Посмотрите на эти изобретения московских школьников. Они изменят жизнь
. Ученики предпрофессиональных классов создают технологии будущегоУченики столичных инженерных и IТ-классов рассказали о своих изобретениях
Автоматическая теплица
Столичные школьники уже сейчас создают технологии будущего: департамент образования и науки Москвы предоставил РБК Life подробности о трех инженерных разработках учеников и выпускников предпрофессиональных инженерных и IТ-классов столичных школ.
Разработки позволяют решить вполне практические задачи: от автономной энергии в походе до безопасного поиска металла и умного земледелия. Подробнее об этом — в материале РБК Life.
В инженерных классах готовят будущих специалистов для высокотехнологичных отраслей производства. В московских школах существуют инженерные классы технологического, химического, авиастроительного и космического профилей. Их ученики углубленно изучают математику, физику, химию и информатику, а также проходят инженерный практикум, на котором погружаются в теоретическую механику, знакомятся с электромагнитными приборами. Кроме того, школьники изучают технологии современного производства: практикуются в робототехнике, 3D-технологиях, работе на разнообразных станках.
В IТ-классах учатся будущие специалисты цифровых индустрий. Они углубленно изучают математику, физику и информатику. На специализированных курсах школьники осваивают программирование и информационные технологии, а также знакомятся с востребованными IТ-специальностями в сферах искусственного интеллекта, кибербезопасности и других, учатся создавать 3D-модели, работать с микроконтроллерами.
Портативная гидроэлектростанция: энергия из течения реки
Авторы: Платон Антипов и София Гусева.
Школа: Пушкинская школа № 1500, инженерный класс.
Где пригодится разработка: туризм и активный отдых, а в перспективе — энергетика для удаленных населенных пунктов и фермерских хозяйств.
Московские школьники Платон Антипов и София Гусева, ученики инженерного класса Пушкинской школы № 1500, разработали прототип портативной ГЭС. Она представляет собой компактное устройство, которое позволяет вырабатывать электричество из энергии воды в походных условиях. Как отметили в департаменте образования и науки, проект выполнен на стыке инженерного моделирования, 3D-печати и возобновляемой энергетики.
Портативная гидроэлектростанция
Идея родилась из актуальной проблемы: современный туризм и активный отдых все чаще требуют наличия источников энергии для зарядки телефонов, навигаторов, фонарей и другой электроники. Солнечные панели зависят от погоды и времени суток, а запас аккумуляторов ограничен. Портативная ГЭС решает эту проблему: вода в реке течет круглосуточно и независимо от облачности, а значит, энергия доступна всегда.
Авторы проекта спроектировали портативную гидротурбину, которую можно установить прямо в реку. Поток воды вращает пропеллер, а тот — вал генератора (в роли которого выступает моторчик от радиоуправляемой машины). Полученная электроэнергия передается на внешнее зарядное устройство. Конструкция рассчитана на зарядку небольших гаджетов, при этом она легкая (около 500 г), простая в сборке и настройке.
Платон Антипов и София Гусева
Для создания прототипа школьники использовали технологию 3D-печати. На данный момент собран действующий прототип портативной ГЭС, который подтвердил саму концепцию. Однако при тестировании был выявлен недостаток: выходное напряжение оказалось ниже запланированного. Для решения этой проблемы авторы планируют заменить моторчик на более мощный генератор, который сможет выдавать достаточное для зарядки гаджетов напряжение.
О том, как пришла идея, рассказывает соавтор проекта София Гусева.
«Зачастую люди ходят в поход возле водоемов, а в частности рек, в которых течение непрерывно. Оно не зависит ни от топлива, ни от погоды, ни от времени суток. Поняв это, мы решили, что нужно разработать устройство, которое будет генерировать электроэнергию от набегающего потока воды. Так и пришла идея создания портативной ГЭС», — рассказывает школьница.
Самой трудной частью работы оказалось не программирование и не расчеты, а сам поиск формы будущего устройства.
«Самым сложным в разработке стало понимание того, как в принципе это устройство должно выглядеть. Было перепробовано множество вариантов, пока мы не пришли к конечному виду изделия. Поскольку аналогов мы не нашли, пришлось все придумывать с нуля. После того как стал понятен примерный вид изделия, дальнейшая разработка уже не была столь сложной», — делится Платон Антипов, ученик инженерного класса Пушкинской школы № 1500.
В перспективе разработка может найти применение не только у туристов, но и в сфере энергетики — для энергоснабжения удаленных поселков и фермерских хозяйств. Важно, что такая станция не загрязняет воду и не нарушает природный ландшафт.
Колесный робот-металлоискатель «Буратино»
Автор: Иван Жильцов.
Школа: школа № 1532, IТ-класс.
Где пригодится разработка: поиск металла на больших площадях, использование в опасных зонах, где нужно исключить риск для человека.
Если Платон Антипов и София Гусева решали энергетическую проблему, то выпускник IТ-класса школы № 1532 Иван Жильцов взялся за задачу безопасности и эффективности поиска. Он создал автономного самоходного робота-металлоискателя на колесной базе. Устройство способно самостоятельно обследовать территорию, находить металлические предметы и передавать оператору координаты обнаруженных объектов. Проект выполнен на стыке радиоэлектроники, программирования и механики.
Колесный робот-металлоискатель «Буратино»
Идея создания такого робота родилась из практической потребности: сегодня большинство металлоискателей — ручные: оператор сам водит аппаратом над землей, что требует много времени и сил, особенно на больших площадях. Кроме того, поиск в опасных зонах (например, при разминировании) связан с риском для жизни человека. Молодой человек решил автоматизировать этот процесс, создав робота, который сможет выполнять поиск металла самостоятельно.
