Спасают людей и природу. Изобретения российских школьников могут изменить мир

Наука — удел не только взрослых. Зачастую дети могут придумать изящные решения сложных проблем. В преддверии Дня защиты детей Hi-Tech Mail.ru пообщался с российскими школьниками, которые рассказали о своих изобретениях — от робота-спасателя до морского «уборщика».

Робот-спасатель доставит предметы первой необходимости

Ученик 10 класса Лицея № 10 имени Д. И. Менделеева г. о. Клин Алексей Михеев собрал управляемого робота-спасателя. Робот представляет собой «шестиногое» устройство с камерой, фонарем и светодиодами.

Уже давно занимаюсь робототехникой и участвую в соревнованиях, а на них часто бывают выставки. На этих выставках показывают и роботов-спасателей, которые, как правило, стоят огромных денег. В какой-то момент я нашел на YouTube человека, который сделал робота-спасателя, но при этом его цена была сильно ниже аналогов. И я решил сделать свой проект
Алексей Михеев

Алексей ставил себе цель создать бюджетного, малогабаритного, легкоуправляемого робота, который будет доставлять небольшие грузы и при этом сможет проходить в разных местах.

Выбирая способ перемещения робота, Алексей рассматривал 3 варианта: использование колес, возможность полета и перемещение шагом. Изобретатель остановил свой выбор на последнем способе перемещения. Объяснение этому очень простое: «ноги» имеют большую проходимость, чем колеса, и такой робот имеет меньшие габариты по сравнению с летательными аппаратами.

Робот-спасатель, разработанный Михеевым Алексеем. Фото: личный архив Михеева Алексея

Детали для корпуса было решено напечатать на 3D-принтере. При выборе филаментов (нитей) для 3D-печати Алексей использовал пластик ABS для деталей, подверженных высокой нагрузке, и PLA — для остальных деталей корпуса. В будущем корпус планируется усилить карбоновыми стержнями. В качестве микроконтроллера изобретатель выбрал Arduino Mega. И дополнил устройство камерой, фонарем, светодиодами, приемником, а также двумя вентиляторами для системы охлаждения.

Важно уточнить, что робот-спасатель Алексея на данном этапе не предназначен для того, чтобы вытаскивать на себе человека. Его основная задача — доставить пострадавшему набор первой необходимости. Например, аптечку для оказания первой помощи или спасательное покрывало от перегрева или переохлаждения.

По умолчанию робот-спасатель не оснащен креплением для груза. Как говорит сам изобретатель, крепление должно быть предусмотрено для каждого конкретного случая. Так надежнее.

Михеев Алексей. Фото: личный архив Михеева Алексея

При сборке робота Алексей сталкивался со сложностями, но в итоге со всем справился на отлично. Школьник продолжает работу над своим изобретением, принимая во внимание запросы окружающего мира и собственное видение.

Алексей — победитель конкурса Хакатон 2022, призер 18-го научно-технического конкурса учащихся «Открытый мир. Старт в науку». Десятиклассник активно участвует в различных конкурсах и не собирается останавливаться. А еще Алексей ведет блог «Houbed Co&Ro». Там он рассказывает о своей творческой жизни и своих изобретениях.

Робот, автоматизирующий процесс экспресс-анализа донных осадков

Исследование дна морей и океанов важно для строительства морских сооружений, поиска и добычи минеральных ресурсов, а также изучения изменений климата на нашей планете в геологическом прошлом. Здорово, что интересуются этой темой не только ученые, но и дети.

Евгения Андреевская — ученица 11 класса московской школы № 2065. Школьница разработала робота, который облегчит рутинную работу ученых в лаборатории.

Евгения Андреевская со своим изобретением. Фото: личных архив Евгении Андреевской

Идея создания робота пришла к Евгении неслучайно.

Наша школа сотрудничает с Институтом океанологии им. П. П. Ширшова. В рамках индивидуального проекта мы приходили на занятия, на которых нам рассказали, как проходят экспедиции, чем занимаются ученые. В тот момент мы с ребятами (они делали другие проекты) обозначили ряд пунктов, в которых мы могли бы помочь океанологам. Я подумала о том, что у ученых на изучение химического состава уходит очень много времени и сил, которые могли бы уйти на другие не менее важные дела. Так я пришла к идее автоматизации данного процесса.
Евгения Андреевская

Среди методов определения химического состава был выбран рентгенофлуоресцентный анализ (РФА). Проводится РФА путем облучения исследуемого материала рентгеновским излучением. Такой метод помогает определить, какие элементы и в каком количестве находятся в составе исследуемого образца, не разрушая его. В качестве устройства для анализа используется Olympus Vanta C — рентгенофлуоресцентный анализатор химического состава. В Институте океанологии им. П. П. Ширшова этот прибор широко применяется для элементного экспресс-анализа донных осадков.

