почвы и воды. Это негативно сказывается на экологии. Гибнут микрофлора и растения, животные получают тяжёлые отравления.
Решение: сотрудники Высшей школы технологии и энергетики СПбГУ разработали биопрепарат, который ускоряет процесс разложения нефтепродуктов. В его основе — микроорганизмы-нефтедеструкторы. Они разлагают углеводороды, очищая почву и воду от нефтяных загрязнений. После разложения нефтепродуктов микроорганизмы отмирают, становясь частью пищевой цепочки местной микрофлоры. Препарат эффективно работает в почве и воде. Для его применения не требуется специальная подготовка. Количество клеток в единице объёма у новой разработки в 10-15 раз выше, чем у аналогов, что позволяет значительно снизить расход при обработке территории.
Что дальше: биопрепарат протестировали на реальных загрязнениях, в том числе в условиях низких температур. Он показал отличные результаты при очистке водоёма в Архангельской области — через 20 суток эффективность удаления нефтепродуктов достигла 99,2 %. Ещё одним испытанием стало очищение участка почвы в Кронштадте, который был загрязнён на протяжении 3 лет. Спустя год после первого нанесения препарата содержание нефтепродуктов в почве снизилось на 90 %.
Учёные усовершенствовали материал, который может значительно улучшить характеристики двигателей
Проблема: есть такой материал — карбид кремния. Сейчас его активно используют в различных областях машиностроения в качестве полупроводника, конструкционного материала и абразива. Керамика из карбида кремния, для производства которой используют кварцевый песок и полевой шпат, отлично справляется с огромным сжимающим давлением. Однако она слишком чувствительна к структурным дефектам. Как результат — непрочность при растяжении и изгибании, низкая стойкость к появлению трещин. Это сильно ограничивает сферу применения керамики из карбида кремния.
Решение: учёные НИТУ «МИСиС» улучшили характеристики материала за счёт формирования армирующих нановолокон. Для этого они использовали технологию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Благодаря усилению с помощью карбидокремниевых нановолокон удалось активировать спекание керамики и повысить прочностные характеристики материала. Кроме того, снизились температура и время выдержки керамики в вакуумной печи — с нескольких часов при 1800-2000°C до одного часа при 1450°C. То есть производство материала стало более быстрым и дешёвым.
Что дальше: учёные продолжают исследования, которые помогут улучшить характеристики керамики из карбида кремния. Если им удастся добиться ещё большей прочности и трещиностойкости, то новый материал станет заменой сплавов, содержащих дефицитные кобальт, никель и хром. Применение карбидокремниевой керамики при изготовлении деталей двигателей внутреннего сгорания и лопаток турбин позволит также поднять рабочие температуры, повысить мощность, тяговую силу, КПД и экологичность.
Разработали беспилотный вертолёт-тяжеловоз, который может работать в экстремальных условиях — даже в Арктике!
Проблема: большая часть трафика в труднодоступных районах Севера, Сибири и Дальнего Востока — грузы весом более 80 кг. Это обычный вес для оборудования, применяемого в геологоразведке и нефтедобыче. При этом многие территории отрезаны от большой земли, добраться до них можно только по воздуху. Часто груз нужно доставить срочно — например, лекарства для персонала, работающего вдали от цивилизации. Сейчас для решения подобных задач используют вертолёты, но это слишком дорого — час полёта стоит от 70 000 до 150 000 рублей. Снизить расходы могут беспилотники, но до недавнего времени в России не было ни одного автономного летательного аппарата, способного поднять в воздух более 35 кг.
Решение: в конструкторском бюро «Русь» создали беспилотник, который способен доставлять грузы весом более 80 кг. Его длина — менее 4 метров, ширина — почти 1,5 метра. Аренда такого аппарата стоит всего 20 000 рублей в час, что как минимум в 3,5 раза дешевле полёта вертолёта.
