Продолжаем следить за тем, что происходит в российской науке, образовании и промышленности. Второй месяц 2020 года принёс новые поводы для гордости.
Главная новость февраля — КАМАЗ показал новые беспилотные автомобили и технологии
В середине февраля КАМАЗ получил патент на очередной беспилотный электрогрузовик. Модель называется «Челнок». Это автономный аккумуляторный автомобиль без кабины для водителя. Он представляет собой бортовую платформу с двумя поворотными осями, обеспечивающими максимальную манёвренность на небольших участках. Грузоподъёмность автомобиля — до 10 тонн. Скорость движения ограничена электроникой и составляет 40 км/ч.
Это шестая беспилотная модель КАМАЗа, но первая, у которой нет кабины для водителя. Один образец уже полностью готов, сейчас на заводе ведётся отладка устройств.
Кроме того, в конце февраля КАМАЗ показал модуль, который превращает автомобиль в беспилотное транспортное средство. Разработка получила название «Аватар».
Чтобы грузовым автомобилем можно было управлять через модуль, на нём должна быть установлена автоматическая коробка передач, электронная педаль акселератора, электронная тормозная система и электрогидроусилитель руля. Также требуется поддержка удалённого управления через CAN-шину — промышленный стандарт сети, который передаёт и принимает информацию о состоянии систем и датчиков.
Новинка позволяет делать «умными» уже существующие машины. Благодаря этому можно быстрее и дешевле наращивать парк беспилотной техники.
Почему это важно: развитие беспилотного транспорта — тренд в автомобилестроении, который захватывает и грузовую отрасль. Автомобили с автономным управлением можно использовать как для обычных перевозок, так и для решения опасных для человека задач — например, работы в условиях крупных пожаров, бактериологического, химического или радиационного заражения.
Экология и сельское хозяйство
Студенты Уральского государственного университета разработали бокс для выращивания любых сельскохозяйственных культур без сезонных ограничений. Уникальное инженерное решение обеспечивает условия, ускоряющие рост в 1,5–2 раза по сравнению с привычными сроками.
Домашняя ферма представляет собой металлический короб со стеклом. В комплекте с ним поставляются семена, горшочки с почвой и питательные растворы. Экобокс автоматически регулирует температуру и влажность воздуха, уровень воды в почве. В коробе максимально точно имитируется интенсивность и спектральный состав солнечных лучей в зависимости от времени суток. Идеальные условия обеспечивают ускоренный рост — например, зелёный салат вырастает за 24 дня вместо обычных 40.
Почему это важно: по словам одного из создателей экобокса Льва Пальцева, студента магистратуры факультета агротехнологий и землеустройства УрГАУ, короб позволяет выращивать в домашних условиях любые съедобные культуры даже человеку, у которого нет никакого аграрного опыта. Чтобы почувствовать себя фермером, достаточно посадить семена и наполнить водой специальный резервуар. Компактный экобокс размером метр на метр можно поставить в любое удобное место.
Ученые Томского политехнического университета предложили стратегию совместной утилизации промышленных и коммунальных отходов путём добавления их в состав композиционного топлива. Экономия должна составить примерно 150% по сравнению с использованием обычного угля. Кроме того, такой подход уменьшит выбросы оксида серы и азота с дымовыми газами в атмосферу.
Композиционное топливо — перспективный ресурс тепловых электростанций. Оно представляет собой смесь разных компонентов. Чаще всего это низкосортный уголь, отработанные масла, сточные воды, горючие твердые отходы.
Добавление твёрдых коммунальных отходов в состав композиционного топлива позволит сократить темп роста площадей полигонов и снизит необходимость вывода из обращения сельскохозяйственных земель.
Почему это важно: в России остро стоит проблема утилизации мусора. В некоторых регионах не хватает площадей для новых полигонов, из-за чего приходится транспортировать отходы в соседние области. Уничтожение отходов путём сжигания для получения энергии позволит снизить требуемую площадь полигонов и одновременно не увеличит пагубное влияние на окружающую среду.
Технологии
Российские учёные предложили технологию, которая поможет упростить и удешевить разработку источников энергии на основе радиоактивного никеля-63.
Речь идет о батарейках на основе радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ). Они работают десятки лет благодаря распаду радиоактивных изотопов и не требуют обслуживания со стороны человека. Такие источники энергии откроют новые возможности для изучения космоса с помощью автоматического оборудования — например, зондов.
