Выставка стала окном в мир научных открытий Сколтеха. Ученые представили результаты исследований, затрагивающих самые разные сферы: от передовой системы, способной по анализу плазмы крови улавливать зыбкие тени психических расстройств, до экологических и цифровых решений, преобразующих сельское хозяйство.
MAGNNET: большое решение для небольших расстояний
Система «MAGNNET» — это интеллектуальное решение, которое позволяет эффективно распределять задачи между беспилотниками в группе, выстраивать оптимальные маршруты, определять конечные точки доставки и обеспечивать безопасное прохождение маршрутов с интеллектуальным уклонением от столкновений.
Система использует обучение с подкреплением и графовые нейронные сети, позволяя различным дронам децентрализованно выбирать точки доставки и при этом оптимизировать время логистических операций. Дроны используют систему RaceVLA: опираясь на визуально-логистические модели, обрабатывают данные с RGB-камеры, анализируют окружающую обстановку, распознают препятствия (живые или неживые объекты, стремящиеся помешать его движению) и ловко уклоняются, чтобы доставить посылки в целости и сохранности.
Спектр задач, которые мы ставим перед проектом, весьма широк. Но прежде всего мы ориентируемся на городскую логистику и доставку на этапе «последней мили» где одним из ограничивающих факторов являются различные габариты посылок, под которые необходимы разные размеры дронов.
Эксперт считает, в пределах трех-пяти лет этот инструмент станет доступным и на отечественном рынке. Технологии, позволяющие реализовать бесперебойную доставку с удобным пользовательским интерфейсом, подобным заказу такси, вполне достижимы. По словам исследователя, остаются вопросы правового регулирования воздушного движения, ответственности за потерю посылок и обеспечения открытости воздушного пространства. Но у нас есть все шансы догнать коллег за рубежом.
На сегодняшний день стоимость одного аппарата, оснащенного программным обеспечением с искусственным интеллектом, может быть достаточно высокой. Но с выходом на массовое производство их стоимость будет значительно снижаться. При этом крупные беспилотные аппараты (грузоподъемностью до тонны) по-прежнему будет выгоднее использовать для грузоперевозок между городами, например, от Москвы до Нижнего Новгорода или даже Владивостока. Но если необходимо довезти товары непосредственно до отделения почты, постаматов в городе или до порога дома, то гораздо эффективнее использовать рои небольших гексакоптеров или квадрокоптеров, согласованно и децентрализованно достигающих конечных точек маршрута.
Технология очувствления протезов: как это происходит?
Центр нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана Сколковского института науки и технологий, компания «Моторика», резидент Фонда «Сколково» и Медицинский центр ДВФУ провели исследования и разработали технологии по очувствлению бионических протезов рук и купированию фантомных болей.
Ключевые шаги в процессе очувствления протеза включали: определение карты чувствительности ампутированной конечности, настройку параметров стимуляции для имитации ощущения прикосновения и сжатия фантомной конечности, а также проведение испытаний с использованием хаптической обратной связи, которая реализуется посредством электростимуляции.
Пациентам с ампутацией мы имплантируем электроды на периферические нервы в клинике, после чего запускаем электростимуляцию. Поэтому у них возникают ощущения внутри фантомных конечностей. Что мы делаем дальше? Мы погружаем датчики внутрь протезов. Получается, что этим протезом можно управлять. И одновременно он подает обратную связь в виде естественных ощущений в потерянной руке. То есть при прикосновении к протезу, пациент чувствует, будто прикоснулись к его телу.
Также учеными продемонстрирована система айтрекинг-очков. Айтрекинг (eye tracking) — это технология, которая фиксирует движение глаз. Очки определяют положение зрачка в режиме реального времени. Сам по себе айтрекинг — это популярная технология, которая используется в разных областях, в данном случае исследователи объединили его с алгоритмами искусственного интеллекта.
Электронный нос: что такое «отпечатки запаха»
Электронный нос представляет собой устройство, предназначенное для обнаружения и идентификации сложных запахов и ароматов. Это устройство имитирует работу биологического обоняния. Запахи обычно состоят из каких-то компонентов, которые вызывают реакцию рецепторов в носу, а наш мозг обрабатывает сложный сигнал и выдает какую-то ассоциацию.
Принцип работы электронного носа основан на использовании сенсорной матрицы, которая состоит из множества датчиков различной чувствительности (перекрестная чувствительность). При контакте с анализируемым запахом каждый датчик генерирует электрический сигнал. Полученный набор сигналов формирует своего рода «отпечаток пальца» запаха, уникальный для каждой смеси.
Эти «отпечатки» запахов затем обрабатываются с помощью алгоритмов машинного обучения. А обученная модель способна распознавать и классифицировать запахи на основе ранее полученных данных. Благодаря этому электронные носы могут быть использованы для идентификации подлинности продуктов питания, диагностики заболеваний по выдыхаемому воздуху, контроля качества воздуха и во многих других областях.
