Конкурс проводится ежегодно с 2016 года — участвовать в нем могут студенты и аспиранты ИТМО, у которых есть идея какого-либо технологического устройства или изделия. Общий объем финансирования составляет 2,5 миллиона рублей — деньги выдаются поэтапно в течение полутора или двух лет выполнения проекта.

Роботы, экзоскелеты и микроскопы

Сферы назначения предлагаемых разработок максимально разнообразны: это и робототехника, и медицина, и оптические приборы, и фотодатчики, и функциональное питание. Например, аспирантка инженерно-исследовательского факультета Анастасия Кожина разрабатывает переносной двухканальный микроскоп. Он предназначен для исследования биологических образцов — уникальность его состоит именно в двухканальности. Один объектив ― широкопольный (это позволяет наблюдать за большим числом объектов одновременно), другой же — обладает высокой апертурой для максимального разрешения при увеличении в 40х.

Несколько проектов представили аспиранты факультета систем управления и робототехники. Ольга Борисова работает над модулями приводов переменной жесткости для экзокостюмов верхних и нижних конечностей. При этом модули приводов для локтей, плеч и коленей имеют переменную жесткость — от полностью податливой (когда человек может двигаться спокойно) до максимально жесткой (чтобы компенсировать внешние нагрузки). Каждый тип модуля имеет разный размер, массу и разный компенсирующий момент, чтобы эргономично подойти к соответствующему суставу человека.

Александр Лукин разработал синхронный двигатель на основе постоянных магнитов для робототехнических приводов — в нём нет пульсаций электромагнитного момента, что открывает возможности для его использования в телескопах и других оптических приборах, а также в качестве привода манипуляторов и колес роботов.

Над целым комплексом проектов работают и аспиранты Института перспективных систем передачи данных. Команда под руководством Любови Азиной уже разработала оптический датчик, который регистрирует вспышки в электроустановках, что позволяет вовремя предотвращать пожары от искрового пробоя на подстанциях и промышленных предприятиях. Артём Петренко показал фотодиод на основе оксида галлия, который функционирует в ультрафиолетовом излучении и может применяться в специальной технике для мониторинга в медицине и биологии, системах связи, астрономических наблюдениях и УФ-спектроскопии. А Екатерина Подлеснов разработала литиевый аккумулятор для портативных устройств с гелевым полимерным электролитом, в который вносятся наночастицы оксидов металлов — это значительно повышает его эксплуатационные свойства, делает его более энергоемким и износостойким.

Портативный коагулометр и прибор для слежения за пациентами в коме

Другая разработка ― от аспиранта Института перспективных систем передачи данных Даниила Ширяева ― может найти применение уже в сфере медицины. Light & Care — это система для автоматического мониторинга состояния пациентов в коме или на начальных стадиях реабилитации. Она состоит из сенсоров, измеряющих частоту сердечных сокращений, температуру тела и насыщенность крови кислородом, а также браслета со светодиодами. При достижении критических отметок браслет меняет свой цвет и пульсацию. Более того, физиологические параметры оперативно передаются на сервер по оптическим каналам в ИК-диапазоне и оповещают персонал о проблеме. Сейчас уже готов макет браслета и эскизный проект программного обеспечения, команда работает над технологией передачи данных. На следующем этапе авторы проекта займутся изготовлением опытного образца и проведением испытаний уже на пациентах, а также разработкой мобильного приложения для более удобного использования.

Система Light & Care. Видео предоставлено разработчиками

И это далеко не единственный проект студентов ИТМО, призванный решить проблемы в области здравоохранения. Например, магистрантка второго курса химико-биологического кластера (SCAMT) Вера Стрыкалова работает над портативным устройством для определения свертываемости крови. Проблема особенно актуальна на фоне пандемии коронавируса — одним из его осложнений как раз является повышенный риск тромбообразования. Аналогично глюкометру, для проведения измерения пациенту необходимо нанести одну каплю капиллярной крови на сенсорную-тест полоску и поместить её в измерительный прибор.

Cам принцип диагностики основан на новой технологии — измерении коагуляции (то есть свертываемости крови) в микропорах. Образец крови по капиллярному эффекту затягивается внутрь тест-полоски, где находится микропоровая мембрана, разделяющая зону реакции на две ячейки. В обычном случае ионы могут спокойно мигрировать из одной ячейки в другую, в случае же образования нитей фибрина (это происходит из-за загустевания крови), перемещение ионов блокируется. Это приводит к увеличению электрического сопротивления всей системы — что сразу же отображается в виде плавного уменьшения электрического тока. На основе этих данных можно построить наглядные кривые коагуляции крови.

