На заглавном фото — самарские учёные тестируют систему хранения криотоплива. Это важная часть проекта экологичного двигателя, который будет получать энергию из жидкого азота или сжиженного природного газа. В октябре были и другие интересные российские разработки. Самые важные и перспективные технологии — в традиционной подборке за месяц.
В Томске создали сплавы для космоса и Арктики
Проблема: в сложных условиях материалы подвергаются деформации. Из-за этого оборудование быстрее выходит из строя.
Решение: томские физики получили структуру сплавов с гигантской величиной обратимой деформации — 15 %. Материалы, способные восстанавливать исходную форму, можно использовать в космической промышленности, робототехнике, микросистемных технологиях. Ещё одна возможная сфера применения — пожарные сигнализации. При повышении температуры в помещении материал меняет форму и запускает систему пожарной безопасности.
Что дальше: результаты исследования станут основой для разработки новых материалов, адаптированных для Арктики и космоса. Учёные планируют добиться стабильных эксплуатационных характеристик и приступить к внедрению сплавов на производстве.
В Новосибирске разработали нейросеть, которая сортирует пластик
Проблема: для переработки мусор нужно сортировать. Это сложный и монотонный труд, с которым человеку трудно справиться.
Решение: использование автоматизированной системы для сортировки твёрдых бытовых отходов. Её разработали специалисты Института теплофизики им. Кутателадзе СО РАН. В основе системы лежит работа нейросети, обученной на десятках тысяч фотографий. Видеокамеры передают изображение ленты конвейера, по которой двигаются бытовые отходы. Робот с пневматическим захватом собирает определённый тип пластика и складывает его в отдельный контейнер. Сортировщик работает очень быстро — в секунду он способен совершать несколько манипуляций с отходами.
Система отличается гибкостью. Например, можно расставить приоритеты и задать тип мусора, который обладает наибольшей «ценностью». Систему также можно обучать в зависимости от того, мусор какого типа преобладает в регионе. Например, на северных территориях в отходах больше стекла и металла, а в средних широтах — больше бумаги.
Что дальше: экспериментальный образец сортировщика собрали по заказу коммерческой компании, которая занимается сбором мусора в Новосибирской области. Сейчас техническое решение и программное обеспечение находятся на стадии отладки. При этом система уже определяет необходимый тип пластика с точностью до 95 %.
Похожие разработки есть и на Урале. В Свердловской области собрали прототип оптического сепаратора для сортировки отходов. Комплекс различает характеристики материалов и собирает группы вторсырья для последующего использования. По словам разработчиков, комплекс обеспечивает безотходное производство.
Устройство выглядит как конвейерная лента. Отходы на ней распределяются на фракции, после чего поступают на мусоросортировочные станции области. Все ценные продукты отделяются для вторичного использования. Примерно 10 % твёрдых коммунальных отходов пойдут на создание горючего газа и техногрунта — для этого будет разработана отдельная установка. Разработчики говорят, что уже к концу 2020 года готовы внедрить сепаратор в работу. Для реализации проекта планируют привлечь федеральные и областные средства.
Молодые учёные из НИТУ «МИСиС» разработали робота для сельского хозяйства
Проблема: экономические потери, связанные с гибелью урожая в мире, составляют около 70 миллиардов долларов США в год. Проблемы возникают примерно с третью всех посевов: вредители, сорняки, болезни культур. Мониторинг состояния растений помог бы снизить потери, но постоянный контроль требует огромных человеческих ресурсов, которых в сельском хозяйстве нет.
Решение: использовать автоматизированные системы мониторинга состояния посевов. Вместо людей за урожаем может следить робот Siberian Tiger, в разработке которого приняли участие сборная команда студентов московских вузов и ученики нескольких школ.
Siberian Tiger — автономный робот с колёсами на четырёх вертикальных осях. Это позволяет ему передвигаться по самым разным поверхностям практически без ограничений. Для преодоления неровностей работает активная подвеска. Для питания робота используется солнечная батарея, генератор и большой литий-ионный аккумулятор, которые обеспечивают до 16 часов беспрерывной работы. На устройстве установлены камеры, которые проводят съёмку и обнаруживают проблемы, после чего данные пересылаются пользователю через специального бота.
Что дальше: команда разработчиков протестировала маленький прототип робота на полях Тимирязевской академии. Тесты большой версии Siberian Tiger прошли в конце октября. Сейчас команда планирует создать промышленный образец робота и запустить его серийное производство.
Ростех разработал систему групповой связи на расстоянии до 20 км
Проблема: до сих пор остаются большие территории, не покрытые сотовой связью. В них часто оказываются люди: охотники, туристы, спортсмены, спасатели. Из-за проблем со связью они не могут координировать свои действия или сообщить о местонахождении при возникновении проблем.
