Где тонкие грани между идеей, опытной разработкой и изобретением? Предвидение гения или само развитие науки и ход истории подталкивают к новым открытиям? В какой момент чья-то смелая мысль превращается из пилотного образца в технологию, без которой современная жизнь становится невозможной?
Медицина и инженерные науки, физика и биология — именно в такой тесной связке сегодня функционирует наука. Мы предлагаем вашему вниманию разработки молодых ученых, вчерашних выпускников МГТУ имени Н. Э. Баумана. Эти ребята не просто работают на будущее — фактически они его создают.
Сегодня говорим о новейших двигателях из полимерных композиционных материалов и о диагностике самого первого «движка» — человеческого сердца.
Проект «Разработка технологии изготовления преформ элементов газотурбинного двигателя из полимерных композиционных материалов с применением автоматизированной нашивки углеродного волокна»
Ирина Поликарпова
Инженер первой категории МИЦ «Композиты России» МГТУ им. Н. Э. Баумана
«Сейчас многое зависит именно от вас самих — от вашей самодисциплины, самоорганизованности и ответственности!»
Пожалуйста, расскажитевашем проекте! В чем новизна, уникальность и преимущества вашего изобретения?
Мой проект — это разработка технологии изготовления объемно-армированных преформ элементов газотурбинных двигателей из полимерных композиционных материалов (преформа — заготовка из сухого армирующего материала: угле-, стекло-, органоволокна или ткани — прим. ред.). В сущности, это автоматизированная направленная нашивка углеродного ровинга на водорастворимую подложку на основе поливинилацетата. Пусть вас не смущает слово «ровинг» (смеется) — это всего-навсего жгут из стекловолокна, который был получен сращиванием нескольких стеклонитей!
У такой технологии масса преимуществ: возможность изготовления серий изделий с идентичными геометрическими, весовыми и прочностными характеристиками, отсутствие человеческого фактора, экономичность и безотходность производства. Не говоря уже об оптимальных для эксплуатации физико-математических показателях! Новая технология касается любых конструкционных изделий, которые работают при повышенных нагрузках, — это, например, ракетно-космическая, авиационная, морская и транспортная техника.
Кроме того, реализация моей разработки в производственных условиях — это развитие внутреннего рынка отечественных деталей, в том числе в рамках реализации программы импортозамещения.
Автоматизированная нашивка углеродного волокна — постарайтесь, пожалуйста, максимально доступно для школьников рассказать, что это такое!
Легко! (смеется) Достаточно представить себе машинную вышивку лентами для создания эффектных объемных узоров на одежде или на других предметах, которая выполняется на вышивальных машинах с ЧПУ. Только в нашем случае вместо лент используется углеродный ровинг, или жгут из нескольких волокон, который пришивается к специальной водорастворимой подложке арамидными нитями в форме зигзагообразной строчки. Так, слой за слоем, углеродное волокно нашивается на подложку по заранее разработанной управляющей программе для вышивальной машины, и в итоге получается преформа заданной конфигурации — порой достаточно сложной.
Пожалуйста, поделитесь с нами планами! Как вы связываете свой проект и будущую профессиональную деятельность?
Мой проект и моя профессиональная деятельность уже неразрывно связаны. На протяжении трех лет я работаю в МИЦ «Композиты России» МГТУ им. Н. Э. Баумана, на базе которого реализовывался проект. Совместно с коллегами мы проводим исследования, в том числе и по применению технологии автоматизированной нашивки для изготовления не только элементов газотурбинных двигателей, но и других изделий и конструкций, а также ведем разработку уникального специализированного оборудования для создания нашивных преформ.
Если говорить о планах, то, безусловно, я буду продолжать работу в данной области, ведь изучение композитов с трехмерной структурой и технологий их получения в нашей стране находится еще в самом начале пути. А от работ по этой тематике в ближайшей перспективе ждут прорывных результатов, которые будут способствовать развитию науки и техники в композитной отрасли. В настоящее время я учусь в аспирантуре и через три года планирую защитить кандидатскую диссертацию. В обозримом будущем я нацелена на подачу заявки в программу «Старт» для создания и развития стартапа (программа «Старт» Фонда содействия инновациям направлена на создание новых и поддержку существующих малых инновационных предприятий, которые разрабатывают производство нового товара, технологии или услуги с использованием результатов собственных научно-технических и технологических исследований, находящихся на начальной стадии развития — прим. ред.).
Что посоветуете старшеклассникам, тем ребятам, которым буквально через несколько месяцев предстоит сдавать ЕГЭ и поступать в «вуз мечты», возможно — в МГТУ имени Баумана?