Наталья Евсевская из Института химии и химической технологии Красноярского научного центра СО РАН также объяснила, что батарейки на основе РИТЭГ будут особенно полезны для людей с кардиостимуляторами и другими электронными устройствами поддержания жизни. Ядерный аккумулятор можно вшить в тело человека без вреда для здоровья.
Никель-63 — один из элементов, который используется при создании источников питания. Период его полураспада составляет около 100 лет. При этом батарейки на основе никеля-63 не опасны для здоровья человека, так как бета-излучение научились задерживать с помощью оболочки.
Однако в создании подобных источников энергии есть несколько проблем, в том числе высокая стоимость изотопа никеля и сложность технологии нанесения его на подложку, которая является основой батарейки. Российские учёные предложили метод, который ускоряет, упрощает и удешевляет процесс. Речь идёт о восстановлении ионов металла из раствора. Это не новые технологии, однако никто ранее не пытался применить их при создании источников энергии на основе радиоактивных изотопов.
Почему это важно: российским учёным удалось устранить одно из серьёзных препятствий на пути к массовому производству атомных батареек, которые могут быть источниками питания на протяжении десятков лет.
Ростех продолжает показывать компьютеры на базе процессоров «Эльбрус». На этот раз корпорация представила защищённые устройства для федеральных служб и компаний.
Компьютеры ЭЛИК доступны в формате моноблока или отдельного системного блока в трёх видах корпуса: настольный, тонкий настольный и ультракомпактный. За вычислительную мощность во всех машинах отвечает отечественный микропроцессор Эльбрус-1С+.
На компьютер можно установить до 16 ГБ оперативной памяти, интегрировать в корпус блок бесперебойного питания, встроить в клавиатуру считыватель смарт-карт, добавить датчик вскрытия. Среди доступных операционных систем — Эльбрус Линукс, ОС Альт, Астра Линукс, Нейтрино. Для установки также доступны офисные пакеты МойОфис и LibreOffice.
Почему это важно: как пояснил индустриальный директор радиоэлектронного кластера Ростеха Сергей Сахненко, по совокупности трёх факторов — отечественное производство, технические характеристики и стоимость — компьютеры не имеют аналогов на рынке. К ним уже проявляют интерес крупные российские компании. Ещё одно преимущество устройств — исключение «закладок». Компьютеры также демонстрируют высокий уровень защищённости от утечек, кибератак и другого злонамеренного воздействия.
В Санкт-Петербургском политехническом университете имени Петра Великого разработали первую в России платформу для создания нейроинтерфейсов и нейротренажеров. У неё есть как минимум две области применения. Первая — обучение разработке систем управления роботами с помощью сигналов мозга. Вторая — создание собственных проектов на основе конструктора. Схема платформы, исходный код и документация для разработчиков вскоре появятся в открытом доступе.
Один из главных элементов системы — нейрогарнитура, считывающая сигналы активности мозга. Она также определяет положение головы в пространстве, угол поворота и наклона. На основе полученных данных мобильное приложение формулирует конкретные управляющие команды.
За обработку и анализ сигналов отвечает аппаратная часть нейрогарнитуры. Команды отправляются на управляемое устройство через Bluetooth с использованием технологии Bluetooth Low Energy, которая часто применяется в фитнес-трекерах и умных часах.
Как пояснили разработчики платформы из лаборатории «Промышленные системы потоковой обработки данных» Центра НТИ СПбПУ, в первую очередь она предназначена для обучения школьников и студентов. Интерес к технологии также проявляют организации, которые работают с людьми с ограниченными возможностями. Теоретически нейрогарнитуру можно использовать для управления средствами передвижения с помощью сигналов головного мозга, однако на практике таких устройств пока нет.
Производство платформы запланировано на второй квартал 2020 года. Первым заказчиком конструктора стала международная сеть школ робототехники «Роббо Клуб», в которую входит 120 кружков в России и других странах.
Почему это важно: российские образовательные учреждения теперь могут получить недорогие и функциональные конструкторы, позволяющие создавать новые проекты в области нейроуправления. Это должно ускорить решение ключевых проблем в отрасли и приблизить нас к созданию систем управления с помощью сигналов мозга.
Программисты Самарского национального исследовательского университета имени С.П Королева разработали технологию создания 3D-моделей мест важных раскопок.