Робот оснащен шестиколесным шасси с независимым подвесом каждого колеса — это обеспечивает хорошую проходимость по пересеченной местности. Корпус сделан из пластика, поисковая катушка вынесена вперед на полипропиленовой трубе.
«Мозгом» устройства выступает микроконтроллер с двухъядерным процессором, встроенными Wi-Fi и Bluetooth. Для ориентации на местности используется GPS-модуль с внешней антенной, а «сердцем» становится металлоискатель импульсного типа, собранный по популярной схеме «Пират». Его принцип действия основан на электромагнитной индукции: катушка генерирует электромагнитные волны, которые возбуждают в металлическом предмете вихревые токи, а те, в свою очередь, создают ответное поле — его и регистрирует прибор. Глубина обнаружения составляет от 20–25 см для мелких предметов до 100–150 см для крупных. Печатную плату для металлоискателя Иван спроектировал в программе Sprint Layout, вытравил в растворе хлорного железа и залудил самостоятельно.
Иван Жильцов
Робот работает в двух режимах. Ручной режим позволяет управлять устройством с дистанционного пульта, а звуковая плата сигнализирует о находке. Но главная инновация проекта — это автоматический режим: робот самостоятельно строит траекторию движения по заданной области (по сужающейся к центру спирали), движется от одной контрольной точки к другой, а при обнаружении металла запоминает координаты. В случае отклонения от маршрута из-за погрешности GPS (которая может достигать 2 м) робот корректирует направление.
«Сначала я хотел сделать обычный ручной металлоискатель, чтобы вместе с друзьями искать на даче клад или потерянные вещи. Потом я понял, насколько это трудоемкая работа, и решил поставить металлоискатель на колеса и добавить дистанционное управление с пульта. Дальше у меня появилась идея сделать робота полностью автономным, способным самостоятельно обследовать зону поиска. Именно так, шаг за шагом, постепенно улучшая простой металлоискатель и добавляя новые функции, я пришел к конечному результату, получив что-то новое и полезное», — поделился Иван Жильцов.
По словам выпускника, самым сложным в разработке робота оказалось программирование микроконтроллера, который связывает все части робота: металлоискатель, моторы, GPS-навигацию и связь с приложением. При программировании пришлось учесть множество нюансов, таких как ограниченная память и вычислительная мощность, различные помехи.
Важная часть проекта — приложение «Полигон», разработанное на Python. Оно позволяет нарисовать на «Яндекс Картах» полигон — область, которую робот должен обследовать. Эту область можно сохранить на компьютере и передать роботу по Bluetooth. После завершения поиска приложение получает от робота координаты точек с обнаруженным металлом и отображает их на карте.
Автоматизированная теплица
Авторы: Михаил Клименко, Сергей Семенов и Андрей Венецкий.
Школа: школа № 1530 («Школа Ломоносова»), IТ-класс.
Где пригодится: домашние теплицы, дачные участки, небольшие фермерские хозяйства.
Идея третьего проекта принадлежит команде школьников — Михаилу Клименко, Сергею Семенову и Андрею Венецкому, ученикам IТ-класса школы № 1530 («Школа Ломоносова»). Они разработали и собрали прототип автоматизированной теплицы для выращивания растений в домашних условиях. Устройство самостоятельно контролирует микроклимат, поливает растения по заданным параметрам и позволяет удаленно управлять всеми процессами через веб-сайт.
Автоматизированная теплица
Современное сельское хозяйство сталкивается с множеством проблем: изменение климата, рост населения и необходимость производить продукты круглый год. Теплицы решают эту задачу, но они требуют постоянного внимания человека: нужно следить за температурой, поливать растения, включать и выключать свет. Школьники предложили свое решение — теплицу, которая заботится о растениях сама.
В основе системы — микроконтроллер с поддержкой Wi-Fi. Он подключен к нескольким датчикам, которые измеряют температуру, влажность воздуха и почвы, атмосферное давление, уровень освещенности. Микроконтроллер циклически опрашивает все датчики каждые 2–5 секунд. Если влажность почвы падает ниже заданного пользователем порога, система автоматически включает насос на 10 секунд, затем делает паузу в 3 минуты, чтобы почва пропиталась, и снова проверяет показания. Это предотвращает перелив. При недостаточной освещенности автоматически включается фитолента, а при превышении температуры открываются форточки с помощью сервоприводов.
Андрей Венецкий, Сергей Семенов и Михаил Клименко
Все показатели и режимы работы отображаются на OLED-дисплее, а также на веб-сайте, который связан с микроконтроллером на локальном сервере. Для управления не нужен интернет — достаточно подключиться к Wi-Fi точке доступа. Через браузер можно следить за данными в реальном времени, менять порог влажности для автополива, вручную включать свет, насос или открывать форточки. Дополнительная функция — охранная система: датчик движения фиксирует присутствие человека внутри теплицы и выводит предупреждение на сайт, а оповещение работает до тех пор, пока владелец не отключит или не перезапустит отслеживание.
Ученикам удалось создать полностью рабочий прототип: теплица самостоятельно поддерживает влажность почвы, регулирует температуру через открытие форточек, досвечивает растения и предоставляет удаленный доступ через веб-интерфейс. Разработка может найти применение в домашних теплицах, на дачных участках и даже в небольших фермерских хозяйствах.
