«Большие вызовы-2018»: итоги седьмого дня
11 июля школьники обжигали в печи материалы для фильтров, выращивали бактерии, обрабатывали рентгеновские снимки легких, ездили на чайную плантацию, отправлялись в виртуальные путешествия и придумывали, как изобразить жестами трансформатор. Подробнее про каждое направление читайте в этом материале.
Большие данные: теперь кредиты будет выдавать техника?
Пока некоторые ученики все еще постигают сложные алгоритмы и языки программирования, другие уже вовсю перешли к самому программированию. Участники проекта «Анализ данных в розничном кредитовании» обработали данные и уже написали часть программы.
Задача ребят – создать модель, которая будет предсказывать, можно ли дать человеку кредит (в зависимости от вероятности, что кредит будет выплачен). Такая программа нужна потому, что операционист, который вбивает данные, иногда допускает ошибки. Например, указывает возраст со знаком «минус»: –30 или –70 лет – хотя понятно, что отрицательным возраст быть не может. В других случаях решения человека о выдаче кредита могут быть субъективными. Ребята исправили такие ошибочные данные и начали строить модель. Также они разобрали бизнес-логику и определи важность разных факторов. Так, возраст и образование являются более значимыми для решения, чем количество членов семьи.
.jpg)
Новые материалы: гидрофобные фильтры и автономная очистка воды от нефти
Участники проекта «Гидрофобные фильтры для сбора нефтепродуктов с поверхности воды» каждый день проводят эксперименты и уже получили ряд образцов материалов, которые помогут им очищать воду. Группа ребят разделилась на четыре команды внутри проекта, и каждая команда ответственна за свой вид материала. Так они в четыре раза увеличивают шансы на успех. Школьники исследуют каждый из этих материалов, изучают их свойства и параметры. На основе полученных результатов они сделают вывод, какой из этих материалов является наиболее оптимальным.
Эксперименты ребята провели на легковесном шамотном кирпиче. Такой кирпич используют для кладки печей, так как он является огнеупорным и гидрофильным. Школьники обрабатывают его маслом и карбонизируют (насыщают углеродом) в инертной среде. И за счет процесса пиролиза (обработки в реакторе при высокой температуре) его поверхность становится гидрофобной, то есть больше не впитывает воду. Во время первого экспериментального обжига при 550 градусах Цельсия участники проекта пропитывали образцы минеральным маслом и обжигали в атмосфере аргона.
Школьники выбрали отметку в 550 градусов по нескольким причинам. Во-первых, они были ограничены во время профильной программы. Во-вторых, это было первое занятие с печью, и ребята только отрабатывали режимы печи. Смотрели скорость нагрева, для того чтобы планировать следующие эксперименты. В принципе образцы получились гидрофобные и олеофильные, но на срезе они были неравномерные: где-то прошел пиролиз, но карбонизация до конца не прошла. Ребята при помощи рамановской спектроскопии изучили по 2 образца. Образец с наибольшей пористостью понравился ребятам. Также они увидели, что там есть углерод, но на поверхности его очень мало, поэтому следующая температура для эксперимента была 700 градусов при времени выдержки 30 минут. К сожалению, из-за нарушения технологии получения (в печь попал CO2) углерод в этом образце сгорел. Затем школьники рассчитали, какого размера должен быть фильтр для стационарной установки, подготовили этот фильтр и поставили на 900 градусов при 30-минутной выдержке. Уже сегодня ребята будут аттестовывать эти образцы.
Также команда занимается разработкой необходимых элементов для стационарной установки, которая понадобится в лаборатории. Лазером уже вырезаны детали фильтров, смоделированы и распечатаны на 3D-принтере элементы корпуса.
Параллельно ведется активная разработка полностью автоматической установки, которая без помощи человека будет ликвидировать нефть с поверхности воды. Участники проекта провели мозговой штурм, после чего сделали набросок для автоматической установки, и сейчас занимаются ее моделированием на 3D-принтере. Когда установка будет готова, она сможет сама перемещаться и очищать нефтепродукты с поверхности воды. В качестве нефтепродукта будет выступать красное трансмиссионное масло.
Медицина: когда CRISPR-Cas система работает не всегда эффективно
Продолжается работа над проектом «Поиск механизмов защиты от CRISPR-Cas иммунитета бактерий». Сегодня ребята рассматривали результаты ПЦР-анализа на CRISPR-кассету и изучили, как адаптируются трансформированные колонии бактерий.
