Бюджетный робот с деталями из полимеров
(Проект «Разработка шестиосного малогабаритного манипулятора с использованием доступных конструкционных материалов»)
Ислам Бжихатлов, аспирант и научный сотрудник факультета систем управления и робототехники
Основная идея нашего проекта заключается в том, чтобы при создании манипулятора — обычного манипуляционного робота, самого распространенного и универсального — использовать более дешевые конструкционные материалы. Такой подход приводит к другой особенности нашего проекта ― использованию способов изготовления, нетрадиционных для промышленных роботов (лазерная резка, печать на 3D-принтере). Специфика использования таких материалов подразумевает некоторые конструктивные особенности, это необходимо, чтобы обеспечить достаточную жесткость звеньев манипулятора.
Особенность проекта
Дело в том, что существующие сейчас на рынке манипуляционные роботы достаточно дорогие: цены начинаются от шести-семи тысяч долларов. Себестоимость же нашего манипулятора будет на порядок меньше.
Если мы посмотрим на индустриальные решения, то увидим, что там везде используются металлы, приводы и редукторы с высокими требованиями к точности изготовления. Металлы мы заменяем на более дешевые материалы, а редуктор на ременную передачу, которая предъявляет более низкие требования к точности. Все это делает наше решение более доступным, однако в конечном счете оно будет давать меньшую точность — порядка одного миллиметра. Но это тоже хороший показатель, для многих операций в промышленности такая точность является достаточной.
Для тех индустрий, где точность в сотые доли миллиметра не требуется, внедрять роботизацию зачастую нерентабельно. Мы же разрабатываем такое решение, которое будет и недорогим, и достаточно функциональным, чтобы выполнять определенный набор задач и операций.
У нас уже были некоторые технические наработки до того, как мы подавали заявку на грант. Мы начали этот проект около полугода назад. Сейчас мы активно работаем над моделированием с целью проверки всех наших решений, которые мы будем использовать. На проведение испытаний и изготовление опытного образца нам выделили год.
Команда состоит из меня и еще трех человек — студентов выпускного курса бакалавриата факультета систем управления и робототехники (СУиР), будущих магистрантов. Команда собиралась чисто инициативно: я вел у них учебную практику, предложил свою идею, и она им понравилась.
Поддержка университета
В первую очередь нам помогает наш факультет — без этого было бы очень сложно собраться с командой и в принципе начать что-то делать. Грант же дает нам, в первую очередь, возможность оплачивать работу — чтобы команда могла заниматься интересным и востребованным проектом. Теперь есть возможность плотно работать над проектом, а не только уделять ему свободное от работы время.
Переносной микроскоп для проведения анализов вне лаборатории
(Проект «Разработка переносного двухканального микроскопа»)
Анастасия Кожина, аспирант и инженер факультета прикладной оптики
Наш проект направлен на создание опытного образца двухканального переносного микроскопа, то есть разработку принципиальной оптической схемы, расчет оптических компонентов, разработку конструкции, проведение испытаний. Так как прибор является переносным, он должен работать при различных условиях, например, при различной температуре окружающей среды, не теряя качества получаемого изображения и точности.
Особенность проекта
В отличие от существующих биологических микроскопов, наш прибор даст возможность производить исследования на месте забора биологического материала, а не отправлять его в специальную лабораторию. Ведь помимо временных затрат на доставку исследуемых образцов, требуется еще и специальное оборудование для их сохранности во время транспортировки. Разрабатываемый нами прибор позволит проводить высокоточные исследования биологических образцов вне специализированных учреждений и значительно сокращать время анализов и постановки диагноза. Он будет полезен ветеринарным службам, работающим с животноводческими фермами, медицинским пунктам, находящимся в удалении от исследовательских лабораторий, а также контрольно-пропускными пунктами в зонах таможенного контроля для проверки прибывающих в страну граждан на вирусные либо паразитные заболевания.
В настоящий момент мы в процессе согласования технического задания, также мы выполняем расчет оптической схемы разрабатываемого микроскопа. Проект планируется завершить в декабре 2021 года.
