ЧТО НА УМЕ ИЗОБРЕТАТЕЛЯ?

 Аббревиатура НТТМ – научно-техническое творчество молодежи – была широко известена в советское время, особенно в 80-х годах ХХ века, в пору массового увлечения идеями науки и прогресса. Журнал «Техника молодежи», который, по сути, и ввел в обращение эту аббревиатуру, имел неслыханную популярность. Добыть годовую подписку было редкой удачей. Издается он и поныне, правда, не тем тиражом, да и стоит прилично, дай бог ему былой славы. Понемногу возрождается и НТТМ, и, если помнит читатель, ровно год назад эта аббревиатура появилась в Таштаголе на научно-практической конференции НС «Шанс», вдохнувшего в это понятие второе дыхание. Чем живут юные исследователи и изобретатели сегодня?

Этим молодым людям хронически не хватает времени, по их словам, неплохо бы иметь сутки часов по 36. Иначе так трудно успеть все, что задумано. Ведь у многих уже 11-й выпускной класс. Да еще профильный – физико-математический. Нагрузки сумасшедшие, а впереди еще сдача ЕГЭ, от которого так много зависит. А они еще находят время для увлечений. Надо сказать, что ребята из научного сообщества «Шанс» почти год работают над несколькими интересными проектами в содружестве с настоящими учеными. Организовала это взаимодействие директор НФ «Шанс» Светлана Ерофеева, которая на позапрошлой неделе объявила участникам примерные сроки проведения уже 5-го научного Форума.

И вот мы в физическом кабинете-лаборатории школы №9 – фактически, в штаб-квартире сообщества. Куда пришли поделиться своими планами его активисты.

Пострелять из магнитной пушки

Никита Бер занят сразу двумя проектами: преобразователем напряжения и пушкой Гаусса. Что это такое?

-Часто возникает такая необходимость — получить напряжение 12 В, а в наличии только батарейка на 1,5 В. И тогда моя электрическая схема позволяет это сделать, — поясняет Никита Бер.

-А можно подробнее о твоей пушке Гаусса?

-Пушка Гаусса — это электромагнитный ускоритель масс. Он действует по следующему принципу: есть заряженный конденсатор, который мы замыкаем на электромагнитную катушку. Внутри нее, на месте сердечника,  расположена трубка – это ствол, где находится некий металлический снаряд. За счет того, что энергия заряженного конденсатора высвобождается мгновенно, наш снаряд достигает середины катушки, разгоняясь до большой скорости, и беспрепятственно летит дальше. Эффект самоиндукции не успевает его затормозить.

-И каков результат?

-«Снаряд» из моей пушки пробивает лист картона. Коэффициент полезного действия здесь невысокий, около 1 %, для таких схем это даже неплохо.

В самом деле, ведь не оружие делают в школьной лаборатории. Важна отработка физического принципа. Никита разбирается в электротехнике, вычисляет пиковые значения напряжений (311 В из имеющихся 220 В). И до всего этого он дошел своим умом. Хотя признается: начиная работать на пушкой Гаусса, не понимал, что в ней должно происходить – никаких колебательных контуров они в 10 классе еще не проходили. Это сейчас, в 11-м, уже много понятно. А главное – очень интересно.

Видеть даже в темноте

В планах Никиты Бера — сконструировать прибор ночного видения. По его словам, ПНВ можно изготовить из обычной видеокамеры. Это известный метод:  достаточно удалить инфракрасный фильтр-барьер перед ее сенсором (ПЗС-матрицей) и заменить его инфракрасным фильтром, наоборот, пропускающим только лучи ИК-диапазона. И камера видит мир в тепловом спектре, показывая объекты в полной темноте.

В этом у него есть единомышленник Дмитрий Абдуллин, который оснастил прибор дополнительным инфракрасным прожектором. С такой подсветкой, совершенно невидимой для человеческого глаза, ПНВ работает эффективнее, увеличивая дальность наблюдения и качество «картинки». Как рассказывает Д. Абдулин, он уже заготовил целых три переделанных видеокамеры…

Самый молодой преподаватель

Ученик 11 класса Тимур Судочаков вот уже полгода в роли учителя. Он ведет собственные курсы 3-D моделирования по компьютерной программе Blender.

-Года 2 назад фондом «Шанс» были организованы курсы «Трёхмерное моделирование» с приглашением педагога  аспиранта ТПУ Дениса Викторовича Савельева, мы прошли у него обучение по программе Blender. Нас было около 12 человек, в конце обучения мы выполнили выпускные работы по анимации, которые можно увидеть на сайте Фонда «Шанс». Потом я начал заниматься самостоятельно и понял, что программа позволяет многое сделать: не только анимационные ролики, но при желании даже создать компьютерную игру.