Решение: госкорпорация «Ростех» разработала радиотрекер «Гончак». Устройство включает в себя приёмопередатчик, оснащённый модулями Bluetooth и GPS/ГЛОНАСС. Радиотрекер синхронизируется со смартфонами и планшетами через мобильное приложение и позволяет передавать голосовые сообщения без использования сотовой связи. Кроме того, пользователи могут видеть геопозицию друг друга, сохранять пройденный маршрут и базовые точки на карте.
Система обеспечивает качественную связь на расстоянии до 20 км на открытой местности и до 5 км в густом лесу. Приемопередатчик можно использовать как ретранслятор, передавая данные геопозиции и голосовые сообщения между абонентами по цепочке на десятки километров. Аккумулятор обеспечивает беспрерывную работу трекера в течение суток.
Что дальше: сейчас устройство тестируют охотники. Опыт применения в реальных условиях будет учитываться при доработке радиотрекеров перед серийным производством, которое запланировано на 2021 год.
В Самаре разрабатывают экологически чистый криогенный двигатель
Проблема: двигатели внутреннего сгорания производят огромное количество вредных веществ. Чтобы снизить негативное влияние на окружающую среду, ученые ищут новые способы уменьшения выбросов. Один из путей решения этой задачи — использование экологичного топлива.
Решение: в Самарском национальном исследовательском университете им. академика Королёва разрабатывают двигатель на жидком азоте. При нагреве топливо превращается в пар высокого давления и совершает полезную работу в расширительной машине роторно-поршневого типа. По размеру и весу криодвигатель сопоставим с поршневыми ДВС такой же мощности. Расход криотоплива в нём составляет от 5 до 15 кг на киловатт-час.
Среди преимуществ двигателя нового типа — высокая экологичность и возможность применения в разработках специального назначения. Например, беспилотники с криодвигателем невозможно обнаружить с помощью средств инфракрасного слежения, так как они не оставляют тепловой след. Продуктом работы двигателя будет обычный воздух, поэтому его можно использовать на транспортных средствах, работающих в заповедных территориях.
Что дальше: сейчас специалисты занимаются тестированием системы хранения криотоплива — это один из самых сложных элементов нового двигателя. Она позволяет хранить топливо как в жидком, так и в газообразном состоянии в зависимости от эксплуатационных задач. По мнению разработчиков, двигатель может появиться на рынке через 3-4 года.
В Санкт-Петербурге создали наноспутники для вывода оборудования на орбиту
Проблема: снаряжение полноценной космической миссии обходится в миллиарды рублей. Из-за этого исследования затягиваются.
Решение: использование наноспутников, из которых можно собирать различные конфигурации для вывода на орбиту материалов и оборудования. Их разработали учёные СПбПУ. Размер наноспутников — 10 на 10 см. Разработчики могут брать эти «кубики» и конструировать аппарат любой формы. При этом стоимость запуска значительно снижается по сравнению с классическим подходом. Для полноценной миссии требуется 20-25 млн рублей. За эти деньги можно собрать, протестировать и запустить трёхюнитовый аппарат с оборудованием для проведения экспериментов.
Доставлять юниты на орбиту можно двумя способами. Первый — на ракете, которая позволит вывести сотни аппаратов за одну миссию. Второй — доставка сначала на МКС, откуда юниты будут отправлять на орбиту. Важно, что наноспутники после выполнения задания не будут становиться космическим мусором. Основная зона применения этих аппаратов — околоземная орбита (300-600 км). Юниты будут работать на орбите около 2 лет, постепенно опускаясь ниже к Земле под воздействием гравитации, влияния Солнца и других внешних факторов. В течение 3-4 лет наноспутники сгорят в атмосфере планеты.
Что дальше: возможно несколько направлений применения наноспутников: фундаментально-прикладное, технологическое и образовательное. Например, с их помощью можно изучать ионосферу Земли и влияние на неё солнечной активности. Разработка, тестирование и вывод спутника на орбиту занимает примерно 2 года. Это позволит участвовать в работе молодым специалистам — студентам, магистрантам, аспирантам.
В Ростове разработали проект солнечно-ветровой установки с умным управлением
Проблема: не везде можно использовать линии электропередач для получения энергии. От этого страдают люди, которые живут в частном секторе, дачных посёлках, деревнях, на удалённых территориях, а также целые сферы — например, сельское хозяйство.
Решение: использование солнечно-ветровой установки с адаптивным управлением. Если скорости ветра не хватает, энергию получают из солнечных батарей. Ночью и в пасмурные дни, когда солнечного света недостаточно, энергию генерирует ветровая установка. Такой подход позволяет станции работать практически беспрерывно вне зависимости от погодных условий.
Важная часть установки — умная система адаптивного управления. Она обеспечивает рациональное переключение между разными источниками энергии. Для этого используется система слежения за солнцем. Благодаря ей суточная генерация энергии увеличивается на 30-40 % по сравнению со стационарными солнечными батареями.
Что дальше: проект получил грант Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. Средства пойдут на закупку оборудования: солнечных панелей, роторов, ветрогенератора, контроллеров заряда, двигателей следящей системы, аккумуляторов. По словам разработчиков, к 2022 году будет создан полнофункциональный прототип, после чего установку запустят в производство.
