Балтийский научно-инженерный конкурс. Фото: Маргарита Ерукова

AirPhone, курорт для черепахи и интеллектуальный душ — наука, которой занимаются школьники

Химические системы для устранения разливов нефти и новые виды смартфонов, роборука-манипулятор и математические модели регулирования температуры воды в душе, программы для подсчета площади ожогов и модуль управления террариумом, — эти и многие другие проекты представили школьники из России и других стран на Балтийском научно-инженерном конкурсе. ITMO.NEWS рассказывает о некоторых из них.

Сбор нефти с помощью магнитных ловушек

Способы борьбы с разливами нефти на сегодняшний день достаточно дороги и неэффективны. Гораздо удобнее устранять нефть с помощью магнитных ловушек, уверен ученик 9 класса из Тюменской области Артем Старокоров. В результате физико-химического метода, который он исследует, нефть в прямом смысле притягивается к обычному магниту. Для этого нефтяное пятно нужно посыпать специальным ферромагнитным порошком, который служит реагентом и придает нефти магнитные свойства. Для создания такого порошка используют оксид железа.

Университет ИТМО. Артем Старокоров
Университет ИТМО. Артем Старокоров

«Это очень эффективный и экологически безопасный метод. Более того, мы успешно тестировали его в ветреную погоду», — рассказал Артем.

Роборука, которая повторяет ваши движения

Теперь управлять производственными манипуляторами можно будет, даже не выходя из дома. Команда десятиклассников из Санкт-Петербурга разработала роборуку, которую можно контролировать с помощью 3D-сенсора. Манипулятор полностью имитирует человеческую руку, то есть может осуществлять захват пятью пальцами, сгибать и разгибать под одному пальцу и даже показывать большой палец вверх — в общем, делать любое движение, которое захочет человек. Для этого «оператору» нужно всего лишь воспроизвести это движение перед 3D-сенсором, а компьютер сделает расчеты, как именно нужно задействовать моторы и передаст эти данные манипулятору через Bluetooth. Таким образом, роборука скопирует движения человека.

Проект «Роборука»
Проект «Роборука»

«В естественном мире те или иные объекты сделаны или созданы так, чтобы человеку было легко взаимодействовать с ними. Именно поэтому мы решили сделать манипулятор, который имитирует человеческую руку. Кроме того, манипулятор может запоминать движения и автоматически производить какую-либо рутинную операцию», — пояснил один из разработчиков Левон Погосов.

Следить за комфортом домашней черепахи больше не нужно

Модуль управления террариумом создала команда девятиклассников из Санкт-Петербурга. Стандартный аквариум, в котором можно держать черепах, рыбок или всяческих гадов юные ученые оснастили оборудованием для регулирования температуры, влажности и освещения. Эти параметры считывают датчики и соответствующую информацию отправляют на любое заданное устройство через Wi-Fi. Таким образом, владелец животного может отслеживать состояние окружающей среды для своего питомца из любого места, где у него есть подключение к сети. И если какие-либо показатели его не устраивают, он может также удаленно задавать их — например, повышать или понижать температуру.

Университет ИТМО. Модуль управления террариумом и София Либерман
Университет ИТМО. Модуль управления террариумом и София Либерман

«Эту систему можно адаптировать для любого питомца. Некоторые животные очень капризны к изменениям „погоды в доме“, поэтому важно постоянно следить за тем, чтобы им было комфортно», — сказала участница команды София Либерман.

Математическая система для интеллектуального душа

Надоело, что не можете настроить оптимальную температуру воды в душе? Теперь вычислить свою идеальную формулу для купания можно с помощью математических методов, применяемых в нечеткой логике. В этой математической области изучаются системы, в которых невозможно достичь четкости и определенности. Изучаемый элемент либо принадлежит к множеству, либо нет, но при этом он может принадлежать к каким-либо коэффициентам на отрезке от нуля до единицы. За счет этого получаются новые нечеткие логические регуляторы, с которыми можно проводить различные математические операции и решать прикладные задачи.