Правда, Тимур убедился и в другом: чтобы снимать анимационные фильмы, нужен достаточно мощный компьютер. Пришлось сосредоточиться на простом создании трехмерных объектов. Что тоже непросто. Изображая стеклянный стакан, Тимур не только создает его форму, воспроизводит фактуру материала, но и передает, как проходят сквозь него преломленные лучи света, солнечные блики на стенках.

-Занимался созданием моделей предметов, сюрреалистичных пейзажей из собственного воображения, делал интерьеры, макеты мечей, топоров, машин, роботов… Можно создать все, что душа желает. Но процесс достаточно муторный… И требует определенных навыков.

Самое интересное, что Тимур не просто освоил эту программу, но и ведет по ней занятия среди школьников.

-Насколько я понял, Денис Викторович вряд ли еще приедет, а кто еще им это покажет? Самостоятельно освоить программу довольно сложно, и нужен какой-то старт, — рассказывает Тимур Судочаков. – Денис Викторович показал нам азы, а я осваивал дальше. Вообще, для себя я пользуюсь ей для удовлетворения творческих способностей – хочется что-то создать. И мне захотелось показать эти возможности детям. Им действительно стало интересно. У некоторых совсем неплохо получается.

Квадрокоптер – летающий робот

Вот оно, чудо инженерной мысли 21 века, ранее мы о таком даже не мечтали: 4-винтовой вертолет взлетает по одному движению рычажка на пульте дистанционного управления. И если не считать шороха лопастей, работает бесшумно, ведь его двигатели – электрические. А точнее, бесколлекторные.

Построили квадрокоптер Тимур Судочаков и Дмитрий Абдулин. За основу взяли специальную раму, на которой разметили двигатели и пропеллеры, в центре – источник питания и «мозг» — полетный контроллер, датчики положения в пространстве – акселерометры, приемник дистанционного управления. Принцип движения аппарата и прост и сложен: в исходном положении после взлета пропеллеры, находящиеся по диагоналям, вращаются в одном направлении, а другая пара – в противоположном. Например, передний левый и правый задний —  по часовой стрелке, а правый передний и левый задний – против часовой стрелки. За счет этого машина висит на одном месте. Если подать команду на разворот, скажем, влево, увеличатся обороты тех двигателей, что вращаются против часовой стрелки, и квадрокоптер повернется влево. И – наоборот. Если добавить скорости задним двигателям, он наклонится вперед и полетит прямо. И будет двигаться в обратном направлении, если дать оборотов передней паре моторов. Точно так же его можно заставить лететь влево и вправо.

-У нас достаточно примитивный контроллер полета, и выписывать пируэты и мертвые петли квадрокоптер не может, а вот если заказать нормальный контроллер, то это будет возможно, — поясняет Тимур Судочаков.

-Если я правильно понял, все это – почти готовый конструктор, который можно собрать, соединив разъемы на блоках и настроив «мозги» с помощью ноутбука?

-В нашем контроллере, есть свой интерфейс, и настраивается он кнопками,  без внешнего компьютера, — говорит Дмитрий Абдулин. – Делать его мы начали в декабре прошлого года, и к началу января он уже летал. Первые опыты проводили в школьном спортзале, поначалу не очень хорошо получалось – вся сложность была в управлении. Собрать было легче, чем научиться управлять.

Казалось бы, конструктор – штука несложная, бери да собирай. Но когда ребята получили его и приступили к сборке, обнаружился неприятный сюрприз: пропеллеры не подходили к осям двигателей. Пришлось использовать смекалку, и парни за лопасти прикрутили винты проволокой к роторам электродвигателей. А для контроллера использовали обычную пластмассовую мыльницу. Но это неважно, ведь аппарат летает. И хотя не может выполнять фигуры высшего пилотажа, держится в воздухе очень уверенно.

-Я поднимал квадрокоптер на высоту пятидесяти-восьмидесяти метров и отпускал «газ». Он падал, беспорядочно вращался, но когда я снова давал обороты – выравнивался и летел прямо, — рассказывает Дмитрий Абдулин. – Главное, чтобы в полете не отказало питание…

-А каковы практические возможности вашего квадрокоптера?

-В первую очередь – видеосъемка с высоты. Мы устанавливали на него камеру GoPro и летали, делая съемку. Конечно, дальность полета небольшая, потому что датчики неоткалиброваны, но снятые кадры уже есть! И можно облетать высотные конструкции, куда человеку лезть не стоит. А потом на земле просматривать видео и оценивать их состояние.