Устройство, изобретенное Евгенией Андреевской. Фото: пресс-служба ГБОУ г. Москвы «Школа № 2065»

Работает робот так. В вертикальном тубусе размещаются пластиковые контейнеры с подготовленными образцами донных осадков. Дно каждого контейнера выполнено из специальной прозрачной пленки, а крышка маркирована штрихкодом с номером образца. С помощью сканера штрихкодов передается информация о номере образца в расположенный снизу анализатор.

Во время загрузки произошла ошибка.
Демонстрация работы робота. Видео: пресс-служба ГБОУ г. Москвы «Школа № 2065»

Прибор «стреляет» в контейнер с высушенным и растертым в порошок донным илом и фиксирует ответное излучение. За 1−2 минуты выполняется анализ и предоставляется результат с относительными содержаниями химических элементов. Текущий статус работы комплекса отображается на ЖК-дисплее, а начало и конец процедуры сопровождаются световыми и звуковыми сигналами. После выполнения анализа контейнеры отправляются на хранение в пластиковый пакет.

Для того чтобы контейнеры могли передвигаться по рабочей площадке, а номера образцов были переданы верно, необходимо было написать программу. Для этих целей к проекту Евгении присоединился ученик параллельного класса Далгат Ибрагимов. Программное обеспечение разрабатывалось школьником на языке C++ в среде разработки Arduino IDE.

Далгат Ибрагимов за работой над роботом. Фото: пресс-служба ГБОУ г. Москвы «Школа № 2065»

Важным аспектом этого проекта является безопасность. Несмотря на то, что рентгеновское излучение не слишком интенсивное, в определенной дозе оно может оказать негативное воздействие на здоровье человека. Чтобы предотвратить распространение рентгеновского излучения в окружающую среду, комплекс для анализа будет размещен в специальном металлическом защитном корпусе.

У нашего проекта была довольно узкая задача — облегчить часть работы научных сотрудников и инженеров за счет автоматизации одного из трудоемких процессов — проведения химического анализа донных осадков в лаборатории. Раньше оператор должен был ставить образцы на анализатор и запускать анализ, фиксируя результаты своей работы в электронном и бумажном журнале. Сейчас эту работу сможет выполнить машина, а специалисты смогут потратить высвободившееся время для решения других задач.
Дмитрий Борисов
научный руководитель проекта, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН

Евгения и Далгат продолжают свою работу над устройством. На данный момент полученный прототип комплекса передан ученым Института океанологии им. П. П. Ширшова для проведения анализа серий образцов донных осадков. По завершению одной геологической экспедиции для анализа собираются сотни, а иногда и тысячи образцов. Проведение анализа операторами вручную — это долгий процесс, и его автоматизация — очень важное и востребованное решение.

Комплекс для борьбы с большим мусорным пятном

Проблемой большого мусорного пятна на сегодняшний день обеспокоены все ученые мира. Ученик 9 класса Санкт-Петербургской Гимназии № 642 «Земля и Вселенная» Александр Дитковский придумал способ очистки океанов от мусора.

директор Центра профориентации и довузовской подготовки СПбПУ Петра Великого Дмитрий Владимирович Тихонов, изобретатель Александр Дитковский, научный руководитель Александра, педагог лаборатории физики и альтернативной энергетики кванториума гимназии 642 «Земля и Вселенная» Ирина Александровна Лебедева. Фото: личный архив Александра Дитковского

Александр предлагает решить проблему с помощью специального плавательного комплекса по утилизации и переработке (КУП). КУП состоит из самоходного судна-носителя, на котором функционирует мусороперерабатывающий завод. Также судно-носитель должно быть оснащено камерой для 32 СМАРТов и местом для хранения отходов и сырья.

Весь комплекс должен работать на принципе зеленых технологий. Потому что, как говорит сам Александр, «спасая мир от одной экологической проблемы, мы не должны добавлять новую».

СМАРТы — маленькие кораблики, которые предназначены для сбора мусора. СМАРТы собирают весь мусор, который попадается на их пути, и поставляют его на КУП. Внутри КУПа идет переработка по 5 фракциям:

  • PET,
  • PP,
  • стекло,
  • алюминий,
  • сырье для пиролиза.
СМАРТы и КУП. Фото: личный архив Александра Дитковского

Пластик перерабатывается в гранулят и отправляется на землю в виде сырья.

Стекло и алюминий собираются и отправляются на землю в виде непереработанного сырья. Все, что невозможно переработать, отправлятся в пиролизную установку. В итоге будет произведено пиролизное топливо — продукт, полученный в результате термической обработки мусора без доступа кислорода. Это топливо будет использоваться для СМАРТов.

Очистку океана планируется произвести в два этапа: сначала очистка пятен высокой насыщенности — то есть тех участков, где плотность загрязнения превышает 100 кг/км2, а после — все остальное.

Александр продумал также и коммерческую составляющую. Срок окупаемости проекта составит 15 лет.