Университет ИТМО. Святослав Орешкин
Университет ИТМО. Святослав Орешкин

«Представьте, что вы находитесь в душе, но температура воды постоянно меняется, потому что кто-то другой открывает кран на кухне, например. В этом случае система должна позволять изменять среднюю температуру при резких ее скачках. Для этого мы сначала определяем принадлежность к множеству: говорим, какая вода холодная, теплая и горячая. То же самое с давлением. Потом составляем базу данных: какие должны быть температура и давление для комфортного душа. Таким образом, если происходят скачки, то система их „сглаживает“, делая расчеты по формулам. Сейчас такие математические методы используются для диагностики рака или предсказаний финансового кризиса», — пояснил одиннадцатиклассник из города Саров Святослав Орешкин.

Огурцы больше не надо поливать из лейки

Капельное орошение, несмотря на повсеместное применение в сельском хозяйстве, недостаточно эффективно, уверена ученица 9 класса из Самарской области Сусанна Арутюнян. Вместо традиционного метода она предлагает использовать внутрипочвенное орошение, которое позволит еще больше сэкономить воду и исключить эрозию, которая неминуемо появляется при традиционном методе полива. Для этого она предлагает проложить трубы прямо под землей, а подачу воды регулировать автоматически с помощью специальных датчиков.

Университет ИТМО. Сусанна Арутюнян
Университет ИТМО. Сусанна Арутюнян

«Дело в том, что много воды просто не доходит до всей корневой системы растений, которые очень глубоко „закапываются“ в землю. Система внутрипочвенного орошения очень дешева — требуется около тысячи рублей для стандартной теплицы 3×6 метров. Плюс, можно задавать различные режимы автоматического полива в зависимости от типа сельскохозяйственной культуры», — прокомментировала Сусанна.

Как отследить разрушение домов без гипсовых датчиков

Систему визуализации физических процессов предложили старшеклассницы Мария и Ирина Колочевские из Минска. Сегодня для того, чтобы зафиксировать расширение трещин вдоль стен домов используют гипсовые датчики, а камеры наблюдения дают неполную картинку того, что происходит на улицах города. Чтобы исправить это, можно использовать высококонтрастные веб-камеры, видео с которых покадрово анализирует специальная программа. Эта программа может определять малейшие изменения в изображении. Если два изображения отличаются друг от друга хоть чем-то, то программа их автоматически сохраняет, а если нет — удаляет. Таким образом, как только на стене дома появляется трещина, программа это сразу же фиксирует.

Университет ИТМО. Мария и Ирина Колочевские
Университет ИТМО. Мария и Ирина Колочевские

«Использовать систему могут и сотрудники МВД, так как изображение, получаемое с камер — отличного качества. Также можно отслеживать, как растут растения и происходят другие „медленные“ физические процессы, не снимая их на камеру постоянно», — привели примеры авторы проекта.

Смартфон на облачных технологиях

Ускорить работу смартфонов без задействования дополнительных мощностей, уменьшить и удешевить его можно с помощью облачных технологий. Совершенно новый тип смартфонов AirPhone разработал участник конкурса из белорусского города Слуцк, одиннадцатиклассник Владислав Гадалов. Для реализации устройства школьник предлагает использовать удаленные вычислительные мощности, так что смартфону не потребуются собственные ресурсы, чтобы выполнять обработку видео, картинок, запуск приложений. Таким образом, и сам объем гаджета уменьшится, так как потребность в высокоемких аккумуляторах отпадет. Устройству будут также доступны любые аппаратные возможности. Для всего этого участник конкурса разработал специальный протокол удаленного управления.

Университет ИТМО. Владислав Гадалов
Университет ИТМО. Владислав Гадалов

«AirPhone можно использовать в качестве системного блока для любой операционной системы, для шифрования личных данных владельца на уровне образов диска, а также с его помощью можно прослушивать потоковое аудио и видео в высоком качестве», — сказал Владислав.

Медицинское приложение для лечения ожогов

Мобильное приложение для быстрого и точного определения площади ожогов человеческого тела разработал ученик 11 класса из Москвы Дмитрий Донецкий. Точно определять эту площадь необходимо, что правильно назначить лечение.

Университет ИТМО. Дмитрий Донецкий
Университет ИТМО. Дмитрий Донецкий

«По статистике, каждый четвертый врач делает это неправильно, что сказывается на состоянии пациента. Таким образом, программа позволяет исключить ошибку, а также подсказывает необходимое лечение», — отметил разработчик.

