Изобретено в Петербурге: экзо-рука, роботрансформер, графеновый пластырь и еще семь чудес

«Росбалт» составил ТОП-10 наиболее интересных научных разработок, сделанных в Северной столице в этом году.

Санкт-Петербург часто называют не только культурной, но и научной столицей России, а где наука, там и изобретения. В рейтинге регионов по уровню научно-технического развития, составленному по итогам 2022 года, Северная столица вошла в первую тройку — вместе с Москвой и Татарстаном.

Как отмечается в исследовании РИА «Новости», лидирующие позиции Санкт-Петербурга эксперты объясняют наличием большого числа научно-исследовательских институтов, высококвалифицированных кадров, функционированием высокотехнологичных производств, значительным уровнем развития науки и технологий.

Неудивительно, что по коэффициенту изобретательской активности Петербург прочно занимает второе место среди субъектов Российской Федерации, уступая лишь Москве. Если обратиться к данным Роспатента, то в Северной столице наиболее востребованными в минувшем году были изобретения, применявшиеся в таких видах экономической деятельности, как «научные исследования и разработки», «образование» и «деятельность в области здравоохранения».

Вместе с тем в реестре «Наименований места происхождения товара» (НМПТ), который позволяет закрепить за производителями того или иного региона права интеллектуальной собственности на продукцию, качество которой они обеспечивают благодаря природным и людским ресурсам, к Петербургу относятся всего два пункта. Причем оба они зарегистрированы еще в 1995 году — это минеральная вода «Екатерингофская» и минеральная вода «Полюстрово».

Зато в рейтинге юридических лиц, лидирующих по подаче заявок в Роспатент на изобретения и полезные модели по сумме за 2020–2022 годы, можно увидеть куда большее разнообразие.

Первая десятка инновационных лидеров Петербурга

1. Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А. В. Хрулева — 558.
2. Военно-морская академия им. адмирала Н. Г. Кузнецова — 285.
3. Санкт-Петербургский горный университет им. Г. В. Плеханова (СПГУ) — 256.
4. Военно-медицинская академия имени С. М. Кирова (ВМедА) — 161.
5. Санкт-Петербургский политехнический университет им. Петра Великого (СПбПУ) — 143.
6. Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I — 125.
7. ООО «Всесоюзный научно-исследовательский центр транспортных технологий» (ВНИЦТТ) — 123.
8. Северо-Западный государственный медицинский университет им. И. И. Мечникова — 104.
9. Национальный медицинский исследовательский центр имени В. А. Алмазова — 96.
10. Санкт-Петербургская государственная академия ветеринарной медицины (СПбГАВМ) — 89.

Столь же изобильным выглядит и перечень изобретений и разработок ученых Санкт-Петербурга, сделанных в 2023 году. «Росбалт» выбрал десять из них, которые, как нам кажется, представляют наибольший интерес.

ТОП-10 изобретений этого года

1. Система беспроводной зарядки электротранспорта.

Ученые Национального исследовательского университета ИТМО и петербургский производитель зарядных станций для электротранспорта «Яблочков» разработали и испытали прототип первой в России системы беспроводной зарядки для транспорта с электрическими двигателями. Эта система подойдет для электромобилей и электробусов, беспилотных электротакси и даже складских погрузчиков.

Для начала зарядки требуется только припарковать транспортное средство. Действующий прототип позволяет зарядить электрокар за шесть часов, однако в дальнейшем разработчики планируют увеличить мощность устройства, чтобы оно было способно заряжать аккумулятор электромобиля до 80% всего за один час. Также в перспективе систему можно будет внедрить в городскую среду, разместив, например, на остановках общественного транспорта или паркингах.

2. Экзо-рука для хирургических операций.

Студентка Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения (ГУАП) Татьяна Ушакова разработала свой вариант экзо-руки — антропометрическую модель усилителя кистевого хвата. Врачи, выполняющие операции без автоматизированных технологий, смогут использовать перчатку для снижения нагрузки и увеличения скорости работы.

