Всероссийская научно-инженерная олимпиада «Кванториада» – это соревнование, которое включает в себя личное решение олимпиадной теоретической части, командную разработку устройства в соответствии с выбранным направлением, а также его доработку при получении новых условий (ограничений) на очном этапе в течение трех дней и финальную презентацию решения инженерной задачи. Призовой фонд состязания – миллион рублей.
В этом году проводится Международный конкурс детских инженерных команд, который проходит в два этапа. В заочном этапе конкурсанты должны разработать прототип выбранной установки и прислать видео с презентацией устройства жюри. В финальный этап прошли команды, успешно справившиеся с заданием. В финальном туре командам предложены задания по доработке устройств.
Лаборатория SCAMT Университета ИТМО стала площадкой для работы юных инженеров над созданием микробного топливного элемента (МТЭ) – биотехнологического устройства, преобразующего энергию химических связей органических веществ в электричество с помощью микроорганизмов. В отличие от топливных элементов, работающих на водороде или метаноле, МТЭ могут использовать сточные воды городов и предприятий – это делает их весьма эффективными средствами не только для производства электрической энергии, но и защиты окружающей среды от загрязняющих веществ, содержащихся в данных субстратах.
«Мы раздали всем участникам одинаковые комплекты микробного топливного элемента. У всех задача одна: сделать так, чтобы он заработал. На реализацию этой задачи у участников есть три дня. Дома конкурсанты работали с естественными природными культурами, с сообществами микроорганизмов и с различными типами микробных топливных элементов, выбранных по их собственному желанию. Основная задача заочного этапа была понять принцип функционирования МТЭ, понять его инженерную конструкцию для того, чтобы применить эти знания в финале. Прототипы установки, разработанные участниками во время заочного этапа, будут презентованы во время выставки, на которой участники объяснят, почему выбрали именно эти элементы и каких результатов достигли (у многих есть рецензии и научные статьи, а также готовая конструкция). Самая главная задача на очном этапе, чтобы МТЭ заработал. Тот, у кого он заработает наиболее эффективно, станет победителем», – объяснил куратор направления Иван Рязанов.
В состав членов жюри, оценивающих работу команд на протяжении трех дней, вошли создатели наборов МТЭ для состязания в очном этапе – доцент кафедры генетики, микробиологии и биотехнологий биологического факультета КубГУ Никита Волченко, а также студент университета Андрей Лазукин. Члены жюри оценивают степень креативности, поиск необходимой информации и неочевидных решений, а также стартовое понимание работы с предложенными инструментами и многое другое.
ITMO.NEWS пообщался с участниками конкурса и выяснил, почему микробный топливный элемент важен для людей и как они его создают.
Ярослава Тимирбаева и Ярослава Михеева из команды VIINELTEAM, 9-11 класс, Кванториум НЭЛ, Пенза
У нас было конкретное задание – собрать микробный топливный элемент. Если говорить просто, он состоит из двух камер: в одну камеру мы помещаем определенные бактерии, а в другую – воду, и бактерии вырабатывают электричество. На данный момент, это экологически чистый способ выработки электроэнергии. В целом, сегодня общество постепенно движется к переходу на альтернативные способы получения электроэнергии, микробный топливный элемент – один из них. Примечательно, что сегодня в этой области есть лишь один патент, поэтому это широкое поле для деятельности. Тем интереснее конкурс – мы можем проработать весь процесс от стерилизации (чтобы микроорганизмы хорошо развивались) до непосредственной выработки энергии.
Перед тем как собрать собственный прототип, мы ознакомились с большим количеством материалов и документов, узнали, какими вообще бывают микробные топливные элементы. На основе этого анализа мы сделали свой. К слову, мы не стали использовать сложное оборудование, например, некоторые запчасти мы купили в Ашане, и это не помешало нам, чтобы устройство заработало и вырабатывало электричество. Наша идея в том, что конструкция может быть максимально простой. Мы хотим показать, что можно не вкладывать огромные средства в эту область, при этом добиваясь качественного результата. Соответственно, чтобы внедрить разработку, много усилий не понадобится.
Денис Кадочников из команды D.F., 11 класс, Предуниверситарий НИЯУ МИФИ, Москва
Почти все участники Кванториады – участники технопарков, школ дополнительного образования. Лично мы ученики 11 класса Предуниверситария НИЯУ МИФИ, в состязании мы решили принять участие с подачи преподавателей МИФИ. Сейчас мы наслаждаемся временем, которое проводим здесь. Несмотря на то, что мероприятие для школьников, нам выдали взрослое оборудование, и мы работаем в настоящих лабораториях, где работают ученые.