Увеличить полезную нагрузку до 80 кг позволило облегчение конструкции и оптимизация несущего винта. Рама беспилотника выполнена из композитных материалов на основе углеволокна и конструкционных высокопрочных сплавов. Чем меньше нагрузка, тем больше времени аппарат может провести в воздухе. С 60 кг груза он преодолевает до 200 км, с 80 кг — до 80 км. Наземный пункт управления находится внутри микроавтобуса. Аппарат получает от оператора полётное задание, автономно взлетает, преодолевает маршрут и садится в указанной точке. При необходимости оператор может скорректировать задачу.
Что дальше: по словам генерального директора конструкторского бюро «Русь», новый беспилотник находится в высокой степени готовности. Изготовлен прототип, который прошёл программу летно-конструкторских испытаний. В конце 2020 года планируют построить опытный образец, а в 2021 году — провести сертификационные лётные испытания. Продавать аппараты КБ планирует с 2022 года.
Создали комплекс беспроводной передачи данных на большие расстояния
Проблема: территорий со слаборазвитой телекоммуникационной инфраструктурой ещё очень много. Если в таких местах проводятся спасательные операции, строятся новые объекты или работают люди, то возникают проблемы со связью. Можно решить их прокладкой кабеля для создания широкополосной сети, но это дорого и долго.
Решение: научно-производственное предприятие «Радиосвязь» разработало комплекс «Степь», который позволяет организовать стационарную и подвижную связь в экстремальных условиях. В его состав входит точка доступа, которая соединяется с наземной инфраструктурой и действует как ретранслятор. Благодаря новому оборудованию можно развернуть беспроводную сеть с передачей данных со скоростью до 50 Мбит/с на расстояние до 80 км. Комплекс выдерживает температуры от -50 до +65 °C, а также защищён от осадков. Для его работы не требуется прокладка кабеля, что позволяет значительно снизить издержки на запуск сети по сравнению с другими способами.
Что дальше: разработчики представили опытный образец на Международном военно-техническом форуме «Армия-2020». Устройство продемонстрировало стабильную работу спутникового канала во время испытаний и демонстрационных показов. Сейчас идёт подготовка к серийному производству, старт которого запланирован на 2021 год. Специалисты считают, что комплекс будет востребован при проведении спасательных и строительных работ на удалённых территориях.
Разработали атомную батарейку, которая в 2 раза дешевле и в 10 раз мощнее аналогов
Проблема: производить атомные батарейки очень дорого. Но отказываться от них нельзя, потому что за этими источниками питания будущее. Они безвредны для человека (при правильном использовании и утилизации), работают несколько десятков лет. Специалисты из разных стран стараются удешевить их производство, но это сложно.
Решение: учёные НИТУ «МИСиС» разработали оригинальную микроканальную 3D-структуру никелевого бетавольтаического элемента. Радиоактивный элемент в ней наносится с двух сторон электронно-дырочного перехода. Это позволяет упростить технологию изготовления, а также контролировать обратный ток, который отнимает мощность батареи. Благодаря микроканальной структуре эффективная площадь преобразования бета-излучения увеличивается в 14 раз, что даёт общее увеличение тока.
Новую атомную батарейку можно применять в качестве аварийного источника питания и датчика температуры в устройствах, которые работают в экстремальных условиях: в космосе, под водой, в высокогорных районах.
Что дальше: международное сообщество уже признало НИТУ «МИСиС» одним из лидеров на мировом рынке бетавольтаических батарей. Сейчас разработка российских учёных проходит процедуру патентования. По мнению разработчиков, улучшенные характеристики позволят российской атомной батарейке занять существенную долю на рынке.
Российские и сербские учёные придумали простой способ очистки сточных вод
Проблема: с высоким содержанием в воде токсичных загрязняющих веществ обычные физико-химические методы очистки не справляются. Речь идёт о гербицидах, фармацевтических препаратах, лекарственных средствах, пищевых добавках, текстильных красителях. Проблему очистки могут решить технологии улучшенного процесса окисления, однако их внедрение требует много времени и финансовых затрат.