Экзо-кисть обеспечивает безопасность благодаря корпусу, который изготовлен из высокопрочного пластика. Кроме того, перчатка способна защищать от порезов и царапин. «Уникальность разработки в том, что она не заменяет человека, а помогает ему, снимая социальные вопросы, такие как безработица или полная автоматизация. Существующие аналоги работают на сервоприводах или пневматике, у нас же отдельный принцип работы. Перчатка может управляться двумя способами: тактильным — нажатие кнопок или сенсорных панелей, а также через гелевые электроды, считывающие импульс», — рассказала автор изобретения.

3. Спецодежда, защищающая и от огня, и от холода.

Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна (СПбГУПТД), Стартап «АрктикТекс» Северо-Западного наноцентра и Университет Государственной противопожарной службы МЧС России (СПб УГПС МЧС России) создали пилотные образцы одежды для пожарных и спасателей, работающих в условиях низких температур Арктической зоны. Специальная одежда призвана защитить человека одновременно и от огня, и от переохлаждения.

Для повышения огнеупорных свойств спецодежды пожарного текстильное полотно обрабатывалось специально разработанным составом из модифицированных композитов на основе углеродных наноструктур. Для снижения риска переохлаждения при работе в условиях низких температур во внутреннюю часть экипировки были интегрированы греющие модули из электропроводящей ткани, созданной с применением графеновых нанотрубок. При этом такие ткани могут использоваться и в других целях — например, для обивки сидений общественного транспорта, в космической и авиационной промышленности.

4. Система биометрии по рисунку вен ладони.

Специалисты ГУАП создали прибор, который позволяет идентифицировать человека по рисунку вен на ладони. Система обрабатывает изображение с помощью технологии компьютерного зрения, затем полученные данные проходят через алгоритм идентификации на основе сверхточных нейронных сетей. Метод основан на том, что дезоксигемоглобин (производное гемоглобина) поглощает спектр ближнего инфракрасного диапазона. Система позволяет точно определить принадлежность полученных данных определенному человеку и обеспечивает защиту от несанкционированного доступа на охраняемые объекты, к отдельным устройствам.

5. Графеновый «пластырь» для заживления ран.

Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета (СПбПУ) создали биосовместимый материал, который ускоряет заживление сложных повреждений мягких тканей и пораженных участков кожи при лечении хронических ран.

Материал разработан на основе отечественных связующих и не имеет промышленных аналогов в мире. Он совместим с клетками и тканями человека, легко стерилизуется при высоких температурах, используется многократно, а также остается стабильным при электростимуляции. В разработке используется графен — углеродный материал, который при соединении с полимиидом делает его электропроводящим. Полученный материал используют в носимых устройствах, которые взаимодействуют с пораженным участком кожи.

6. Инновационная антенна для систем связи 5G.

В Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете имени В. И. Ленина (СПбГЭТУ «ЛЭТИ») разработали и запатентовали антенну для массового производства систем связи стандарта 5G. Устройство не имеет аналогов на рынке по ряду характеристик, среди которых низкая стоимость и возможность работать в широком диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ).

Все компоненты устройства изготовлены из нержавеющей стали при помощи лазерной резки деталей, а пластиковый корпус создан с использованием методов 3D-печати. Разработка позволит России обеспечить собственными антеннами базовые станции, которые, в частности, используются в инфраструктуре мобильной связи и интернета.

7. Тренажер, вырабатывающий электричество.

Студенты ГУАП создали образец навесного оборудования для спортивных тренажеров, которое будет вырабатывать электроэнергию. «Кардиотренажеры, оснащенные генераторами электричества, сегодня уже существуют. Но наш проект позволяет поставить генератор на любой тренажер, чтобы не просто терять калории, а превращать их в электричество. Стоимость такого генератора в разы меньше, чем у зарубежных аналогов, и массовое использование такого устройства в тренажерном зале, например, позволит снижать стоимость затрат», — пояснил один из авторов разработки Дмитрий Корнилов.

