Юные изобретатели: как дети развивают современную российскую науку?

Сегодня России приходится отвечать на вызовы современных глобальных трансформаций. Они затрагивают все сферы общественной жизни, и наука не является исключением. Для сохранения и развития научно-технического потенциала России в Десятилетие науки и технологий принимаются различные меры, среди которых привлечение талантливой молодежи в сферу исследований. Дети постоянно проявляют удивительные способности и таланты в науке.

Знаете ли вы, что именно благодаря детской фантазии сегодня мы пользуемся пластилином, прыгаем на батуте и общаемся с незрячими и плохо видящими людьми, используя шрифт, который изобрел сын сапожника? Дети не только демонстрируют свои потрясающие навыки и знания, но и создают уникальные изобретения, которые могут изменить нашу жизнь к лучшему. О том, как молодые умы страны вносят свой вклад в развитие отечественной науки, — в репортаже проектного офиса Десятилетия науки и технологий, приуроченному к Международному дню защиты детей.

Экзоскелет для спасателей

«Мысль о различных костюмах и конструкциях, которые способы защитить или увеличить физические возможности человека, у меня возникли еще в детстве при просмотре фильма „Железный человек“. Эту идею я пронесла с собой, а поводом для создания первого прототипа экзоскелета человеческой руки стал случай с землетрясением в Турции в 2023 г. Из-за многочисленных разрушений спасатели не имели возможности использовать крупногабаритную технику, и доставать людей из-под завалов приходилось вручную. Я посчитала, что им могли бы помочь специальные мобильные экзосистемы и приступила к разработке собственной конструкции», — говорит Виктория Надькина, выпускница Центра образования «Тавла» — средней общеобразовательной школы № 17 (г. Саранск, Мордовия).

Изобретение Виктории — это мобильная роботизированная система, которая способна за счет конструкции приводов и датчиков считывать движения человека. В случае самой руки — увеличивать ее силовые возможности. Главное преимущество изобретения, по словам девушки, — это индивидуальный подход при создании. По задумке, при производстве такого экзоскелета должны учитываться индивидуальные параметры человека, вплоть до мельчайших деталей его физиологии. Это поможет спасателям достичь максимально эффективных показателей при использовании экзоскелета во время ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Кроме того, экзоскелет человеческой руки может помочь не только в аварийных случаях, но и при строительстве зданий.

Первую версию конструкции девушка сделала из конструктора Lego для робототехники, что позволило понять, какие трудности и проблемы могут возникнуть при создании прототипа. На следующем этапе в ход пошли уже совсем не детские материалы: каркас был сделан из металла, а корпус из композитных материалов. Виктория отмечает, что композитные материалы необходимо использовать для подобных конструкций, потому как они более прочные и легкие по сравнению с металлом, а также имеют высокие огнеупорные свойства. «Главная трудность при работе над экзоскелетом заключалась в нехватке знаний и опыта. Какие-то части мне приходилось переделывать по несколько раз. Например, электрическую составляющую. Довольно сложно с первого раза воплощать такие идеи в жизнь без ошибок. Но я не отступала. При появлении трудностей предпринимала новые попытки и, в конечном счете, у меня получилось воплотить в жизнь свою задумку», — делится своими впечатлениями Виктория.

Девушка отмечает, что на протяжении всей работы ее поддерживали родители, а школьный наставник — Владимир Сироткин — направил при работе над технической частью. Кроме того, станки для металлообработки, 3D-принтер и другие необходимые инструменты Вика использовала во время изготовления экзоскелета в школьном «Кванториуме». Свою разработку Вика представила на региональном этапе «Ученик года», где заняла первое место, а также принимала участие во Всероссийском конкурсе детского научно-популярного видео «Знаешь? Научи!». В дальнейшем Виктория планирует запатентовать свое изобретение и получить грант, также продолжить работу над экзоскелетом и реализовать концепцию полноценного костюма вместе с командой единомышленников. Свое ближайшее будущее девушка хочет связать с педагогикой, потому что видит большой интерес к своему проекту со стороны сверстников и взрослых. Ей хочется вдохновлять людей и направлять их на новые свершения.

