Семь студенческих инноваций, которые помогут изменить мир
Город+ собрал информацию о петербургских инновационных проектах, с помощью которых мир может стать лучше.
10:00 сб, 20 октября, 2018
Будущее гораздо ближе, чем кажется. В Петербурге руками молодых учёных, студентов и школьников, сегодня разрабатывается множество инновационных проектов, которые совсем скоро могут превратить нашу реальность в подобие фантастического романа. Город+ подготовил обзор семи передовых проектов, появившихся в Петербурге в последнее время.
Съесть, чтобы похудеть
Не так давно, в марте 2017 года, учёные петербургского Университета ИТМО презентовали, пожалуй, лучший подарок для всех вечнохудеющих сладкоежек. Кафедра прикладной биотехнологии разработала мороженое без сахара и с повышенным содержанием белка - которое, вместо того чтобы приводить к полноте, может стать залогом стройности.
Как сообщается на информационном портале университета, автор проекта - старший лаборант кафедры прикладной биотехнологии, магистрант и руководитель проекта Pro&Ice Малика Абдуллаева - пришла к идее создания «похудательного» мороженого, когда вместе с подругой, фитнес-тренером Викторией Соколовской, сидела на спортивной диете. Девушки проходили знакомый многим атлетам этап «сушки», во время которого питание строго ограничивается: необходимо сократить в рационе количество простых углеводов и животных жиров, отказаться от мучного и сладкого (в том числе, фруктов). Малика подошла к ситуации творчески и решила переработать рецепт любимого многими лакомства - мороженого.
Спортивный десерт лишился компонентов с высокой энергетической ценностью: жира, сахара и его заменителей, отдав приоритет более высокому содержанию белка. Чтобы мороженое оставалось вкусным, Малика использовала натуральный подсластитель - эритрит, обладающий значительно меньшей калорийностью. В отличие от сахара, содержащего около 384 ккал на 100 граммов продукта, эритрит обладает калорийностью от 0 до 0,2 ккал. В 100 граммах мороженого - около 17,5 граммов белка, 1,9 жиров и 4,7 углеводов, что обеспечивает всего 105,9 ккал. Для придания мороженому воздушной структуры в состав добавляют сухие ингредиенты и стабилизаторы, а затем перемешивают, фильтруют и пастеризуют массу при высокой температуре.
В работе над проектом Малику поддержала её научный руководитель, доцент кафедры прикладной биотехнологии Университета ИТМО Людмила Надточий. «Изначально за основу мы брали концентрат молочных белков, однако он обладает высокой вязкостью, что мешает достичь высокой доли белка в конечном продукте. Поэтому мы остановились на изоляте сывороточного белка. Жир в продукте появляется только за счёт натурального молока. Также мы не используем искусственные красители и ароматизаторы, всё сырьё - натуральное», - рассказала учёный.
Подробнее о производстве полезного мороженого - в сюжете Города+.
Пластырь для контроля сахара и глюкометр без крови
Ещё две полезные разработки петербургских учёных направлены на помощь людям с диабетом и преддиабетом, а также всем, кто контролирует уровень сахара в крови. Обе эти новинки, созданные разными группами исследователей, были представлены широкой публике в мае 2018 года.
Одна из разработок также связана с Университетом ИТМО. В акселераторе Future Technologies, действующем на базе вуза, изобрели устройство, которое позволяет измерять уровень сахара в крови без использования крови: тестер анализирует показатели по слюне. Прибор представляет собой чёрную полоску с изображением цветка на одном из концов. Чтобы проверить уровень сахара, слюну нужно поместить на этот цветок и вставить полоску в глюкометр. Обычные тестеры работают по такому же принципу, однако диабетикам приходится порядка 5 раз в сутки прокалывать пальцы, чтобы получить кровь - материал для анализа.
На данный момент разработка проходит лабораторные испытания. Когда ожидать её появления в широком доступе, пока неизвестно.
Другое полезное для людей с диабетом изобретение создано студентами Санкт-Петербургского государственного университета. Оно также позволяет замерять уровень сахара в крови, не прибегая к постоянным проколам пальцев. Это - специальный чувствительный пластырь. Минувшей весной авторы ноу-хау, студенческая команда «Диапласт», получили первый приз конкурса «Start-up СПбГУ — 2018» в размере 300 тысяч рублей и грант в один миллион рублей на продолжение исследований.