Сбор микробного топливного элемента – это часть большого дела, которым сегодня занимаются ведущие ученые. Их цель глобальна – спасение мира, как бы это ни звучало. Наша деятельность в рамках Кванториады – лишь эхо того, что делают настоящие ученые. Речь идет о попытке отказаться от сырьевого получения электроэнергии и переходе к более экологически чистому способу получения электроэнергии. Существуют всем известные факты, такие как энергия света или энергия волн, однако есть и неизвестные. Например, мало кто знает, что бактерии вырабатывают электричество – я бы никогда об этом не подумал еще полгода назад.
Во время работы над прототипом на заочном этапе мы собрали большое количество различных установок, все это были разные модели. Так, мы собрали порядка 50 установок: часто установки протекают, ломаются, какие-то из них живут два месяца, какие-то и дня не выдерживают, некоторые демонстрируют отличные результаты, другие при таких же условиях показывают плохие. Большое количество времени мы потратили на анализ наших результатов, и нам очень понравился весь процесс. Это совершенно новый опыт для каждого из нас, например, я больше физик, но этот биологический проект сподвиг меня на изучение биологии. Кроме того, я как староста класса познакомился с новыми, ранее неизвестными мне сторонами моих одноклассников. Работа над проектом в течение нескольких месяцев сплотила нас.
Василиса Васина из команды BIO13, 9 класс,Технопарк Кванториум 13, Саранск
Наш технопарк существует около двух лет, а обучение в нем длится два с половиной года. Всего открыто несколько кванториумов – Биоквантум, Аэроквантум, Энерджикватум и другие. Наша команда состоит из трех человек, мы учимся на направлении Биоквантум. Эта Кванториада для нас вторая – в прошлом году мы также принимали участие в состязании.
Всего мы потратили около пяти месяцев на разработку установки. Три раза мы ее переделывали. Во время работы мы экспериментировали с самыми разными микроорганизмами – от обычных пекарских дрожжей до более сложных колоний бактерий. Нашей подготовки хватает для выполнения задания на очном этапе, но мы все равно получаем ценные дополнительные знания, общаясь с другими командами.
Я заметила несколько отличий по сравнению с прошлым годом. Например, как и прежде, победитель определяется по количеству баллов, которые выставляются по множеству критериев. Предусмотрены даже штрафные баллы за несоблюдение правил безопасности, недружелюбие и другое. В прошлом году такого не было, но я рада подобному ужесточению, я за чистоту эксперимента, за то, чтобы соревнования были честными. Другое отличие – организация. Кроме того, участники получают больше возможностей на площадке: у нас есть возможность попросить у организаторов все необходимые материалы (реактивы и прочее) и даже больше.
Виктория Петрякова из команды «Симбиоты», 9 класс, Технопарк «Кванториум», Воронеж
Самое сложное в разработке прототипа – организовать общий сбор команды, однако нам удалось скоординировать работу составить план действий так, чтобы в итоге попасть в финал. Работу над прототипом мы начали в мае. В какой-то момент я с другим участником команды отправились в лагерь для одаренных детей, поэтому команда разделилась на две части и работала дистанционно. Так, мы записывали данные и вели лабораторный журнал исследований, занимались протоколированием, а оставшиеся в городе участники сооружали непосредственно конструкцию и делали замеры. Наша конструкция проработала 999 минут, и в режиме реального времени все данные фиксировались в специальном графике и выводились на компьютер.
Все участники работали с чем-то своим – тем, на что хватило фантазии. Например, мы работали с однокамерным воздушным катодным микробным топливным элементом, и пытались поработать с двухкамерным. Когда мы приехали непосредственно на Кванториаду, мы столкнулись с необходимостью работать с двухкамерным катодным микробным топливным элементом. Мы были готовы к этому, поэтому сейчас чувствуем себя достаточно уверенно.
Савва Марин из команды MO&LESS, 9 класс, Технопарк Кванториум, Чебоксары
В нашей команде семь человек – все мы обучаемся в Наноквантуме Технопарка Кванториум в Чебоксарах. Часть команды обучается больше года, некоторые присоединились совсем недавно. Мы натренировались во время создания прототипа установки, самым сложным для нас было добиться герметичности конструкции, она постоянно протекала. В какой-то момент нам удалось усовершенствовать конструкцию, используя прокладку из резины. Задание, над которым мы работаем сейчас, идентично тому, что мы делали на заочном этапе, просто оно более запутанное.
Мы четко поделили роли между участниками, каждый выполняет свою функцию. У нас в команде есть два биолога, айтишник, физики и математики – все эти компетенции понадобятся нам для сбора устройства.
Церемония закрытия Кванториады и награждение победителей состоится 14 декабря в Таврическом дворце.