Наша команда состоит из четырех человек. Я руководитель данного проекта, являюсь аспирантом первого года по специальности «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы». Ранее, во время обучения в бакалавриате и магистратуре, я уже принимала участие в подобных проектах в качестве исполнителя. Наш научный консультант — Елена Цыганок, кандидат технических наук, доцент факультета прикладной оптики. У нее также был опыт участия в подобных проектах: до этого она была научным консультантом проекта «Разработка объектива для звёздных датчиков», руководителем которого был Дмитрий Сазоненко. Также в состав команды входят два студента первого курса магистратуры факультета прикладной оптики.
Поддержка университета
Университет дает возможность собрать команду единомышленников для получения бесценного опыта работы над реальным, практически и социально значимым проектом. Средства гранта мы планируем потратить на закупку оборудования, проведение испытаний и оплату труда сотрудников, которые будут разрабатывать оптическую схему, составлять проектные документы, готовить методику испытаний.
Диагностическая платформа для определения бактериальных патогенов
(Проект «Диагностическая платформа для выявления содержания Staphylococcus aureus в биологических жидкостях»)
Анна Стекольщикова, аспирантка химико-биологического кластера и инженер научно-образовательного центра Инфохимии
Наша диагностическая платформа состоит из трех главных частей. Во-первых, селективных электрохимических сенсоров на базе печатных электродов — они изготавливаются из чернил на основе Ag/AgCl, углеродной пасты, полимерных слоев и элементов, чувствительных к бактериям стафилококка. Поступающую с сенсора информацию обрабатывает специальная мини-платформа (потенциостат). Программное обеспечение позволяет преобразовывать полученные данные в наглядный график и сохранять их на устройстве пользователя.
Staphylococcus aureus — один из основных бактериальных патогенов человека. Самый опасный — золотистый стафилококк — может навредить абсолютно любым органам. И самое страшное, что его очень трудно победить: он не боится ни высоких температур, ни чистого спирта, резистентен ко многим антибиотикам и антисептикам. Поэтому очень важно диагностировать наличие золотистого стафилококка именно на ранних стадиях заражения.
Биохимические сенсорные системы позволяют осуществлять быстрый, точный и высокочувствительный анализ биологических данных человеческого организма, поэтому этот метод диагностики кажется довольно многообещающим как для современной медицины, так и для контроля качества пищевых продуктов. Он прост, универсален и адаптивен, а также может использоваться для мониторинга состояния пациента, который находится вне больницы.
Предложенная методика подготовки проб и предварительного концентрирования не требует длительной подготовки образцов для анализа. Полностью же интегрированная диагностическая платформа на основе таких электрохимических сенсоров позволит проводить анализ образцов в режиме реального времени.
Текущая работа
Наша группа уже имеет опыт разработки электрохимических сенсоров для анализа ионов электролитов и тяжелых металлов. Для определения стафилококка мы будем использовать электрохимические сенсоры, модифицированные антителами к стафилококку (для селективности) и полиэлектролитными слоями (для поддержания постоянных условий, необходимых для сохранения активности антител). В данном случае будет детектироваться электрохимический сигнал как результат реакции антитело-антиген.
На данном этапе проекта требуется адаптация метода к созданию иммуноферментных сенсоров для определения стафилококка. Ведутся работы с модельными антителами и антигенами. Разработка самого сенсора при наличии всего необходимого займет от восьми месяцев до года.
К работе над проектом привлекаются магистры и аспиранты различных направлений Университета ИТМО. В частности, мы работаем с IT-специалистами и инженерами для разработки программно-аппаратной части диагностической платформы и анализа данных. Для нас важен комплексный подход ― именно он позволяет разрабатывать полностью интегрированную диагностическую платформу.
В качестве преобразователя мы будем использовать портативный потенциостат. На сегодняшний момент группа робототехников и IT-специалистов разработала первую модель этого устройства, но нам необходимо будет провести большой комплекс улучшений: уменьшить устройство в размерах, добавить в функционал устройства метод импедансной спектроскопии и хроноамперометрии, а также разработать веб-интерфейс для подключения к устройству, отрисовки и сохранению данных, полученных во время тестирования.