В команде - студенты Максим Кузнецов («Лечебное дело», руководитель проекта) и Анна Малкова («Лечебное дело», автор идеи), а также Виктор Алексеев («Экономика») и Мария Евсюкова («Юриспруденция»). На данном этапе они уже разработали технологию, по которой будет работать пластырь, а сейчас подбирают для своего детища подходящий материал. В основе инновационной разработки лежат вещества аптамеры, которые могут связываться с молекулами-мишенями. По замыслу учёных, система будет схожа с тестом на беременность - на пластыре тоже будут появляться две полоски, контрольная и индикаторная, и он будет так же доступен для потребителей.
«Мы планируем, что наш тест будет продаваться в аптеках и обычных супермаркетах, где его можно будет купить так же легко, как и тест на беременность. Конечно же, в дальнейшем подобные устройства появятся в поликлиниках и больницах, чтобы во время первого приема врач, пока заполняет историю болезни, мог быстро и бескровно проверить уровень глюкозы у пациента», - говорит участница команды Мария Евсюкова.
Полоски будут проявляться на пластыре в том случае, если содержание глюкозы в крови человека составляет больше шести миллимоль на литр. «Тест нужно будет проводить натощак. Человек просыпается с утра, наклеивает на кожу пластырь и занимается своими делами. В это время под пластырем накапливается пот, а через 10–15 минут происходит реакция по детектированию глюкозы. Очень важно, чтобы человек во время анализа не проявлял особую физическую активность, ведь во время нагрузок организм, наоборот, активно сжигает глюкозу», - рассказала автор идеи Анна Малкова.
«Размагнитить» тромб
Группа учёных Университета ИТМО уже несколько лет работает над проектом системы, целенаправленно доставляющей лекарство к кровяному тромбу и расщепляющей его. В 2016 году исследователи университета совместно с врачами Мариинской больницы представили магнитоуправляемый препарат для лечения тромбоза, состоящий из пористой магнетитовой основы и заключённого в неё тромболитического фермента. По данным ИТМО, согласно результатам экспериментов, раствор из наночастиц нового препарата, сосредоточенный на тромбе с помощью магнита, в перспективе сможет расщеплять сгустки крови в организме до 4000 раз эффективнее, чем существующие тромболитики. Предполагалось также, что разработка позволит снизить дозу лекарства в десятки раз и избежать множества побочных эффектов.
В минувшем сентябре стало известно, что в ИТМО аналогичные исследования проводятся еще одной лабораторией - SCAMT. Учёные SCAMT представили и последние результаты работы: медикамент направили в искусственно созданный тромб, и лекарство растворило его за 620 минут. Как рассказала Городу+ аспирант лаборатории SCAMT Елизавета Анастасова, наноконтейнер состоит из множества пор, в которые загружаются лекарства. Особенность такой капсулы в том, что она создана без использования металла и, в отличие от уже применяемых в медицине аналогов, не вызывает окислительных процессов в клетках - а значит, не вызывает их гибели. Контейнер также способен транспортировать лекарство к конкретному месту его применения, не поражая остальной организм.
На данный момент разработка пока не применяется на практике. «Конечно, у нас в планах провести в первую очередь доклинические исследования, оценить безопасность использования нашей системы в полном объёме. Но надо понимать, что от разработки до стадии доклинических и клинических испытаний проходит достаточно большое количество времени», - отметила Елизавета Анастасова.
Челюсть из принтера
Ещё один участник конкурса «Start-up СПбГУ — 2018», команда CeramicPrints, работает над созданием нового материала, который позволит значительно удешевить производство зубных коронок и начать печатать их на 3D-принтере. Речь идёт о фотополимерной смоле, или «жидкой» керамике. CeramicPrints заняли второе место на конкурсе «Start-up СПбГУ — 2018» и получили приз в размере 200 тысяч рублей, а также 700 тысяч гранта на продолжение исследований.
По замыслу команды, во время приёма врач будет сканировать ротовую полость пациента с помощью специального прибора, после чего отправит данные на обработку в программу, которая сформирует модель. Следующий шаг - печать на стереолитографическом (SLA) 3D-принтере, его команда уже собрала.
Во время печати фотополимерную смолу облучает лазер, благодаря чему сырьё для будущего протеза застывает. После этого заготовку помещают в высокотемпературную печь, где полимер превращается в сверхпрочный керамический материал. Зуб формируется послойно, на основании физических параметров изделия, заложенных в трёхмерную цифровую модель - что, среди прочего, позволяет избежать большого количества отходов, образующихся при обычном изготовлении коронок.
«Выглядит он [состав] как обычная прозрачная жидкость чуть гуще воды. В будущем придать зубу необходимый цвет мы сможем с помощью красителей или специальных покрытий для протезов. К тому же керамические материалы почти в 100% случаев являются гипоаллергенными», - пояснил капитан команды CeramicPrints, магистрант направления «Химия, физика и механика материалов» Павел Тальянов.