Как считают руководители проекта, разработка может стать мотиватором для занятий спортом, также она будет снижать выбросы углекислого газа в атмосферу и тем самым беречь природу. Сейчас студенты занимаются адаптацией оборудования к разным типам тренажеров и налаживают контакты с фитнес-клубами для внедрения разработки.

8. Литограф для производства микросхем.

В СПбПУ разработаны две установки для выпуска микроэлектронных наноструктур, которые, как говорят специалисты вуза, дадут возможность «решить вопрос технологического суверенитета России в этом направлении в сфере микроэлектроники». Это установки для безмасочной нанолитографии и плазмохимического травления кремния.

Первая из них позволяет получать изображения на подложке без использования специальной маски, что намного дешевле и быстрее, чем классическая литография, в которой используются шаблоны. Вторая установка предназначена для создания наноструктур, необходимых для работы различного микроэлектронного оборудования. Она также позволяет создавать кремниевые мембраны.

9. Универсальный робот для города и села.

Команда инженеров из СПбПУ, специализирующаяся на разработке робототехнических платформ и наземного электрического транспорта, создала беспилотную роботизированную платформу «Объект 314», которая может выполнять задачи как по уборке улиц от снега, грязи и пыли, так и по сбору урожая на небольших фермах.

Опытный образец платформы собран в виде гусеничного робота длиной в 1,36 метров и шириной в 1,2 метров, на котором установлены два мощных электродвигателя, позволяющие перевозить грузы массой до 150 килограмм и буксировать технику массой до двух тонн. Максимальная скорость — 25 километров в час, а продолжительность работы на одной зарядке — от 3 до 9 часов. Как пояснили разработчики, в названии платформы есть сразу две отсылки: «объект номер …» — таким образом обозначается техника согласно индексу ГАБТУ, а 314 — напоминание о числе Пи, которое являет символом петербургского Политеха.

10. Система очистки воды для космонавтов.

Научный коллектив ГУАП ведет разработку малогабаритной установки водоочистки и водоподготовки методом электрообработки с использованием интеллектуальных систем управления. Установка, которая может работать в условиях замкнутых гермоотсеков, позволит снабжать экипажи космических аппаратов питьевой водой высокого качества. Ее производительность — от 360 до 1900 литров в сутки. Для разработки системы электроочистки специалисты ГУАП использовали большой массив исходных данных, в который входят состав воды и требования, предъявляемые к ее обработке.

Новое поколение изобретателей

О том, что на смену нынешним ученым и инженерам идет новое креативное поколение, говорят итоги Форума молодых предпринимателей Санкт-Петербурга для школьников, который прошел с 6 по 8 апреля 2023 года на базе Детского технопарка «Кванториум».

На выставке детских проектов, состоявшейся в рамках форума, большое внимание привлекли такие экспонаты, как дрон-спасатель для утопающего, самозаряжающиеся кроссовки для подзарядки смартфона в экстремальных условиях, виртуальный симулятор для студентов аграрных вузов, одежда — трансформер и косметика из натуральных компонентов отечественного производства.

Готовы предложить идею? Не упустите шанс!

До 1 декабря можно подать заявку на участие в X Всероссийском инженерном конкурсе студентов и аспирантов, организованном Минобрнауки РФ с целью привлечения молодежи к решению перспективных производственных, технических, экономических задач, имеющих стратегическое значение для развития промышленности страны.

Участниками конкурса, который стартовал 1 октября, могут стать студенты выпускных курсов бакалавриата, специалитета, магистратуры и аспирантуры. В полуфинал будут отобраны 400 лучших работ, авторам которых дадут возможность их доработки проектов под руководством ведущих специалистов. Заключительный этап конкурса пройдет в июне 2024 года — 100 финалистов смогут представить свои работы перед государственными экзаменационными комиссиями под руководством первых лиц высокотехнологичных корпораций и отраслей. Победителей ждут специальные призы от работодателей и предложения по трудоустройству. Кроме того, они получат преимущество при поступлении на следующий уровень образования.

Индивидуальную заявку можно подать на официальном портале конкурса.