Постарайтесь понять, что сейчас многое зависит именно от вас самих — от вашей самодисциплины, самоорганизованности и от того, насколько ответственно вы подойдете к подготовке. Конечно, поступление в вуз — значимый момент, который всегда так или иначе связан с волнениями и стрессами. Но нужно четко уяснить для себя, что та тревога, которая присутствует, — вполне нормальное состояние, ее нужно принимать как должное. Не стоит паниковать! Желаю удачи будущим выпускникам и ни пуха ни пера на экзаменах!
Проект «Разработка системы диагностики сердца с возможностью анализа биомеханики сокращения предсердий
Артем Малахов
Доцент кафедры «Медико-технические информационные технологии» факультета «Биомедицинская техника» МГТУ им. Н. Э. Баумана
«Самое важное для любого ученого — постараться собрать коллектив единомышленников. Именно с такими людьми вам будет легко и интересно работать!»
Расскажите, пожалуйста, о вашем исследовании!
Мой проект посвящен разработке системы неинвазивной (то есть не связанной с проникновением через естественные внешние барьеры организма — прим. ред.) диагностики сердца, которая сможет сочетать в себе возможности ЭКГ и УЗИ. Разрабатываемая система позволяет оценивать показатели электрической и механической активности отделов сердца. Методика сочетает в себе синхронизированную запись одного канала ЭКГ и четырех электроимпедансных каналов измерения (импеданс — полное электрическое сопротивление по переменному току — прим. ред.).
В результате обработки биосигналов можно получить фазовую структуру электромеханической деятельности отделов сердца, проанализировать средние значения и стабильность показателей, оценить объемные показатели работы сердца и расшифровать электрокардиограмму, в том числе проверить на наличие аритмий. Основная область применения — контроль эффективности медикаментозного лечения. Система также может применяться как для диспансерных исследований, так в перспективе и в отделениях интенсивной терапии.
Почему вас так заинтересовала тема диагностики сердца? Вы никогда не хотели стать врачом? Ведь это скорее разговор о медицине, чем об инженерных науках…
Еще класса с пятого я хотел пойти в Бауманку! Наверное, это наследственное (смеется): папа и брат окончили этот университет. Кроме того, правда, я всегда серьезно интересовался робототехникой. Конечно, советовался с родными и знакомыми — выбор пал на МГТУ имени Баумана, факультет «Биомедицинская техника». И вот когда начались специальные предметы, я понял, что попал именно туда, куда надо, что мое место здесь! И знаете, чем старше становился, тем больше проникался этим направлением.
Здесь очень тесно сплетены техника и медицина, причем техника у нас стоит на первом месте. Мы не становимся врачами. Да, в ходе обучения и особенно за время аспирантуры и подготовки к защите кандидатской диссертации ты в значительной мере погружаешься в медицину, а точнее — в процессы, которые протекают в биообъекте. И чем лучше ты понимаешь природу процессов, факторы, влияющие на них, тем лучше осознаешь, что делать с поступающими сигналами и вообще какие исследования нужны.
Возвращаясь к первой части вопроса: меня всегда в большей степени интересовала медицинская техника для исследований легких и сердца. Так сложилось, что в какой-то момент я не нашел для себя развития в биотехнических системах для легких, поэтому пошел по второму пути, о чем сейчас ни капли не жалею. Сегодня моя методика интересует не только кардиологов, но и гематологов и пульмонологов. Я надеюсь, что смогу рано или поздно довести проект до серийно выпускаемого изделия.
Расскажите, пожалуйста, об основных преимуществах вашего проекта!
Моя методика позволяет получать данные о фазовой структуре электромеханической работы отделов сердца, причем не в отдельно взятый кардиоцикл (кардиоцикл, или сердечный цикл, — понятие, отражающее последовательность процессов, происходящих за одно сокращение сердца и его последующее расслабление — прим. ред.), а смотреть за динамикой развития показателей.
В результате получается, что разрабатываемая методика может стать инструментом в руках врачей разного направления для оценки состояния людей.
Что самое главное можете пожелать выпускникам школ, которые очень скоро станут студентами — возможно, студентами Бауманки?
Сейчас актуально обладать разносторонними знаниями. Важно помнить, что для создания успешных изделий нужно не только разработать технически качественный прибор или систему, но также уметь оформить свой продукт, продумать, как человек будет им пользоваться.
А самое важное для любого ученого, на мой взгляд, — постараться собрать коллектив единомышленников. Именно с такими людьми вам будет легко и интересно работать. Дерзайте, и все у вас получится!