«В начале воплощения в жизнь своей задумки главное — решиться. А после продумать четкий план своих действий и начать. Не нужно сразу же ставить себе грандиозных целей, но и не стоит отступать при возникновении первых трудностей. Во время работы над экзоскелетом я научилась не опускать руки, даже когда казалось, что ничего не получится. В школьном „Кванториуме“ я получила хороший опыт в разработке технических систем, преумножила свои знания в области биомеханики, а также освоила азы создания композитных материалов и механизмов. Тем, кто находится в начале своего исследовательского пути, я советую действовать так, как велит собственное сердце. Оно всегда укажет верную дорогу. Нужно верить в мечту, ведь невозможное увлеченный изобретатель может превратить в реальное уже сегодня», — заключила Виктория Надькина.

Возможно ли безопасно заправить автомобиль?

На этот вопрос нашел ответ Сергей Ковтун, учащийся Мастерской талантов «Сибириус» (г. Радужный, Ханты-Мансийск). Школьник спроектировал для автозаправочных станций (АЗС) систему, способную блокировать подачу топлива с работающим при заправке автомобиля двигателем. Свой проект Сергей представил во время Школьной лиги Международного инженерного чемпионата CASE-IN, включенного в Десятилетие науки и технологий, и стал призером в номинации «Конкурс проектов, макетов среди школьников 6-8 классов». В соревнованиях приняли участие 340 школьников из 40 регионов России.

«Система „Безопасная АЗС“ представляет собой устройство, состоящее из микроконтроллера Arduino Uno (микроконтроллерная плата с открытым исходным кодом — прим.), датчиков освещенности, расстояния и направленного звука, а также сервопривода шлагбаума и реле. Она должна помочь в решении проблемы нарушения правил пожарной безопасности на заправочных станциях, обязывая водителей внимательнее относиться к заправке своего автомобиля, глушить двигатель и не забывать вставлять топливозаправочный пистолет обратно в бензоколонку», — отметил изобретатель.

Сергей обучается на направлении Хай-тек в школьном «Кванториуме» где ребята в числе прочих тем изучают упрощение быта и обеспечение безопасного пребывания в городе. Во время одного из уроков школьники изучали тему автозаправок и рассмотрели случаи, когда водители не глушат двигатели своих автомобилей на АЗС во время заправки. Это, в свою очередь, может привести к появлению искры и дальнейшему возгоранию. Позже школьник посмотрел в интернете подборку подобных ситуаций, где наглядно были показаны разрушительные последствия таких действий. Так у юного изобретателя возникла идея создания проекта «Безопасная АЗС». «В первую очередь я оценил масштаб проблемы, найдя в интернете статистику причин пожаров и возгораний на АЗС и обращений в страховые компании, где весомую часть занимали обращения по поводу вырванных автомобилями топливозаправочных пистолетов. Я понял, что эта тема актуальная, и начал разработку собственного проекта», — поделился своими впечатлениями от увиденного Сергей.

Упомянутых выше устройств, используемых в системе «Безопасная АЗС», достаточно для ее нормального функционирования, но исследователь отмечает, что плату Arduino Uno можно заменить другими микроконтроллерами. В частности, STM32 позволит работать устройству при более низких температурах (до -40 градусов С°), либо использовать промышленные программируемые реле российских производителей OWEN или ONI. Кроме того, Сергей уже высчитал стоимость серийного производства своей конструкции, опираясь на цену соответствующих комплектующих в интернет-магазинах, беря в учет самые распространенные из них. Цена такого устройства составит 5,9 тыс. рублей. Разработкой юного изобретателя уже заинтересовалась одна региональная АЗС. Сейчас Сергей хочет провести мониторинг городских автозаправок, чтобы понять выявить спрос на такие предохранительные системы.

«При разработке проекта „Безопасная АЗС“ больше всего трудностей я испытал из-за недостатка знаний в сфере микроэлектроники, поскольку серьезно занимаюсь в „Кванториуме“ относительно недолго. Но мой преподаватель и наставник Владимир Панченко всегда помогал мне и подробно объяснял все необходимые нюансы во время работы над проектом. В конечном итоге я получил все необходимые знания для разработки устройства и воплотил его в жизнь. Во время работы над проектом я стал более целеустремленным, сильно заинтересовался микроэлектроникой. Но самое важное — я получил большой опыт, который поможет мне в жизни», — поделился юный исследователь своими эмоциями о работе над проектом. Сергей Ковтун советует молодым изобретателям работать над своей идеей не покладая рук, чтобы не потерять к ней интерес и реализовывать только те идеи, в которые действительно веришь. «Никогда не стоит стоять на месте. Нужно всегда быть открытым к новым идеям и разработкам, быть легким на подъем и не бояться трудностей», — заключил Сергей.