Мы также сотрудничаем с медицинским организациями (АНО «Центр биотической медицины» доктора Скального), вузами (Первый Московский Государственный Медицинский Университет имени И.М. Сеченова), коммерческими предприятиями (ООО «ЭФКО ИННОВАЦИИ») — в первую очередь, для тестирования платформы, сбора данных и создания базы данных.
Поддержка университета
В первую очередь, Университет ИТМО — это наш научный дом и семья. Именно университет открывает нам новые возможности для сотрудничества, ведь самое главное — это люди. Во время проекта студенты и аспиранты получают практические навыки работы на оборудовании и проводят самостоятельные исследования. Финансовая поддержка университета тоже очень важна, и мы рады, что наши студенты могут получать заработную плату за свою научную деятельность — это очень мотивирует их продолжать свой путь в научной карьере. Также мы имеем возможность закупить необходимые составляющие и оборудование, которое позволяет нам проводить такие большие исследования и разработки.
Автоматическое регулирование системы вентиляции
(Проект «Разработка комплексной адаптивной системы распределенного регулирования микроклимата помещений»)
Юлия Санкина, аспирант и инженер факультета низкотемпературной энергетики
Наш проект представляет собой разработку «умного» клапана системы вентиляции. В клапане будут установлены датчики, которые будут анализировать воздух, удаляемый из помещения: измерять его давление, влажность, температуру, содержание углекислого газа и т.д. Это позволит нам понять, что происходит внутри помещения, какие нагрузки испытывает воздух, и что нужно, чтобы людям внутри было комфортно. Подобного клапана еще не было ни у кого.
Система вентиляции потребляет до 11 процентов от всей энергии в мире. И отчасти это обусловлено тем, что она проектируется на максимальные нагрузки — этого требуют строительные нормативные документы — и, соответственно, работает всегда на полную мощность, тем самым приводя к частому перерасходу энергии. Приведу простой пример с кинотеатром: допустим, вы сидите в пустом или полупустом зале кинотеатра. Вы будете ощущать дискомфорт, вам будет откровенно холодно ― это связано с тем, что система настроена с учетом полной посадки и не подстраивается под реальные условия. Наша же система благодаря анализу удаляемого воздуха будет распознавать в режиме реального времени, сколько человек находится в помещении, и автоматически регулировать систему вентиляции. Особенность нашей разработки в том, что она будет актуальна для разного типа помещений, например, для учебных заведений, магазинов, больниц и складов.
Текущая работа
К настоящему моменту у нас уже имеется научный задел, способствующий созданию «умного» клапана. Сейчас мы находимся на стадии согласования технической документации, необходимой для выполнения нашего проекта. Осенью мы собираемся начать переоборудование лаборатории для проведения экспериментов по выявлению закономерностей изменений нагрузок на помещения с качеством и параметрами уходящего воздуха. Несмотря на сложившуюся сейчас ситуацию, конечный срок проекта, декабрь 2021 года, у нас не сдвинулся.
Наша команда состоит из семи человек, включая меня. В коллективе два преподавателя ФНТЭ: доктор технических наук Александр Борисович Сулин — наш научный консультант, и кандидат технических наук Татьяна Владимировна Рябова ― специалист по микроклимату, в нашем проекте она занимается вопросами теплового комфорта. Также в нашей команде есть аспирант ФНТЭ Сергей Муравейников ― разработчик климатического оборудования, магистры ФНТЭ Вероника Никитина, которая занимается энергомоделированием, и Кирилл Макатов ― разработчик-конструктор. С программным обеспечением и системой управления клапана нам помогает магистр ФСУиР Михаил Колесников.
Данный проект будет реализовываться в стенах лаборатории кондиционирования воздуха, которую предоставляет нам наш факультет низкотемпературной энергетики. Без этой поддержки со стороны факультета было бы очень сложно реализовать нашу разработку. Грант же дает нам возможность переоборудовать лабораторию под наш проект, приобрести материалы для изготовления макетов и образцов, а также оплачивать труд нашего коллектива.