Изобретение, уверены его создатели, будет стоить конечному потребителю не более 2000 рублей, тогда как обычная керамическая коронка стоит как минимум в два раза дороже. «В стоматологической клинике красивая улыбка из виниров обходится в среднем в 300 тысяч рублей. Даже установка одной керамической коронки стоит около 20 тысяч рублей - это две третьих среднемесячной зарплаты россиянина. Мы придумали, как снизить цену в три раза, сохранив при этом качество: мы готовим фотоотвердеваемую смесь, и с помощью специальных лазерных установок превращаем её в готовый стоматологический продукт», - рассказывает участница команды, студентка направления «Менеджмент» Екатерина Баранова.
Ещё одно преимущество таких коронок - скорость производства. Один зуб на SLA-принтере, по предварительным расчётам, будет печататься около 40 минут, тогда как обычно протезы изготавливают от нескольких часов до нескольких недель. Сейчас состав проходит механические тесты и тесты на биосовместимость.
Летать «на солнце»
Петербургские учёные уделяют внимание не только проектам в области медицины, биологии и химии, но также строят машины будущего - роботов, беспилотники и транспортные средства, приводимые в движение с помощью солнечной энергии. Так, в прошлом августе группа аспирантов Санкт-Петербургского Политехнического университета имени Петра Великого презентовала на Международном военно-техническом форуме «Армия-2018» в подмосковной Кубинке действующий макет мобильной многоцелевой платформы «Беспилотный универсальный катер БУК-600». Фактически это - беспилотная лодка, работающая на солнечных батареях.
Как сообщается на сайте Политеха, при разработке лодки инженеры и учёные объединили знания в области судостроения, информационных технологий, оптики, акустики и металлургии. Инновационное плавсредство обладает большим запасом хода, автономной системой управления и широкой областью применения. Она может служить как армейским задачам - например, патрулировать надводные и подводные морские границы, доставлять грузы специального назначения и транспортировать раненых - так и для гражданских нужд. В том числе, с помощью катера можно проводить поисково-спасательные операции, исследовать Мировой океан, мониторить запасы промысловой рыбы и строить карты морского дна.
«На выставке мы презентовали рабочий макет беспилотного катера, однако наша работа на этом не заканчивается. Мы полностью проработали концепцию его применения, закончили разрабатывать энергоэффективный корпус, систему планирования энергии и принятия решений, также мы изготовили адаптивную систему управления в сложных погодных условиях», – отметил руководитель проекта Алексей Майстро.
Подробнее о том, как работает лодка будущего - в сюжете Города+.
Другая передовая техническая разработка - первый российский солнцемобиль SOL - также создана учёными петербургского Политеха. Работа над проектом велась с мая 2016 года на базе Молодёжного конструкторско-технологического бюро СПбПУ. В июне 2018-го машину нового поколения представили широкой публике - она выехала на гоночную трассу Формулы 1 в Сочи.
Команда Политеха выступила на сочинском треке с тестовыми и демонстрационными заездами, которые стали первым шагом на пути к соревнованиям солнцемобилей в США - American Solar Challenge. SOL отправился в Америку сразу после сочинских заездов и стал призёром соревнований в категории Best First Time Car Award - среди автомобилей, которые участвуют в гонке впервые.
Практически все компоненты солнцемобиля студенты спроектировали и сконструировали сами. Каждый этап работы проводился с привлечением профильных специалистов - например, над формой и обликом машины трудились дизайнер и команда аэродинамиков. «Было необходимо добиться меньшего сопротивления воздуха, придать машине обтекаемость. Форма переделывалась несколько раз, прежде чем был создан оптимальный вариант, не только отвечающий всем техническим требованиям, но и позволяющий сделать машину стильной и красивой. Кузов автомобиля будет выкрашен в белый цвет, чтобы смягчить условия для пилота, которому предстоит долгое время ехать под палящим солнцем», - сообщается на сайте Политеха.
Корпус солнцемобиля выполнен из углепластика - композитного материала, который применяется в авиационной и военной промышленности. Он прочный и лёгкий: за счёт него общий вес солнцемобиля не превышает 200 кг, и машина буквально «летит» по трассе, развивая скорость до 150 км/ч. В движение его приводит солнечная энергия, которую машина генерирует с помощью панелей, покрывающих около 4 квадратных метров корпуса. КПД солнечных ячеек машины - 24%. Отметим, название «SOL», помимо того, что созвучно со словом «Солнце», имеет и другое значение - этим термином обозначают одни солнечные сутки на Марсе, равные 24 часам 39 минутам и 35,244 секундам.
Фото: news.ifmo.ru, spbu.ru, spbstu.ru
Текст: Город+