Экологией, в частности, проблемой накопления отходов я заинтересовался еще в 5 классе. Тогда было нужно сделать социальный проект для районного конкурса. В этом году я решил поработать над более техническим проектом. Сейчас довольно широко освещается проблема мусора в океане. Моя мама — инженер-кораблестроитель. Она много рассказывала мне про кораблестроение, описывала разные тонкости. В проекте я решил объединить 2 своих интереса, и получился комплекс по очистке мусора на воде.
Александр Дитковский

Александр — победитель региональной олимпиады по экологии, призер Всероссийского конкурса «Большая Перемена», победитель Всероссийского конкурса научно-технологических проектов «Большие Вызовы». Работа над проектом не останавливается. Возможно, однажды мы напишем о том, что большое мусорное пятно очищено благодаря изобретению Александра Дитковского.

Роботизированное устройство для выдачи лекарств

Семиклассник гимназии № 12 Андрей Волжин из города Липецк в рамках регионального этапа XII Международного конкурса детских изобретений в 2021 году представил проект «DR. DROP». «DR. DROP» — это роботизированное устройство, которое поможет пожилым или незрячим людям принимать лекарства в верной дозировке.

Фото Pexels.com / MART PRODUCTION

Однако устройство может пригодиться любому человеку: точно отмерить препараты в жидкой форме бывает сложно всем. Редакция Hi-Tech задала Андрею вопрос: как пришла идея создать такую машину?

«Я видел, как моя прабабушка пытается в куче препаратов найти нужные лекарства. У нее расписан график приема препаратов, но она периодически забывает что-то принять. Так и возникла идея создать устройство, которое поможет упростить поиск лекарств, лишит необходимости запоминать время, кратность, дозы приёма и обеспечит в первую очередь безопасность жизни, исключив ошибки по вине человеческого фактора».

Юный изобретатель изучил аналоги на рынке, но не нашел подобной машины, которая бы предназначалась для домашнего использования.

Поскольку школьник увлекается робототехникой, то вопроса, каким способом реализовать свой проект, не возникло. Андрей использовал программируемый конструктор LEGO MINDSTORMS EV3 и детали набора LEGO TECHNIC. Не обошлось и без нестандартных материалов. Медицинские шприцы, системы переливания крови, баллоны сжатого воздуха и одометры стали незаменимыми деталями для «DR. DROP».

Базовый набор LEGO MINDSTORMS Education EV3. Фото: education.lego.com

Как пользоваться устройством?

Сначала работу ведет врач:

  1. Доктор создает новую электронную карту для пациента.
  2. В карту вноситься рецепт с указанием всех важных параметров: названия лекарства, дозировки и времени приема.
  3. Рецепт записывается на карту с QR-кодом, и вся важная информация с карты дублируется на ней шрифтом Брайля.
  4. Доктор отдает карту вместе с рецептом пациенту.

Дальнейшие действия выполняются пациентом и его близкими:

  1. По рецепту приобретаются необходимые лекарства.
  2. Пациент запоминает цвет маркированной карты. Например, зеленая — таблетки от головной боли.
  3. Все назначенные препараты помещаются в специальные контейнеры в корпусе робота.
  4. Чтобы получить лекарство, пациент подносит карту к роботу.
Устройство «DR. DROP». Фото: Научно-исследовательская работа Волжина Андрея «Роботизированное устройство “DR. DROP” для улучшения качества жизни пожилых людей», размещенная на интернет-сайте files.school-science.ru

Можно использовать несколько карт с разными рецептами. Корпус робота позволяет хранить достаточно большое количество лекарств. Например, для дедушки — красная карта с рецептом для лечения ЖКТ, а для бабушки — синяя с рецептом препарата от головной боли.

Андрей не только создал робота, но и провел реальные испытания в Липецком доме-интернате для престарелых и инвалидов общего типа. Робот отлично справился с поставленными задачами. Школьник описал результат в своей научной работе:

Пожилые люди (испытуемые) выглядели уверенными при управлении роботом. Большинство подтвердило удобство использования и одобрило робота. Из 40-ка опрошенных пожилых людей 37 подтвердили простоту и удобство использования, освобождение от запоминания дозировок лекарств. Двое не проявили интереса, потому что игнорировали назначения лечащего врача, и один сказал, что предпочитает делать все самостоятельно. С его слов, так он тренирует память.
Андрей Волжин

Стоимость робота в 2021 году составляла 13449 рублей. На достигнутом Андрей останавливаться не планирует, а значит, «DR. DROP» будет становиться функциональнее и полезнее с каждым годом.

Конечно, успешный проект — не единственное достижение Андрея. Мальчик имеет научные публикации в журналах, является членом-корреспондентом Российского молодежного политехнического общества, а также многократно внесен в базу данных одаренных детей России благодаря своим победам в конкурсах.

Обзоры новинок
Подробности о главных премьерах
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас