Наука для школьников в Сириусе
«Большие вызовы» — это научно-техническая образовательная программа, предназначенная для победителей и призеров Всероссийского конкурса проектных и исследовательских работ школьников. В рамках программы участники получают опыт применения предметных знаний и практических навыков в формате проектной работы на базе Образовательного центра «Сириус». В этом году программа продолжалась с 1 по 24 июля и включала 12 направлений — в каждом из них школьники могли выбрать один интересующий их проект.
Ежегодно в отборе на проектную смену участвуют тысячи школьников со всей России. В этом году из 22 000 претендентов на программу были отобраны 398 школьников из 74 регионов страны.
Над какими проектами работали
Кураторами групп и авторами нескольких проектов в рамках направления «Нанотехнологии» выступили ученые физико-технического факультета Университета ИТМО. Под руководством Михаила Жукова, инженера физико-технического факультета, ребята разрабатывали и тестировали различные способы создания необрастающих антибактериальных покрытий на основе наночастиц и наноструктур. Цель проекта — разработка антибактериальных нанопокрытий для различных областей применения (в том числе для биологии и медицины), апробация их эффективности на объектах живой природы.
А перед группой, руководителями которой выступили Ксения Барышникова, научный сотрудник физико-технического факультера, и Станислав Колодный, инженер физико-технического факультета, стояла задача разработать собственный дизайн металинзы в радиоволновом диапазоне, создать ее прототип и протестировать на имеющемся оборудовании.
«Изначально мы формулировали задачу так: нам нужно усилить сигнал Wi-Fi, при этом мы предлагаем метод, аналогичный обычной линзе, которая используется в оптике. Wi-Fi — это такая же электромагнитная волна, как и свет, поэтому для него мы тоже можем сделать такую линзу. Но, если мы будем разрабатывать ее обычным образом, она получится невероятных размеров. Как сделать ее не такой большой? Здесь нам приходят на помощь методы, которые есть в оптике, а именно – построение металинз, плоских линз на основе наночастиц. Мы взяли наночастицы, сделали так, чтобы они работали на частоте Wi-Fi, и сложили из них металинзу», — объясняет Ксения Барышникова.
Первые результаты работы и опытный образец команда продемонстрировала по завершении проектной смены. Чтобы продолжить работу над исследованиями, в октябре школьники приехали в Университет ИТМО. В Петербурге они познакомились с работой научных лабораторий физико-технического факультета, посетили с экскурсией Ленинградскую областную больницу, а также прослушали курс лекций от ученых факультета. По итогам совместной работы ребята планируют подготовить и опубликовать статьи в научных журналах.
Подробнее о том, как начать и развивать собственное исследование еще в школе, они рассказали в интервью ITMO.NEWS.
Александр Банков, ученик 10 класса из Тюмени
Проект: «Создание инновационных антибактериальных нанопокрытий»
Я выбрал этот проект, поскольку он очень схож с тем, который на тот момент я развивал самостоятельно. Кроме того, я уже работал с Михаилом Жуковым в позапрошлом году, также на смене в Сириусе.
О работе над проектом
Суть проекта в том, чтобы создать комбинированные покрытия, которые могли бы воздействовать на бактерии как химически, так и механически. Проблема в том, что сейчас существует либо только метод химического воздействия, либо только механического, никто их особо не комбинирует. Мы же рассмотрели различные сферы, в которых это может быть востребовано, среди них — судостроение, медицина (именно изготовление медицинского оборудования). В последнем случае наша разработка, например, позволит не очищать его ультрафиолетом, тем более что он убивает не все бактерии. Можно нанести такое покрытие на саму поверхность, придать ей какой-то рельеф и добавить определенное химическое вещество — тем самым поверхность будет долговечной за счет рельефа и антибактериальной за счет химических свойств.
В течение исследования мы подробно рассмотрели три идеи. Согласно первой, мы берем покрытие, придаем ему рельеф и наносим туда антибактериальное вещество – например, серебро, цинк, оксиды. Для лабораторных исследований мы придумали идею скомбинировать несколько слоев, чтобы сначала посмотреть на бактерии, а потом на них воздействовать. Еще одна идея, которую мы развивали применительно к судостроению, — использование пленки оксида меди.
По итогам работы нам удалось детально изучить и реализовать в какой-то степени все идеи. Например, по первой мы уже получили само рифленое покрытие и напылили на него различные вещества с помощью напылительной установки и использования коллоидного раствора наночастиц. Результаты показали нам, что методы действенные. Также мы подали заявку на патент. Но также по итогам смены стало ясно, что нам необходимо доработать наше исследование.
Поездка в ИТМО
Я был инициатором идеи создания периодического рельефа и нанесения различных антибактериальных веществ. Приехав в Петербург, я непосредственно занимался продвижением и развитием этой идеи.