А свое изделие создатели оценивают довольно скромно, и есть на то причины: предельная дальность полета без полезной нагрузки пока не превышает 1 км, а длительность 10 минут. Но парни настроены на большее путем усовершенствования изделия. Надеемся, что скоро мы его сможем увидеть на очередном мероприятии фонда «Шанс». А еще в планах Тимура и Дмитрия  постройка дистанционно управляемого самолета и робота на базе контроллера Arduino.

Спекл-интерферометр

Этот по-настоящему научный прибор строит Владислав Спиридонов. Он уже представлял публике и жюри на конференции прошлого года виброметр-интерферометр. Теперь он замахнулся гораздо дальше, ведь новый прибор сумеет такое, что еще не под силу классическим контрольным датчикам, применяемым на производстве.

Начало этому проекту положил ученый Виктор Толстогузов, который привез в Таштагол готовый спекл-интерферометр. Это устройство способно в буквальном смысле видеть малейшие деформации материалов, изменения температуры и даже невидимые глазу утечки газов. Виктор Леонидович 1-2 раза в год проводит занятия с ребятами научного сообщества. Создать такой прибор самостоятельно предложили Владиславу, и он согласился.

-Спекл-интерферометр в идеале способен измерять любые характеристики любого объекта. Причем, на любом расстоянии, все зависит от мощности лазера, — уверяет В.Спиридонов. – Спекл-картинка – это некая сетка из точек, возникающая при облучении объекта лазером за счет интерференции. И любые деформации ее изменяют, что можно наблюдать, измерять и анализировать. Пока у меня эта картинка будет выводиться на видеокамеру. А вся работа носит некий межтерриториальный характер, потому что мне помогают ученый Виктор Леонидович Толстогузов из Москвы (МВТУ им. Баумана) и Михаил Митьков, студент из Новосибирска (НГТУ). Михаил поможет мне именно в анализе спекл-картинки. За два дня, что он пробыл в Таштаголе, мы исследовали такой эффект, что в опыте необязательно добиваться интерференции, то есть, когда лазер светит на объект,  и если ты смотришь на него и не двигаешься, там образуется резкое изображение. Но если начинаешь двигать головой, картинка становится размытой. У меня родилась идея, что четкое изображение – интерференция, которая возникает у нас на зрачке. И тогда мы исключили из состава прибора опорное плечо, посылали луч на объект, создавая на нем спекл-картину, а мы снимали ее с помощью вэб-камеры. Взяли за сравнение объект до воздействия и после: ставили на кубик тяжелый груз, который давил на него и спекл-картина менялась. И в программе MathCAD сделали вычитание полученной картинки и исходной, теперь будем изучать результат. Там что-то изменяется, это хорошо.

Голограмма – рукотворное чудо

Для простоты, голограмма – это объемная фотография на специальной пластине. Как мы уже писали, в прошлом году группа школьников во главе с научным руководителем, учителем физики школы №9 Натальей Лысенко представила на конференции эту уникальную работу – голограмму, снятую (хотя физики говорят «записанную») в условиях школьного кабинета. Но было и продолжение: по инициативе  директора фонда «Шанс» Светланы Ерофеевой и предварительной договоренности с кандидатом физико-математических наук кафедры общей физики Кем ГУ Юрием Кызыласовым, двое из авторов голограммы Павел Костин и Иван Круглов показали ему свои результаты.

-Юрий Иванович сказал, что получать голограммы удается в особых условиях, а потому он в восторге от наших успехов, — вспоминает Иван Круглов. – К тому же, подробно и доходчиво объяснил нам, от чего зависит качество объемного изображения, и теперь мы можем экспериментировать, улучшая результат.

Третья участница проекта Мария Лысенко вспомнила, что еще на конференции в Таштаголе члены жюри обратили всеобщее внимание на то, что в нашей области этой тематикой занимаются лишь в одном месте – Кемеровском государственном университете, и что сам Ю.И. Кызыласов признался: в Кузбассе он такого еще не встречал! А юным физикам из Таштагола он пожелал главного – больше экспериментов. Поблагодарил научных руководителей и написал положительную рецензию на 2 листах с восторженными отзывами.

***

Вот чем сегодня заняты юные ученые НС «Шанс». А директор фонда Светлана Ерофеева тем временем  обдумывает будущий формат проведения мероприятия. Надеемся, мы всё увидим и вам расскажем.

Кирилл САЗАНОВ

Похожие сообщения

Оставить комментарий

Войти с помощью: