От съедобной упаковки до сферического робота

Выставка разработок молодых исследователей проводится в ИТМО ежегодно, но как самостоятельное мероприятие, не в рамках других проектов, она состоялась впервые. К участию в этом году, помимо самих ученых, также пригласили потенциальных спонсоров, школьников и студентов со всей России.

«Многие приехали из других городов — они планируют поступать в ИТМО. Так у них появилась возможность познакомиться с кем-то из молодых ученых университета, наладить связи, присоединиться к проекту. Кроме того, таким образом мы хотели привлечь новых ребят в магистратуру и аспирантуру. Присутствовали на площадке и коммерческие организации, в том числе “Газпром”», — отметила один из организаторов выставки Екатерина Буракова.

Все представленные разработки прошли несколько этапов отбора. На первом — руководители лабораторий, центров и деканы рекомендовали наиболее завершенные проекты. В результате после утверждения на научно-техническом совете университета до финала добрались 38 экспонатов.

Участники выставки представили разработки более чем из десятка областей исследований: от инфохимии, химической инженерии до пищевых технологий, робототехники и искусственного интеллекта. Почти половина из них предлагала решения экопроблем. Среди них — умная съедобная упаковка, которая продлевает срок годности продукта, биоразлагаемая нановолоконная мембрана для очистки воды и почвы от органических загрязнений и микропластика, а также реактор для получения водорода из воды безопасным для окружающей среды способом.

Сосредоточились ученые и на других актуальных направлениях, представив экзоскелет нижних конечностей для людей с ограниченными возможностями, тестовые полоски для обнаружения в молоке перекиси водорода, крахмала и лактозы, сервис по выявлению дипфейков для защиты от мошенников и программу, помогающую в режиме реального времени определять качество бензина в установках.

Электроцикл, который смог стать электромобилем

Одним из самых популярных экспонатов среди посетителей стал прототип компактного электроцикла. Внешне он напоминает детский велосипед, но такое средство передвижения вполне может стать альтернативой громоздким электросамокатам.

Вес электроцикла — 12 килограммов, одного заряда хватает на 50 километров пути, а максимальная скорость — 70 км/час. Работает электротранспорт от восьми встроенных батарей, которые можно полностью зарядить за пару часов.

«На экран смартфона, прикрепленного к электроциклу, по Bluetooth передается информация от двигателя: спидометр, заряд батареи, обороты. Здесь даже можно устанавливать максимальную температуру двигателя, скорость и все основные характеристики», — отмечает Иван Осетров, студент центра фотоники и оптоинформатики ИТМО.

Облегчить конструкцию удалось за счет основного материала корпуса — это специальный тип пластика PETG. Большинство деталей были созданы не вручную, а распечатаны на 3D-принтере. Кроме того, в процессе сборки разработчики отказались от некоторых не самых необходимых элементов.

«Изначально задний фонарь делали с поворотниками, однако после мы отказались от них в связи с тем, что на дороге поворотники не всегда видны, до них неудобно дотягиваться, плюс вся эта лишняя электроника очень мешает», — рассказывает конструктор.

Стоимость электроцикла оценивается в 100 тысяч рублей. И, как отмечают создатели, если спрос будет хорошим, на рынке могут появиться модели побольше: не только размера S, но и M и L.

В планах разработчиков — создать на основе электроцикла персональный электромобиль для курьеров. Среди его преимуществ также небольшой размер: предполагаемый вес — 25 килограммов. Устройство сможет развивать скорость до 90 км/час и проехать до 100 километров на одном заряде батарей. Стоить такой аппарат будет около 300 тысяч рублей.

Представили на выставке и модульное зарядное устройство для электротранспорта. Установка отличается универсальностью и возможностью масштабировать как систему заряда, так и аккумуляторные сборки. Система управления устройством просто активирует необходимое количество зарядных блоков и начинает процесс зарядки на нужных условиях. Как обращают внимание создатели, Марк Новиков, магистрант факультета систем управления и робототехники, и Михаил Гостев, выпускник ИТМО, к установке также можно подключать ноутбуки и телефоны. Главное — найти правильный переходник.

Полезный углекислый газ: миф или реальность?

Добывать деньги буквально из воздуха, притом загрязненного и вредящего планете, предложили разработчики реактора, способного перерабатывать углекислый газ в продукты с высокой добавленной стоимостью, такие как этилен, метан и другие. В основе работы установки лежит процесс электрокатализа. Под действием медных катализаторов в ячейках устройства цепочки молекул углекислого газа преобразуются в различные химические соединения.

«В процессе этих реакций в зависимости от формы и размера катализатора могут получиться этилен, этанол, метан и другие соединения. Но наша установка нацелена именно на этилен, который можно отправить на дальнейший синтез или же на полимеризацию. Этилен — достаточно дорогой продукт: за тонну этого газа можно получить до тысячи долларов», — объясняет один из авторов проекта Данил Никитенко, магистр химико-биологического кластера ИТМО.

Пока проект находится на стадии пилота. Однако за полгода он вырос из 50-миллиметровой лабораторной ячейки в установку, которая позволяет проводить тесты, приближенные к реальным условиям, привлекая внимание индустриальных компаний. Глобальная цель разработчиков — довести реактор до производственных масштабов с возможностью использования на предприятиях. Кроме того, в будущем оборудование планируется перенести на альтернативные источники питания, отказавшись от классических, что сделает проект еще экологичнее.

Безвредная альтернатива кварцевым лампам

Очищать воздух от органических соединений, правда уже в замкнутом пространстве, предлагают разработчики фотокаталитического фильтра. Принцип работы такой же, как у знакомых каждому кварцевых ламп. Только, как отмечают разработчики, в отличие от классических приборов эта установка не вредит окружающей среде и человеку. Кроме того, она в несколько раз эффективнее и долговечнее. В основе фильтра — УФ-светодиоды и плёночный фотокатализатор.

«Под ультрафиолетом органические соединения и так разрушаются, но, если мы добавим катализатор, процесс будет идти быстрее. Мы заменяем знакомые ультрафиолетовые ртутные лампы на синие и мягкие ультрафиолетовые диоды, которые для человека безвредны, они не продуцируют озон. Соответственно, прибор можно поставить в комнату, и пусть работает без остановки», — отмечает руководитель проекта Андрей Шелеманов, аспирант научно-исследовательского центра оптического материаловедения.

Еще одно преимущество разработки — возможность увеличения мощности без значительного изменения размеров.

«Принципиальное расширение фильтра — это добавление ещё диодов, ещё пластинки, ещё диодов, ещё пластинки. Чем плотнее, тем больше эффективность».

Авторы проекта, реализуемого в рамках программы ITMO.Collab, уже проводят тесты за пределами лаборатории на производстве потенциального заказчика.

«Мы проходим тестирование в фирме Microbox. Эта компания выпускает продукты для проращивания ростков сельскохозяйственных культур. Их проблема в том, что при проращивании семян в помещении всегда влажная атмосфера, есть бактерии и грибки. И какая-то часть ростков из-за этого погибает. Если мы сможем этот процент снизить — повысим объем урожая», — рассказывает о планах Андрей Шелеманов.