CRISPR-Cas система в бактериях должна противостоять вирусам и различным чужеродным генетическим элементам, узнавая их с помощью специальных вставок – фрагментам ДНК в своей «картотеке». Но иногда чужеродным генетическим элементам удается избегать действия CRISPR-Cas системы тем или иным способом. Понимание таких механизмов избегания важно для оценки эффективности CRISPR-Cas системы и использования ее в различных целях, будь то редактирование геномов или защита штаммов-продуцентов от бактериофагов в промышленной биотехнологии. В данном проекте исследуют такие механизмы избегания CRISPR-Cas системы на плазмидах. Было замечено, что при трансформации клеток такими плазмидами не во всех клетках происходит полное разрезание плазмидной ДНК CRISPR-Cas системой. На основе данного феномена выдвинули гипотезу о существовании устойчивого "окна стабильности" для плазмид, которая основывается на их копийности в клетке (т.е. числе копий плазмид на клетку). Другими словами, CRISPR-Cas система не успевает разрезать все плазмиды, так как они в свою очередь успевают делиться. Школьникам осталось сделать один из последних экспериментов, где они увидят, будут ли экспериментальные данные совпадать с заранее запланированной теоретической моделью.
Сейчас у ребят есть два источника получения информации. Первый – это пересевы колоний на разные селективные среды. В такие среды добавлен антибиотик, поэтому на них выживают только бактерии с плазмидной ДНК с геном устойчивости, что позволяет выявить долю клеток, несущих плазмиду. Второй – это количественный ПЦР с колоний, чтобы оценить количество плазмид на клетку. Из результатов количественного ПЦР школьники могут видеть, что обычные клетки несут нормальный уровень плазмидной ДНК, а в то время, как в клетках с включенной CRISPR-Cas плазмид гораздо меньше, но по каким-то причинам этот уровень не уходит в нулевой.
На основе этих данных можно будет вычислить среднее число плазмид в клетках с включенной CRISPR-Cas системой, что позволит ребятам определить в каком диапазоне находится окно стабильности. Если участникам проекта удастся это оценить, то они будут знать кинетические ограничения CRISPR-Cas системы.
.jpg)
Космические технологии: «хардовая» и «софтовая» части проекта
Проект «Космический мониторинг изменений социальной инфраструктуры на примере города Сочи» разделен на две части: «хардовую» и «софтовую». В «софтовой» части учащиеся заканчивают моделировать и переходят к проверке реальных экспериментов: они будут собирать уже полноценную электросхему. В «хардовой» части школьники с сегодняшнего дня переходят уже к производственной части. Когда заканчиваются расчеты, остается немного до завершения работы.
Агропромышленные и биотехнологии: экскурсия на чайную плантацию
11 июля ребята направления «Агропромышленные и биотехнологии» посетили чайную плантацию. Они узнали, что в зеленом чае кофеина больше, чем в кофе, но действует он намного «мягче», и у него более продолжительный эффект. После того, как вы попили кофе, бодрое состояние длится примерно около часа. А если хотите поработать с документами или поучить билеты, то лучше выпить крепкий чай, и мозги будут лучше работать.
До середины октября рабочие на плантациях собирают чайные листы. После ручного сбора чайный куст дает побеги через семь дней. Но чтобы чайный куст вырос и с него можно было начать получать урожай, ему необходимо дожить до 70 лет. В конце ребятам разрешили сорвать по несколько листочков чая с куста для исследований, и они смогли сделать свой собственный чай.
Когнитивные исследования: прогулки с Рембрандтом и эффект погружения
Прокатиться в вагонетке внутри волшебного ущелья, остаться на ночь в заброшенном поместье наедине с призраками, прогуляться по Амстердаму семнадцатого века с великим Рембрандтом – участники проекта по исследованию виртуальной реальности, не выходя из учебной аудитории, погружаются в новые среды с помощью VR-очков. Сами ребята называют свое исследование проектом мечты: через захватывающие и яркие игры каждый может на себе ощутить изучаемый в теории эффект присутствия. Это погружение в искусственную реальность, когда полностью или частично утрачивается ощущение того, что окружает тебя в жизни. После прохождения игры каждый из участников заполнял специальный опросник для того, чтобы оценить глубину погружения по четырем шкалам: пространственное присутствие, эмоциональное вовлечение, естественность среды и уровень физического дискомфорта. Сравнивая результаты тестов после нахождения в разных искусственных средах, ребята делали свои предположения о том, как достичь максимального погружения и какие факторы на это влияют.
Глубина погружения, или иммерсивность, – характеристика многих культурных явлений современности: от компьютерных игр, кино и театра до образовательных программ и музейных инсталляций, использующих VR-технологии. В будущем проникновение виртуальной реальности в нашу привычную среду будет только увеличиваться, поэтому важно изучать ее воздействие на человека уже сегодня.