Исследуй Петербург играя ― приложение по изучению истории города
(Проект «Разработка мобильного приложения для геймификации процесса изучения истории и культуры Санкт-Петербурга»)
Лада Максимова, магистрант международной образовательной программы «Data, Culture and Visualization», инженер международного центра цифровых гуманитарных исследований
Наш проект направлен на разработку мобильного приложения для геймификации процесса изучения истории и культуры Санкт-Петербурга. Это будет интерактивный двуязычный продукт с большой базой данных о локациях в городе, об их связи с историческими событиями или личностями, с маршрутами прогулок и экскурсиями — как в нарративной форме, так и в игровой. Например, в виде квестов или в формате сбора карточек: исторических деятелей, художников, поэтов и писателей. Между собой эту концепцию мы называем «историческими покемонами».
Этот проект может воплощать распространенную сейчас идею непрерывного образования. Мы не таргетируем для себя школьников младших классов — для такой аудитории нужно отдельное педагогическое образование. Мы нацелены на довольно широкую аудиторию: это могут быть ученики старших классов, абитуриенты, которые приезжают в Петербург. Или же это могут быть местные жители, которые хотят узнать о городе больше.
Наши маршруты мы планируем разбивать по категориям: обзорные, по основным достопримечательностям для тех, кто ничего не знает, и нишевые, которые будут интересны людям, более глубоко изучающим какую-то тему, к примеру, поэзию или политическую историю.
Над текстами и маршрутами мы работаем самостоятельно: я окончила бакалавриат по музеологии и охране памятников, и у меня уже есть опыт в составлении экскурсий. Также мне помогает наша сотрудница Юлия Боброва — она специализируется на литературных маршрутах, в том числе по сюжетам произведений. Также для создания контента мы планируем привлекать культурные институции на партнерской основе: они могут давать нам данные, а мы будем включать их институцию в тело маршрута и приводить пользователя к ним. У нас уже есть некоторые предварительные договоренности.
Особенность проекта
От существующих аналогов нас отличает ряд преимуществ: во-первых, в нашем приложении будет уникальная структура данных, у нас каждая локация будет не просто точкой на карте, а многослойным объектом. У нас будет отображаться, что находилось в здании в разные исторические периоды, а вся информация будет храниться под определенными тегами. Такая структура данных позволяет нам автоматизировать процесс создания маршрута на основе интересов пользователя. Наш алгоритм также сможет сокращать или наоборот расширять маршрут в зависимости от количества времени, которое есть у пользователя, менять локации местами.
Сейчас Никита Мельников и Илья Мороз разрабатывают прототип этого приложения, планируя завершить его в июне. Для ускорения прототипирования мы решили сначала реализовать его в веб-интерфейсе, потому что это проще и быстрее. Дальше нам уже потребуются новые люди в команду: гейм-дизайнеры, ux/ui-дизайнеры. Пока что мы наращиваем функционал, обсуждаем с командой, какие возможности будем добавлять, и постепенно движемся к окончательному концепту, которого будем в дальнейшем придерживаться. Кроме самого приложения мы также разрабатываем интерфейс для администратора, которым смогут пользоваться наши партнеры и вносить свои данные.
Наша команда состоит из трех разработчиков и двух специалистов по контенту, включая меня. Они занимаются поиском данных, написанием текстов и составлением экскурсий. Также нам помогает Антонина Пучковская, директор международного центра цифровых гуманитарных исследований. Она наш научный консультант.
Само приложение будет бесплатным, более того, у него открыт исходный код, он есть на GitHub, наш API тоже открыт. Так что любой человек сможет на основе наших данных реализовать какую-то свою идею. В долгосрочной перспективе мы планируем коммерциализировать некоторые квесты, возможно, через продвижение партнеров благодаря какой-то рекламе.
Поддержка университета
Грант — это то, за счет чего мы существуем, то, что помогает нам работать над этим проектом. За счет средств этого гранта мы ведем разработку, оплачиваем услуги сервера и тех сервисов, которыми мы пользуемся, например, облачные сервисы Amazon, которые нам нужны для хранения и обработки большого количества данных.
Добавим, что всего победителями конкурса грантов для практико-ориентированных НИОКТР Университета ИТМО стали десять команд, в том числе коллективы под руководством Ксении Киричек, Екатерины Подлесновой, Александра Лукина, Владислава Красильникова, Янины Токаревой.