Как правило, территории, на которых проводятся археологические работы, после их завершения закапываются. У специалистов остаются фотографии и видеозаписи, однако в них недостаточно объёма и информации о временных слоях. Ученые не могут вернуться к месту раскопок и посмотреть на них свежим взглядом или показать их студентам.
Самарские археологи заручились поддержкой разработчиков и придумали технологию сохранения раскопок в виде виртуальных 3D-моделей. В качестве основы для разработки специалисты взяли раскопки, которые были проведены в Самарской области летом 2019 года. Археологи снимали каждый этап работы с разных точек, фиксировали изменения в хронологическом порядке. На основе собранных данных разработчики создали объёмную модель.
Почему это важно: полученное виртуальное пространство можно использовать для создания эффекта присутствия. Пользователи будут перемещаться по погребениям или раскопанным строениям, подробно рассматривая временные слои и меняя масштаб. Разработка будет полезна для обучения и научной работы.
Медицина
Ещё одно изобретение, в разработке которого приняли участие специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета имени Петра Великого и госкорпорация «Ростех», — первый российский комплекс для борьбы с новообразованиями с помощью сфокусированного ультразвука (HIFU).
Холдинг «Швабе», входящий в состав Ростеха, представил аппарат, который использует самую безопасную технологию удаления опухолей. Комплекс «Диатер» воздействует ультразвуком на ранние образования и большие опухоли. Его можно применять для лечения пациентов с доброкачественным и злокачественным процессами, распространённым и локализованным характерами поражения, операбельных и неоперабельных больных.
Серийным производством аппарата займётся Новосибирский приборостроительный завод.
Почему это важно: в России терапия с помощью сфокусированного ультразвука пока не получила широкого распространения, тогда как в мире она считается одним из самых безопасных и действенных способов борьбы с раком. Даже на поздних стадиях развития злокачественных опухолей применение HIFU облегчает течение заболевания, увеличивает продолжительность жизни и обеспечивает высокий уровень её качества. Процедура не требует наркоза или введения сильнодействующих препаратов.
Ученые из Московского физико-технического института совместно с коллегами из Института общей физики РАН представили уникальное решение, которое может быть использовано для проведения экспресс-теста ДНК и создания нового поколения средств лечения рака, а также других тяжёлых заболеваний.
Главная проблема диагностики и лечения заболеваний типа рака — адресная доставка лекарств к поражённым клеткам. В идеале частицы, которые транспортируют лекарство, должны самостоятельно отличать больную клетку от здоровой. Для этого используются маркеры: продукты жизнедеятельности или сигналы, передаваемые другим клеткам организма.
Сложность адресной доставки лекарств в том, что очень часто маркеры больной клетки присутствуют на здоровых клетках, пусть и в меньшем количестве. Поэтому для увеличения точности обнаружения требуются «умные материалы», способные анализировать сразу несколько параметров.
Ещё в 2014 году заведующий лабораторией нанобиотехнологий МФТИ Максим Никитин вместе с коллегами создал автономные нанокомпьютеры, которые с помощью биохимических реакций выполняли логические вычисления для идентификации мишени. Однако из-за низкой чувствительности к маркерам заболеваний материалы не принесли ожидаемой пользы — точность доставки лекарства всё ещё была низкой.
В феврале 2020 года учёные представили описание улучшенной технологии, при разработке которой им удалось совершить прорыв. Новые материалы обладают сверхчувствительностью к ДНК-сигналам. Добиться этого результата им помог обнаруженный феномен поведения ДНК-молекул на поверхности наночастиц. Исследование продолжится на базе недавно созданного Центра геномных технологий и биоинформатики МФТИ.
Почему это важно: технология открывает новые перспективы в проведении экспресс-ДНК-тестов вне лабораторных условий и в создании терапевтических материалов нового поколения.
Просто хорошая новость
Вообще-то это новость января, но в прошлом месяце она осталась незамеченной. Исправляемся.
Школьники из России завоевали 58 медалей на XVI Международной Жаутыковской олимпиаде по физике, математике и информатике, которая прошла в Алма-Ате. В Казахстан приехали 84 команды из 21 страны.
Наши ребята выиграли 21 золотую медаль, из которых 14 завоеваны в соревнованиях по физике. Математики выиграли золотые медали трижды. В соревнованиях по информатике у школьников из России 4 золотых медали.
Почему это важно: потому что из победителей и участников таких олимпиад вырастают люди, которые создают новые технологии и делают нашу жизнь лучше.