Арктика и исследование мирового океана: помощь ученым и дельфинам
Citizen Science («гражданская наука») – концепция, которая предполагает привлечение к научным исследованиям широкого круга добровольцев-любителей и популяризацию науки в целом. Сейчас в России эта концепции, но ребята проекта по мониторингу китообразных собираются это исправить. Сейчас они разрабатывают сайт и приложение для Android, через которые местные жители смогут формировать первичные научные данные о численности популяций, местах концентрации и маршрутах миграций китообразных Черного моря. На сайте, который готовят ребята, будет информационная справка по трем видам черноморских дельфинов (азовке, афалине и белобочке) и подробная инструкция о том, как помочь животным, если их выбросило на берег. Также каждый сможет поделиться новостью про то, когда, где и какого дельфина он встретил, что будет помогать ученым в их исследованиях.
Умный город и безопасность: «умная» диагностика
Еще один кейс от Правительства Москвы – алгоритмы для более удобного и точного прогнозирования заболеваний и предотвращения их развития. Ребята поставили перед собой глобальную цель: создать программу, которая облегчит специалистам диагностику ранних стадий онкологических заболеваний. По задумке, врач будет загружать в систему компьютерную томографию, после чего специально обученная нейросеть будет выделять области, на которых она распознает патологии. Это в разы ускорит процесс диагностики, в несколько раз уменьшит влияние человеческого фактора. Однако важно понимать, что такой метод ни в коем случае не исключает участие специалиста в процессе, а только является дополнением к его работе. Подобные разработки уже существуют за рубежом и в России, но они дорого стоят и мало доступны для широкого применения. То, чем занимаются ребята, – первый подобный проект, идущий напрямую от государства.
Сейчас ребята заняты обработкой снимков легких, которые им предоставили рентгенологи, для загрузки в программу. Каждый снимок, являющийся объемным изображением, нужно привести к общему виду: рассчитать оптимальный спейсинг (расстояние между пикселями) и сделать так, чтобы легкие на снимке были одинаковой длины. После этого им предстоит на каждом обозначить аномалии и начать обучать нейросеть их распознавать.
Современная энергетика: энергетический «Крокодил»
Учащиеся направления «Современная энергетика» продолжают работу над проектами. И, хотя не все, что задумано по проекту получается легко, ребята идут к своей цели. В среду у них было необычное мероприятие – школьники играли в игру «Крокодил» по своей тематике. Некоторые даже не догадывались, что трансформатор можно показать жестами.
Нанотехнологии: подсчет выпуклостей и углублений на подложке
Ребята из проекта «Создание подложки для селективной эпитаксии нитевидных нанокристаллов для светоизлучающих диодов» с помощью зондового и оптических микроскопов проверяют качество полученных образцов: размер и количество выпуклостей и углублений в двух видах подложки. Практическое значение данного проекта крайне велико: подложка может быть использована при создании сверхъярких экранов, солнечных панелей, нанофильтров для воды.
.jpg)
Беспилотный транспорт и логистические системы: от моделированию к готовой конструкции
Проекты данного направления заканчивают моделировать свои аппараты и устройства и постепенно приступают к их сборке. Команда по усовершенствованию беспилотного робота «MatrЁshka» уже сконструировала несколько образцов, а теперь работает над компьютерным зрением, чтобы робот умел ориентироваться по цветной разметке. Такой способ будет легко применим на предприятиях, где планируется использование конечного продукта. Робот сможет доставлять грузы по территории завода, освобождая рабочих от монотонных рутинных операций для более сложных задач. Одним из основных преимуществ робота станет то, что он сможет легко встраиваться в существующую инфраструктуру предприятия, не требуя особенных условий эксплуатации.
К первым этапам сборки приступили и участники проекта по усовершенствованию сельхоздрона «Агроботикс». Часть деталей изготавливается на лазерном станке, часть – с помощью 3D-принтера. Модель рабочего места готова практически полностью. Сейчас ребята трудятся над программным обеспечением будущего симулятора.
Нейротехнологии и природободобные технологии: рисунки эмоций и путь от белка до ДНК
К стадии тесного сотрудничества перешли команды по разработке искусственного агента с эмоциональной речью и жестами. Некоторые эмоции будущего робота уже получили воплощение в рисунках, и теперь ребята учатся выводить их на экран. Спектр эмоциональности робота будет очень широк, причем положительные будут преобладать, ведь одна из основных задач проекта – сделать робота дружелюбным и симпатичным. Также идет работа над моторами искусственного агента и его умением распознавать речь.
Ребятам из проекта «Изучение флуоресцентных белков» удалось выделить ДНК, трансформировать ее в клетки и приступить к наращиванию белка. В последующем полученный белок будет проверяться с помощью электрофореза, а затем очищаться.