Для того, чтобы рассчитать площадь ожога, пользователю нужно ввести данные о возрасте, поле, росте и весе пациента, а также выделить пораженную область на виртуальной модели человеческого тела. При этом врач может приблизить и повернуть модель. Для разработки приложения участник конкурса консультировался со специалистами Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н. И. Пирогова.

Сахарный напиток против ожирения

Люди, страдающие диабетом или ожирением, не могут позволить себе «сладенькое». Употреблять сахар может быть вредно и в случае других заболеваний. Однако, в мире существует растение, которое используется как природный подсластитель — стевия. Оно уже достаточно широко применяется в качестве сахарозаменителя, а команда восьмиклассников из Воронежской области решила разработать на его основе напиток. Для этого ребята использовали натуральный вишневый сок, в который добавили экстракт стевии в пропорции 1/20, а также вспомогательные компоненты.

Университет ИТМО. Команда, разработавшая сахарный напиток против ожирения
Университет ИТМО. Команда, разработавшая сахарный напиток против ожирения

«Во всем мире сейчас все актуальней становится проблема ожирения. Стевия — это совершенно бескалорийный продукт. Кроме того, он обладает целым рядом терапевтических свойств, в том числе для лечения изжоги, гипертонии и других заболеваний», — подчеркнула участница команды Александра Власова.

Робот очистит Арктику от ржавых банок

После проведения научных исследований в Арктике ученые зачастую оставляют там различный мусор, включая металлические банки и бочки, в которых могут оставаться опасные химические соединения. Специального робота-уборщика для сбора этого мусора сконструировала команда старшеклассников из Санкт-Петербурга. Этот прообраз «Валл-И» собирает и прессует бочки, оставляя их в определенном месте.

«При этом робот полностью автономен. Для перемещения и обнаружения бочек он использует механическое зрение, реализованное с помощью камер. Таким образом, мы решаем экологическую проблему», — прокомментировал один из авторов проекта Даниил Мартынов.

Университет ИТМО. Робот-уборщик мусора в Арктике
Университет ИТМО. Робот-уборщик мусора в Арктике

О Балтийском научно-инженерном конкурсе

Эти примеры — лишь малая часть работ, которые были представлены на конкурсе. Всего в финал вышли 349 проектов, а на участие в конкурсе было принято около 4000 заявок по математике, программированию, технике, химии, физике, биологии, экологии, а также робототехнике, которая состоялась на конкурсе впервые. Раньше работы, имеющие отношение к робототехнике, выставлялись в секции техники. По словам председателя научного жюри секции, к.ф.-м.н., старшего научного сотрудника ФТИ им. А. Ф. Иоффе Евгения Заварина, заявок по робототехнике становилось все больше, поэтому и было принято решение организовать отдельную секцию.

«Судьи оценивали работы по трем параметрам: научная составляющая, инженерная и качество доклада. Выигрышные проекты получили высокие оценки судей как в научной составляющей, так и в технической части, также работы были хорошо представлены судейской коллегии. Но не все удачные проекты одинаково хороши. В каких-то превалировала техническая сложность и применение сложных алгоритмов, технического зрения, а в каких-то была больше задействована научная составляющая. Но, в целом, выигрышный проект на конкурсе, по моему представлению, должен иметь высокую техническую сложность, целостность, а также иметь подход к рассмотрению некой научной проблемы. Кстати, научная проблема в робототехнике может быть не связана именно с кибернетикой или мехатроникой, роботами, а иметь отношение к смежным междисциплинарным проблемам. Кроме того, проект должен быть красиво и содержательно представлен судейской коллегии. Участнику необходимо убедить судей в важности и сложности рассматриваемых им проблем. Понятно, что школьники еще только учатся применять научный подход, поэтому странно требовать от них строгого и полного научного рассмотрения проблемы. Но очень хочется отмечать работы, в которых есть хотя бы элементы такого подхода», — прокомментировал Евгений Заварин.

Традиционно победители Балтийского научно-инженерного конкурса получат возможность представить свои проекты на общемировой ярмарке школьных научных проектов Intel ISEF.

Редакция новостного портала
Архив по годам:
Пресс-служба