Участники профильных классов – инженерно-математических и химико-биологических – представили экспертам «Сириуса» свои исследования. 85 школьников 10 и 11 классов рассказали о том, что уже сделано в научных группах, и представили дорожные карты по дальнейшему развитию проектов.
Старшеклассниками требовалось на практике доказать «полезность» своих устройств и исследований. Молодые ученые представили авторитетному жюри из числа руководителей научных центров и лабораторий «Сириуса» самые неожиданные идеи и новаторские изобретения.
Проект 1. Наноспутник «Сubec»
ВЫЗОВ: Наша планета окружена магнитосферой, защищающей всех обитателей от космической радиации. Недавние исследования ученых показывали ее стремительное смещение, а по некоторым исследовательским данным и вовсе – намагниченность планеты за последние 200 лет ослабла на 15%. В теории, если магнитное поле Земли достигнет нуля, то планета не только пострадает от воздействия жесткого космического излучения, серьезной мутации подвергнутся представители живого мира. Не исключено даже вымирание одних биологических видов и появление новых, адаптированных к неблагоприятной среде.
РЕШЕНИЕ: Предотвратить катастрофу можно, тщательно изучив процессы, происходящие внутри магнитосферы и влияющие на нее извне. Например, исследовать магнитные аномалии и наладить регулярные замеры радиационного фона поможет наноспутник. Школьники спроектировали его прототип, определили прочность и надежность основных элементов (защитного покрытия, электроники, датчиков). Следующий этап: сборка космического аппарата и проектирование его систем управления.
Проект 2. Наночастицы
ВЫЗОВ: Исследовать, как размеры наночастиц железа и хрома влияют на скорость их реакции с разными веществами. Работа фундаментальная, но имеет четкие области применения. С помощью наночастиц особой формы и размера можно более эффективно окислять выхлопные газы (например, диоксид углерода), борясь с их воздействием на экологию, и создавать более совершенные катализаторы для промышленности.
РЕШЕНИЕ: Школьники изучили методы получения наночастиц и их характеристики, а теперь приступили к экспериментальной работе.
Проект 3. Плоскопараллельный манипулятор
ВЫЗОВ: Это не ругательство и не тип личности, а устройство, способное свободно перемещаться сразу по двум осям. Оно пригодится для сбора урожая в теплице, сортировки или отбраковки деталей на конвейере, сборки машин и механизмов.
РЕШЕНИЕ: Для работы системы необходимо создать облачный сервер и организовать связь между этим сервером и манипулятором через веб-приложение. Сейчас ребята продолжают работу над программным обеспечением и проектируют устройство. Группе пришлось оперативно освоить навыки 3D-моделирования, системного администрирования и робототехники.
Проект 4. Вирусный канцерогенез
ВЫЗОВ: Согласно теории вирусного канцерогенеза, ряд онкологических заболеваний возникает именно из-за действия в организме человека определенных вирусов. Например, в 70% случаев причиной рака шейки матки оказывается вирус папилломы человека двух типов: 16 и 18.
РЕШЕНИЕ: В «Сириусе» ребята задались целью изучить роль ВПЧ в происхождении злокачественных опухолей и найти способ его выявления из клеток букального эпителия. Молодые исследователи овладели методами микроскопирования, постановки гистологического диагноза, выделения ДНК и проведения ПЦР-реакций. Теперь вместе с научным руководителем школьники займутся иммуногистохимией – выявлением белков в тканях по специфическим реакциям антиген-антитело.
Проект 5. Регуляция эмоций при решении математических задач
ВЫЗОВ: Насколько сильно вы волнуетесь, просто решая задачи по математике? А на экзамене по математике? Проблема математической тревожности очень важна для школьников: даже успевающий ученик из-за волнения может показывать плохие результаты на контрольных. Что может повысить результаты при решении задач?
РЕШЕНИЕ: Ребята профильных классов исследуют эту проблему с точки зрения когнитивистики и анализа данных. Школьники будут использовать в исследовании три способа снизить тревожность: экспрессивное письмо (открыто описать свои мысли и эмоции относительно математических задач, которые предстоит решить); изменение отношения к тревожности (прочитать текст о том, что тревожность-это естественная реакция человека и не должна мешать работе) и физические упражнения (сделать несколько упражнений на мелкую моторику).
Проект 6. Тревожность учащихся с высокими достижениями в науке
ВЫЗОВ: Нейрокорреляты (совокупность нейронных процессов и состояний) тревожности у школьников с высокими достижениями в науке изучала другая команда. Ребята пригласили 34 участника образовательных программ «Сириуса» от 14 до 17 лет, предложив заполнить опросники личностной тревожности Спилбергера и генерализованного тревожного расстройства и пройти ЭЭГ исследование.