Поездка в ИТМО показалась мне отличной возможностью доделать свой проект, написать научную статью и продвинуть свое исследование. Возможно, в будущем это даст свои плоды, и мы сможем внедрить разработку. Мы составили план на эти пять дней, в течение которого расписали всю экспериментальную часть. За это время мы посмотрели наши результаты в электронном и зондовом сканирующем микроскопе, также попытались проверить их на биологии. В определенном смысле нам удалось продвинуть работу, однако еще остается ряд задач, над которыми мы будем продолжать работать с Михаилом дистанционно, а также дописывать статью.
Дарья Учанова, ученица 10 класса из Тюмени
Проект: «Металинза для фокусирования Wi-Fi излучения»
О работе над проектом
Мы работали над проектом из направления «Нанотехнологии». Это довольно междисциплинарная область, но лично меня этот проект заинтересовал тем, что он тесно связан с физикой, а это именно то, что сейчас мне ближе всего.
На протяжении трех дней перед началом проекта нам дали необходимый теоретический минимум, с которым в дальнейшем мы могли бы уже отправиться в творческое плавание. База позволила нам понять, что и как нам необходимо делать. Ведь если вы что-то придумали, затем вам необходимо проверить вашу идею, смоделировать ее в программе, проверить на работоспособность. Нас научили этим принципам, а дальше мы стали сами искать пути в рамках поставленной задачи.
Существует проблема, что в больших зданиях, например, в тех же огромных бизнес-центрах, Wi-Fi доступен не везде. Но вместо того, чтобы устанавливать новый роутер, мы предложили воспользоваться идеей из оптики и перенести металинзу, которая уже создана в оптике, в радиоволновый диапазон. В итоге мы создали опытный образец — металинзу, которая представляла собой две пластины оргстекла, в которых сделаны прорези для дистиллированной воды, то есть фактически у нас были водяные сферы, заточенные в оргстекло. Звучит очень странно, но это работает. Мы показали, что это работает как обычная линза, только наша металинза фокусирует не свет, а Wi-Fi излучение. Таким образом, нам удалось повысить интенсивность Wi-Fi излучения в 10 раз.
Поездка в ИТМО
В Университете ИТМО мы пробыли пять дней, в течение которых продолжили работать над проектом. Кроме того, нам удалось посетить несколько лабораторий, в том числе Лабораторию гибридной нанофотоники и оптоэлектроники (PeroLab), нам показали оборудование, что тоже было интересным опытом, поскольку в моем городе я вряд ли смогла бы поработать на таких установках. Полезными также были консультации по написанию научных работ, я думаю, это пригодится мне в будущем.
Вероника Еронко, ученица 11 класса из Саратова
Проект: «Металинза для фокусирования Wi-Fi излучения»
О работе над проектом
Безусловно, перед началом работы я посмотрела все темы в рамках направления, но именно этот проект заинтересовал меня больше всего. Что характерно, эта тема была первой в списке и сразу зацепила внимание. Остальные проекты были в большей степени связаны с химией и биологией, но физика, в частности оптика, мне ближе.
На протяжении всего процесса изготовления линзы мы проводили эксперименты. Самым главным и результативным был, конечно, последний, после которого мы стали готовиться к непосредственной защите проекта в конце смены. Он обобщил всю нашу работу.
В конце смены и потом, уже когда разъехались по домам, мы продолжили обсуждать идею. Наша цель — в итоге написать статью, которая будет опубликована в научном журнале.
Поездка в ИТМО
В ИТМО мы продолжили активную работу над проектом. Прежде всего разделили фронт работ и определились, кто и за какую часть будет отвечать. После того, как оформим статью, ее необходимо будет также перевести на английский язык и подготовить к публикации.
Для меня поездка в Университет ИТМО стала первым подобным опытом, поэтому, когда нам предложили приехать сюда, чтобы поработать над проектом, я решила не упускать эту возможность. Здесь нам подробно объяснили, что требуется от научной работы, кроме того, мне очень понравилось, как нам организовали работу в безэховой камере. Я смогла познакомиться как с оборудованием, установками, так и в принципе с работой физико-технического факультета. Это полезный опыт, ведь всегда интересно попробовать самой, прикоснуться к чему-то своими руками. И наконец, нам дали блок теории, связанный с тематикой, в которой мы работаем. Что важно, теория при этом сразу сопровождалась практикой.
Артем Иванов, ученик 11 класса из Самары
Проект: «Металинза для фокусирования Wi-Fi излучения»
Сейчас я активно занимаюсь физикой, именно этот предмет я буду сдавать по окончании школы. Поначалу, только взглянув на тему проекта, я еще не понимал, как будет выглядеть наша разработка, но постепенно в рамках работы, безусловно, узнал много нового. На первом этапе мы изучали программу, в которой проводятся расчеты, поняли, как необходимо проводить моделирование.
В ИТМО я провел три дня, и самым интересным и полезным для меня был теоретический материал. По итогам работы я понял, например, как устроены те же провода на улице и многое другое. Кроме того, было интересно поработать на оборудовании. В будущем я рассматриваю в том числе вариант поступления на физико-технический факультет ИТМО. Мне кажется, физикой заниматься всегда перспективно. Во-первых, в этой сфере постоянно появляется что-то новое, а во-вторых, имея хороший бэкграунд в физике, потом можно развиваться в любом направлении.