Проект «Разработка многоканального двигателя с геликонным источником плазмы и магнитным соплом»
Андрей Шумейко
Аспирант 1-го курса кафедры «Плазменные энергетические установки» факультета «Энергомашиностроение» МГТУ им. Н. Э. Баумана
«Мой совет будущим абитуриентам — выбирать не узкоспециализированные сферы деятельности, а как можно более общую! Таким образом по окончании университета у вас будет больше выбора, в какой области продолжить трудиться»
Ваша разработка удивительно называется: «Многоканальный двигатель с геликонным источником плазмы и магнитным соплом». Сможете доступно рассказать, что такое «геликонный источник плазмы»? И есть ли здесь связь с «медным духовым музыкальным инструментом басовой группы в виде кольцеобразно изогнутой трубы с большим раструбом»?
Постараюсь рассказать! Геликонный источник плазмы можно сделать в школьной лаборатории. Вам потребуется корпус обычной пластиковой ручки, медная спираль и постоянный магнит, концы которого прикреплены к корпусу ручки. Готово! Осталось подключить медную спираль к источнику тока высокой частоты, разместить устройство в вакуумной камере и подать газ внутрь полости пластикового корпуса. Далее под действием электрического поля, создаваемого проходящим по медной спирали током высокой частоты, газ, находящийся внутри пластикового корпуса, ионизируется, и образуется плазма. Ионизация — это процесс, при котором атомы или молекулы газа теряют свои электроны и превращаются в ионы. Плазма — это состояние вещества, которое подразумевает одновременное присутствие атомов, молекул, ионов и электронов.
Геликонным источник называется потому, что в генерируемой плазме при наличии внешнего магнитного поля появляется направленное движение электронов. За счет этого движения энергия, подводимая к источнику плазмы, эффективно в нее вкладывается. Траектория движения электронов представляет собой гелису (гелиса — цилиндрическая винтовая линия, спираль — прим. ред.), поэтому такие источники называются геликонными.
Безусловно, можно провести параллель между геликонным источником плазмы и указанным музыкальным инструментом. (смеется) Движения воздуха, попадающего в кольцеобразный канал геликона, приводят к возникновению звуковых волн низкой частоты, которые необходимы музыкантам. В свою очередь, электроны, движущиеся по спиральным траекториям в плазме, приводят к возникновению в ней низкочастотных волн, которые и отвечают за эффективность работы устройства!
Правильно ли я понимаю, что это новый тип двигателя? Если да, пожалуйста, несколько слов о его преимуществах! И самое главное — область применения ваших разработок.
До настоящего момента все разрабатываемые плазменные двигатели для космических аппаратов имели всего один вектор тяги. Однако для осуществления космических миссий обычно требуется несколько таких векторов, поэтому приходится устанавливать несколько традиционных плазменных двигателей.
Разрабатываемый тип двигателя, действительно, новый. Он имеет минимум два вектора тяги, что позволит значительно уменьшить стоимость космической миссии — минимум в восемь раз.
Многоканальность также позволит совершать
быстрые маневры, то есть переходы между орбитами без использования механических устройств в космосе, которые неудобны в эксплуатации.
В первую очередь новый двигатель будет интересен компаниям, эксплуатирующим группировки из малых космических аппаратов на низких околоземных орбитах, — таким, как OneWeb и SpaceX, ведь именно при данных условиях эксплуатации требуются дешевизна миссий и высокая маневренность космической техники.
Область применения — не только в космосе, но и на Земле, в плазменных технологиях. За счет получения потоков плазмы, состоящей только из тех газов и веществ, которые требуются, без каких-либо примесей, можно, например, выращивать алмазы или получать порошковые материалы.
Расскажите немного о себе, пожалуйста! Почему выбрали именно МГТУ имени Баумана и что посоветуете ребятам, которые совсем скоро будут сдавать ЕГЭ, поступать в вузы, а значит, определяться с будущей профессией?
С ранних лет хотел заниматься проектированием технических устройств — в частности, самолетов или двигателей. Узнал, что специальность 24.05.02 — «Проектирование авиационных и ракетных двигателей» — есть в МГТУ имени Баумана, а обучают по ней сразу три кафедры! Никогда не сомневался в правильности сделанного выбора! Даже когда вместо двигателей нас переориентировали на направление «Плазма и космос».
Оказалось, что эта область предоставляет гораздо больше возможностей и в плане продолжения научной карьеры, и в плане поиска работы. С дипломом инженера по плазменным установкам вы будете востребованы как в космической сфере, так и в нефтяной и даже в пищевом производстве! Советую всем будущим абитуриентам выбирать как можно более общее «поле деятельности»: по окончании университета будет больше выбора, в какой профессиональной области продолжить трудиться.
текст: Е. Рипс
фото: архив И. Поликарповой, А. Малахова, А. Шумейко
Загрузка...