В Белгороде разработали сплав для авиационных двигателей нового поколения
Проблема: по мнению экспертов, невозможно добиться увеличения энергоэффективности современных газотурбинных двигателей, используя в качестве материалов для их создания титановые и никелевые сплавы. В качестве их перспективной замены рассматривают тугоплавкие высокоэнтропийные материалы. Однако у большинства из них крайне низкая пластичность при комнатной температуре. При этом стандартными технологическими методами (например, термической обработкой) управлять структурой и свойствами тугоплавких высокоэнтропийных материалов нельзя.
Решение: специалисты Белгородского государственного национального исследовательского университета разработали высокоэнтропийный металлический сплав, который обладает одновременно высокой прочностью и пластичностью.
В составе нового материала — титан, ниобий, гафний и алюминий. Механические свойства сплава могут быть точно настроены при простой термической обработке. Например, пластичное состояние получается при высокотемпературном отжиге. Последующий отжиг при более низкой температуре повышает прочность сплава на 50 % при комнатной и повышенной температурах без заметной потери пластичности.
Что дальше: разработчики считают, что благодаря уникальному сочетанию характеристик сплав будет востребован для создания лопаток и дисков газотурбинных двигателей. Сейчас учёные продолжают исследования эксплуатационных качеств нового материала, чтобы оценить перспективы его дальнейшего применения.
Томские учёные разработали технологию, которая удешевит перспективное водородное топливо
Проблема: водород — экологичное топливо, которое при сгорании даёт чистую воду. Однако стоимость получения водородного топлива остаётся высокой из-за использования дорогих платиновых катализаторов.
Решение: специалисты Томского политехнического университета научились получать перспективный материал — кубический карбид вольфрама высокой чистоты. Он может заменить традиционные дорогие катализаторы из металлов платиновой группы. Это позволит значительно снизить стоимость водородного топлива.
Кубический карбид вольфрама высокой чистоты сложно получить в обычных условиях. Для синтеза необходима температура около 3000° С и высокая скорость охлаждения. Томским учёным удалось решить эту проблему за счёт использования коаксильного магнитоплазменного ускорителя. Он работает на основе сверхбыстрых плазменных струй. В качестве исходных материалов используются относительно дешевые порошки вольфрама и технического углерода, которые помещаются в ускоритель. В ходе плазмохимической реакции они превращаются в кубический карбид вольфрама.
Что дальше: томские учёные совместно с китайскими коллегами подтвердили высокий потенциал применения материала для электрокаталитического получения водорода. Специалисты планируют научиться управлять характеристиками материала, чтобы повысить его каталитическую активность и в результате полностью отказаться от использования платиновых катализаторов.
Самарские учёные создали материал для восстановления костных тканей
Проблема: остеопороз — хроническое заболевание, при котором снижается минеральная плотность костной ткани. Из-за этого кости становятся менее прочными, повышается риск переломов. Это достаточно частая проблема. По словам специалистов, остеопороз находится на чётвертом месте по распространённости после сердечно-сосудистых заболеваний, онкологии и сахарного диабета.
Решение: коллектив учёных при участии биологов из Самарского университета им. С.П Королёва разработал новый вид гидроксиапатита (ГАП) — биоматериала для лечения остеопороза. Его уникальность в том, что он восстанавливает не только минеральные компоненты (как другие гидроксиапатиты), но и органическую составляющую, которая является каркасом всех биотканей.
Что дальше: полученные результаты исследований позволяют разработать комплекс методов оценки состояний костной ткани при использовании нового биоматериала для предотвращения разрушения костной ткани в наземных условиях и в условиях микрогравитации — невесомость во время космического полёта вызывает специфическую потерю костной массы, что приводит к развитию остеопороза.
В Томске разработали прибор для лечения депрессии с помощью света
Проблема: депрессивные расстройства — одна из самых обсуждаемых проблем современности. Особенно часто проявляются сезонные депрессии. Например, осенью и зимой из-за недостатка света увеличивается продолжительность сна, появляется дневная сонливость, увеличивается вес тела, усиливается аппетит — всё это так называемые атипичные депрессивные симптомы. Считается, что важную роль в развитии сезонной депрессии играет дефицит яркого света.
Решение: в Томске разработали прибор, который создаёт сбалансированный спектр светового потока интенсивностью до 10 000 люкс. Он позволяет проводить терапию даже в случае непереносимости лекарств, во время беременности или грудного вскармливания.
Светодиодная терапия повышает качество жизни у пациентов с депрессивными расстройствами. Яркий свет способствует синтезу мелатонина — важного нейрогормона с широким профилем биологического действия, изменение количества которого и становится причиной аффективного сезонного расстройства.
Что дальше: сейчас учёные изучают эффективность терапии ярким светом для лечения несезонной депрессии. Они предполагают, что её действие не ограничивается только влиянием на синтез мелатонина и является более комплексным и сложным.