Решение: учёные Южно-Уральского государственного университета совместно с коллегами из Белградского университета предложили использовать для очистки вод от химических соединений диоксид хлора. Это вещество применяется для дезинфекции питьевых и сточных вод. Сейчас удалось доказать его способность удалять из воды хлорацетамидные гербициды. Для экспериментов учёные взяли воду из реки Сава в Сербии. Результаты исследований показали, что за короткое время реагент возвращает процесс фотосинтеза в норму, а также обогащает воду кислородом. Отдельные гербициды полностью разлагаются, токсичность других заметно снижается.
Что дальше: учёные планируют продолжить исследования по поиску реагентов, которые способны справиться с трудноразлагаемыми веществами. В качестве одного из вариантов рассматривают добавление к диоксиду хлора катализаторов на основе диоксида титана. Они очень эффективны, но их действие ограничено по времени, поэтому нужно решить проблему с их заменой или регенерацией. Работа будет также вестись совместно с сербскими коллегами.
Интересные технологии с форума «Армия-2020»
С 23 по 29 августа в России на нескольких площадках прошёл форум «Армия-2020». Свои достижения на нём представили более 170 предприятий. Цель форума — продемонстрировать достижения в науке и технологиях. Однако интересы не ограничиваются только военной сферой. Отдельные разработки применимы и в гражданской жизни.
Ростех представил нейросеть для управления группами боевых роботов. Для обнаружения цели система использует данные со спутника, дрона или радиолокационной станции. После обработки полученной информации программное обеспечение формирует и передаёт команду средствам поражения: ракетным, артиллерийским, реактивным.
Как отмечают разработчики, благодаря автоматизации и минимизации участия человека эффективность боевых систем увеличивается в 3 раза. Достоверность и устойчивость работы ПО обеспечивается применением математических моделей с элементами ИИ.
Кроме оснащения силовых ведомств могут быть и другие способы применения новой автоматической системы управления — например, в МЧС разработка будет полезной для управления робототехническими комплексами пожаротушения. Заложенные в её основу алгоритмы также можно использовать при создании беспилотного транспорта и автоматизированной сельскохозяйственной техники
Искусственный интеллект также должен помочь российским специалистам прогнозировать пандемии, политические и социальные события. Об этом на форуме «Армия-2020» рассказал генеральный директор АО «РТИ» Павел Лаптаев.
Специалисты «РТИ» сейчас работают над созданием системы, которая будет способна выявить риски наступления какого-либо крупного события на основе данных из электронных СМИ и других источников информации. Подобная идея не нова — ещё Айзек Азимов представлял её в виде психоистории (выдуманная наука) в цикле книг «Основание». Благодаря такой системе власти смогут на ранних стадиях определять угрозы и превентивно на них реагировать, не допуская негативного сценария развития событий.
Центр им. М. В. Келдыша на форуме показал материал для космических кораблей, который самостоятельно восстанавливается в случае повреждений, в том числе микрометеоритами. Сейчас уже готовы образцы, которые прошли испытания в рамках научно-исследовательских работ. Роскосмос заказал разработки подобных материалов большей размерности. Космическое агентство планирует работы по созданию межорбитальных транспортных аппаратов, в рамках этих разработок Центр им. М. В. Келдыша будет предлагать свои решения для улучшения эксплуатационных характеристик.
Военнослужащие 5-й научной роты Сухопутных войск России показали комплекс для обнаружения поясов смертников в местах массового скопления людей. Он состоит из датчиков, программного обеспечения и пульта оператора. Комплекс определяет самодельные взрывные устройства, начинённые поражающими элементами. Его можно использовать в местах проведения общественных мероприятий, на контрольно-пропускных пунктах, в транспортной инфраструктуре.
Разработки устройства начались 3 года назад. Российские военные во время операций в Сирии обнаружили и изъяли большое количество самодельных взрывных устройств и поясов смертников. Специалисты изучили все образцы и выделили уникальные черты, по которым можно удалённо обнаружить вооружённого террориста. Информация о расположении объекта поступает на пульт оператора, после чего тот принимает решение о дальнейших действиях. Сейчас специалисты проводят испытания комплекса. Уже есть договорённость о поставках оборудования в одно из силовых ведомств.