РЕШЕНИЕ: Сейчас школьники обрабатывают эти данные и ищут связи между работой мозга и уровнем тревожности.
Проект 7. Новое слово в трехмерной печати
ВЫЗОВ: 3D-принтеры активно используются в различных областях промышленности и производства. С их помощью изготавливают образцы новой продукции, прототипы для тестирования отдельные детали, мастер-модели для литья. Часто для печати используют FDM-принтеры – устройства, которые послойно наносят расплавленную массу материала. Но создание крупных деталей на таких принтерах сталкивается с серьезными сложностями. Например, на изделии могут оставаться «наплывы» застывшего материала, который успевает стечь перед отверждением из-за недостаточно точной дозировки. Среди дефектов также – неравномерное распределение материала, что сказывается на прочности детали.
РЕШЕНИЕ: Команда школьников решила разработать высокоточную модель 3D-принтера. Главная его часть – экструдер. Устройство по типу горячей «мясорубки», которое смешивает и расплавляет кусочки пластика, выдавливая его в рабочую область. Раньше в производстве габаритных деталей ее собирали по составным элементам, которые затем склеивались вместе. Школьники предложили технологию, благодаря которой можно распечатать все сразу. Используя эту технологию, можно напечатать, например, корпус автомобиля. Сейчас команда занята разработкой прототипа. Впереди – его производство и тестирование.
Проект 9. Методы экстракции нуклеиновых кислот: изучение и сравнение
ВЫЗОВ: Точность, надежность и достоверность результатов в молекулярной биологии зависят от методов исследования. Например, ни один ПЦР-анализ не обходится без обнаружения ДНК, а значит – нуклеиновых кислот. Чаще всего ученые используют сорбентный, безсорбентный и фенол-хлороформный методы, а также метод магнитной сепарации нуклеиновых кислот.
РЕШЕНИЕ: Цель школьников-авторов этого проекта – изучить и сравнить преимущества и недостатки всех этих методов. Уже сейчас ребята готовы представить первые результаты исследований:
.jpg)
Проект 10. Помощник кондитера
ВЫЗОВ: Нарисовать на кондитерском изделии сложные и оригинальные картинки с множеством мелких деталей – задача не из легких. Поэтому школьники решили создать робота, который за короткое время сумеет посыпкой нанести на торт рисунок любой сложности.
РЕШЕНИЕ: Команды этому манипулятору можно будет задать в системе заранее. Туда же нужно загрузить одноцветный векторный рисунок. Сейчас спроектированы детали и частичная схема устройства. Впереди – создание общей схемы электроники, организация работы сервера и его связи с манипулятором, а также испытания устройства.
Проект 11. Пробоотборник
ВЫЗОВ: Отбор проб нужен в мониторинге окружающей среды, геотехнических испытаниях, сельскохозяйственных и строительных работах.
РЕШЕНИЕ: Создание прототипа удобного пробоотборника, его монтаж и автоматизация – задача, которую ребята решают в рамках проектной деятельности. Школьники уже смоделировали основной механизм в программе SolidWorks и сейчас занимаются доработкой недостающих деталей и их печатью на 3D-принтере.
Проект 12. Прототип сверхмалого ракета-носителя
ВЫЗОВ: Изучение ракет и ракет-носителей, знакомство с инженерными вычислениями – все область интересов другой, «космической», команды. Ее участники решили разработать и создать прототип малого космического аппарата.
РЕШЕНИЕ: Уже сейчас школьники могут рассказать о перспективных разработках и технологиях будущего, которые создаются при ракетостроении. Ребята не только освоили теоретические знания, но и обрели опыт в системе автоматизированного проектирования. Также с свой доклад они включили сравнительный анализ ракет-носителей на мировом рынке (современные конкурентные тенденции и среднесрочные перспективы развития области). Сейчас команда на финише проекта: дорабатывается сопло, намоточный станок (для снижения массы конструкции топливного бака), воспламенитель.
Проект 13. Робот-помощник для умной лаборатории
ВЫЗОВ: В современной лаборатории не обойтись без интеллектуальных технологий. Поэтому ребята решили создать робота, который будет систематически и точно исполнять задачи по заранее заданным рабочим процедурам. Причем, с минимальным отклонением, создавая оптимальные условия для исследований или анализа.
РЕШЕНИЕ: Устройство, которые предложили школьники, должно помогать в работе с оборудованием. Робота будут устанавливать в небезопасных для работы местах (радиоактивные зоны, склады с химикатами). Ребята еще не закончили устройство, но уверены, что успеют все сделать к итоговой защите. На сегодняшний день они сконструировали составные части, выбрали материалы для дальнейшей сборки робота и разработали макет строения самого манипулятора.