Загрязнение воздуха: как избежать аварийных ситуаций?

Сегодня топливно-энергетический комплекс (ТЭК) России — одна из важнейших структурных составляющих экономики России, которая обеспечивает жизнедеятельность всех отраслей хозяйств и объединяет все регионы нашей страны в единое экономическое пространство. Поэтому особенно важно, чтобы все составляющие этой структуры работали без перебоя. Егор Палкин, ученик Ширинской школы № 4 им. героя Советского Союза Алексея Толмачева (с. Шира, Хакасия), сконструировал устройство анализа окружающего воздуха на предприятиях ТЭК. Как рассказал Егор, его изобретение — это система из комплекса модулей, способных анализировать воздух по четырем параметрам: уровню пыли и задымленности, наличию горючих и негорючих газов, а также возгорания. Кроме того, устройство Егора способно отправлять сообщения в случае превышения заданных показаний хотя бы у одного параметра. Логика работы устройства была реализована с помощью уже упомянутого контроллера Arduino Uno, где был написан программный код, ответственный за сбор и анализ данных с датчиков, а также отправку сообщений. Свое изобретение юный исследователь представил на Чемпионате CASE-IN, где стал победителем в номинации «Конкурс цифровых проектов в формате моделирования, 3D печати, IT-проекта и иных форматов среди школьников 9-11 классов».

«Идея изобретения у меня появилась после аварии на одной из котельных в Тыве этой зимой, произошедшая из-за высокой концентрации угольной пыли в воздухе. Это событие подтолкнуло меня создать устройство, способное обеспечивать безопасность и предупреждать подобные происшествия. В процессе создания я понял, что мое устройство поможет определять источники загрязнения. В Хакасии зимой воздух становится грязным. Я думаю, что мое устройство будет способствовать поиску причины загрязнения, что дальнейшем поможет найти способы решения этой проблемы», — поделился историей создания своего изобретения Егор Палкин.

Школьник начал процесс разработки, изучив основные технологические процессы на угольных котельных, провел анализ возможных причин аварийных ситуаций, а также выявил параметры, провоцирующие аварийные ситуации. После чего составил блок-схему будущего устройства, что помогло определить основные технические требования для создания будущей конструкции. Егор отмечает, что аналоги подобных устройств существуют, но они, как правило, могут анализировать воздух только по одному заданному параметру. Данная конструкция выгодно отличается тем, что является комплексной и способно анализировать сразу несколько факторов загрязнения, а также делать вывод о возможной предаварийной ситуации.

«В процессе разработки устройства возникли трудности с доставкой компонентов из-за того, что я проживаю в отдаленном районе. Сказывалась нехватка некоторого оборудования для создания корпусов и крепежных элементов. Поэтому пришлось выходить из положения при помощи подручных материалов. В целом, для изготовления моего устройства можно использовать доступные элементы, такие как печатные платы, микроэлементы, а также 3D-принтер для создания корпуса. Программный код устройства можно индивидуализировать для каждого предприятия в зависимости от их потребностей, что делает процесс адаптации конструкции более гибким», — рассказал о процессе работы над устройством Егор.

Изобретатель отмечает, что себестоимость конструкции не превысит 2 тыс. рублей, т. к. используется модульная сборка. При унификации устройства под большинство предприятий ТЭК стоимость станет еще ниже. На данный момент школьник уже предложил свое устройство местной ресурсоснабжающей организации для тестирования. Егор советует молодым изобретателям начинать с малого и больше внимания уделять изучению теории, не бояться ошибок и провалов. Каждый свой проект стоит доводить до конца и рассматривать даже самые необычные идеи, потому что именно они могут стать основой для очень интересных и нужных вещей.

Сегодня дети-изобретатели играют важную роль в развитии российской науки и технологий. Их талант, креативность и инновационные идеи являются ценным активом для нашего общества. Поддержка этих молодых ученых поможет им раскрыть свой потенциал, вдохновит других детей и будет способствовать развитию инноваций и экономическому росту страны в Десятилетие науки и технологий. Поэтому особенно важно поддерживать условия для развития юных изобретателей для реализации самых смелых идей.

Источник