Диагностические платформы для выявления патогенов

Похожим образом действуют устройства для выявления патогенов. Например, Анна Балдина, аспирантка химико-биологического кластера и инженер НОЦ Инфохимии, разработала диагностическую платформу для детекции золотистого стафилококка. Платформа состоит из электрохимических сенсоров на базе печатных электродов, чувствительных к бактериям Staphylococcus aureus, потенциостата для обработки данных и программного обеспечения. Наличие патогена определяется на основе электрохимического сигнала — результата реакции антитело-антиген. Этот сигнал регистрируется и обрабатывается потенциостатом, а результат ― благодаря работе ПО ― выдается уже в готовом и понятном врачу виде.

В итоге у команды получился компактный портативный прибор, который быстро и эффективно определяет наличие патогена в биологической жидкости. Разработка уже практически закончена (ее уже представляли на конференциях и других мероприятиях) и готова к эксплуатации — у команды есть ряд договоренностей с клиниками, которые заинтересованы в использовании платформы для диагностики детей и младенцев. В ближайших планах — адаптировать сенсоры и ПО для детекции других распространенных инфекций, а также биомаркеров.

Ещё одна диагностическая платформа — уже для определения бактерии Helicobacter pylori, ответственной за развитие целого ряда заболеваний желудочно-кишечного тракта (язвы, гастрита и даже рака желудка). Очень часто врачи, имеющие дело с такими пациентами, назначают анализы именно на этот патоген. Помимо биопсии и анализа кала используется дыхательный тест — он достаточно точен и редко дает ложноотрицательные результаты. Тест основан на анализе пробы выдыхаемого воздуха реагента (13С меченный мочевиной), который изменяется под действием выделяемого бактерией фермента (уреазы). Аспирант Института перспективных систем передачи данных Евгений Попов работает над диагностической платформой для быстрого (в течение буквально пары часов) анализа проб воздуха и обнаружения в них следов деятельности патогена. В системе используется рамановская спектроскопия, а все измерения прибора обрабатываются с помощью программного обеспечения — данные выдаются врачу в виде визуализации.

Функциональное питание и контроль за микроклиматом помещений

На вопросах здоровья и физического благополучия сосредоточены и проекты Ольги Морозовой и Юлии Кропис. Аспирантка факультета энергетики и экотехнологий и младший научный сотрудник факультета биотехнологий Ольга Морозова разработала линейку продуктов на основе растительного сырья.

В нее входит замороженный десерт, заменяющий традиционное мороженое, сухая смесь для панкейков и растительный аналог йогуртов. Продукты на основе растительных белков, в частности рисового, овсяного, соевого и картофельного, обогащены, витаминами и пребиотиками, а в качестве стабилизатора используется морковный пектин. Продукты будут предназначены не только для веганов и людей с непереносимостью лактозы и аллергией на молочный белок, но и для всех, кто озабочен своим питанием.

Сейчас команда работает над оптимизацией состава — для улучшения вкусовых качеств и максимальной приближенности к структуре продуктов на основе молочного сырья, обусловленной свойствами казеина. В частности, подбирается оптимальное соотношение аминокислот — для этого используется математическое моделирование на принципе линейного программирования. Проект уже выиграл конкурс Комитета по науке и высшей школе и был продемонстрирован на международных научных и студенческих конференциях.

Микроклимат в помещениях — крайне важный фактор, который имеет непосредственное влияние на самочувствие, а значит, и работоспособность находящихся в нём людей. Команда аспирантки факультет энергетики и экотехнологий Юлии Кропис разработала адаптивную систему распределенного регулирования микроклимата, которая в режиме реального времени анализирует содержание CO2, температуру и влажность в помещении — и, исходя из этих данных, автоматически адаптирует настройки вентиляции и кондиционеров.

Так можно поддерживать требуемые параметры микроклимата в помещении и при этом значительно сократить энергозатраты, исходя из реальной требуемой нагрузки. Еще одно важное преимущество разработки — в том, что все ее элементы (узлы регулирования с датчиками для сбора информации о состоянии воздуха, блок управления и служебные клапаны для подачи воздуха) сразу встроены в инженерную сеть помещения. А значит, при его перепланировке система перенастраивается сама.

Тестовая установка в одной из учебных аудиторий уже показала хорошие результаты — сейчас команда проекта разрабатывает план по оснащению системой других помещений университета.