Основной элемент представленного электронного носа — это кремниевый чип (сантиметр на сантиметр), на который нанесены золотые дорожки. Между ними расстояние около 50 микрон. Всего их 17 штук. И на них обычно используем оксиды металлов, полупроводниковые оксиды, которые при взаимодействии с различными компонентами газовых смесей могут понижать или повышать сопротивление.
Максим рассказал, что их стендовый образец сейчас умеет распознавать три вещества для демонстрации. Обычный воздух — прибор втягивает в себя просто окружающий нас воздух и показывает, что он чувствует воздух. Помимо этого его также научили распознавать этанол и обычный ароматизатор для кофе с запахом ванили.
Преимущества электронных носов заключаются в их высокой чувствительности, скорости анализа и возможности работы со сложными смесями запахов. Кроме того, они могут быть использованы для объективной оценки запахов, исключая субъективность человеческого восприятия. Развитие технологий сенсоров и алгоритмов обработки данных открывает новые перспективы для применения электронных носов в различных сферах науки и промышленности.
Суперконденсаторы: как меньше изнашивать аккумулятор
Основным видом устройств для хранения электрической энергии сейчас являются аккумуляторы. Однако существует альтернативная и перспективная технология — суперконденсаторы, также известные как ионисторы. В отличие от аккумуляторов, где накопление и отдача энергии происходят посредством химических реакций на электродах, суперконденсаторы не генерируют энергию, а лишь накапливают и высвобождают электрический заряд в его первоначальной форме.
Ионисторы, в отличие от аккумуляторов, заряжаются и разряжаются значительно быстрее, за считанные секунды или минуты, и выдерживают сотни тысяч и даже миллионы циклов перезарядки без заметной деградации.
Применение суперконденсаторов становится все более распространенным. Например, они используются в гибридных и электрических транспортных средствах для рекуперации энергии торможения. Или в портативной электронике для обеспечения кратковременного резервного питания. Или в системах бесперебойного питания для поддержания работы критически важного оборудования при отключении электроэнергии, а также в энергетических установках для сглаживания пиковых нагрузок.
Это устройство мы уже тестировали в реальных тестах на эндуро электромотоцикле. Зачем он нужен? Эндуро мотоцикл электрический, со временем его батарейка садится, и она уже не может выдать полную мощность, хотя энергия в ней все еще есть. На помощь приходит блок суперконденсаторов, который по нажатию кнопки выдает максимум мощности, но на непродолжительное время.
Эксперт пояснил, что суперконденсаторы — это такое устройство, которое по своим характеристикам находится между аккумуляторами и конденсаторами. То есть оно не так хорошо хранит энергию, как аккумуляторы, но зато намного быстрее ее отдает, и имеет намного больше мощности. В целом это устройство позволяет не столько экономить энергию, сколько меньше изнашивать аккумулятор.
В настоящее время ведутся активные исследования по улучшению характеристик суперконденсаторов, в частности, по увеличению плотности энергии и снижению стоимости. Разрабатываются новые материалы для электродов и электролитов, а также новые конструкции устройств.
В рамках таких исследований ученые Сколтеха в области силовой электроники под руководством доцента Федерико Ибаниеса разработали собственный модуль суперконденсаторов. Он предназначен для поддержки аккумулятора в электрическом транспорте, помогая обеспечить более высокую выходную мощность и увеличить срок службы аккумулятора — по предварительным оценкам, до 50%.
Ожидается, что в будущем суперконденсаторы станут важным элементом в системах хранения энергии, дополняя и в ряде случаев заменяя традиционные аккумуляторы в самых разных областях применения.
Ванадиевый проточный аккумулятор: перспективный накопитель энергии
Командой ученых из Сколтеха «FlowBat» разработан промышленный прототип ванадиевого проточного аккумулятора (ВПА). Сегодня это один из наиболее перспективных способов хранения энергии. Принцип работы основан на трансформации электрической энергии в химическую посредством реакций с участием солей ванадия. В отличие от традиционных аккумуляторов, ВПА использует жидкий электролит, который циркулирует через электрохимическую ячейку из внешних резервуаров.
В чем преимущество данной компоновки по сравнению с любыми другими аккумуляторами? Мы отдельно можем масштабировать емкость и мощность аккумулятора. То есть для того, чтобы емкость аккумулятора стала больше, нам нужно просто увеличить объем электролита в резервуарах. Для того, чтобы увеличить мощность, нам необходимо добавить больше ячеек. Таким образом мы можем увеличивать мощность и емкость такого аккумулятора.
Эксперт отметил и другие преимущества. Очень низкий саморазряд, безопасность эксплуатации (непожароопасны), полный цикл переработки — ключевой элемент электролита, ванадий, может быть использован в металлургии после завершения эксплуатации аккумулятора.
Кроме того, ванадиевые аккумуляторы отличаются большей долговечностью по сравнению с обычными батареями. В настоящее время они применяются в связке с солнечными и ветряными электростанциями, а также как большие сетевые энергохабы для распределения электроэнергии между крупными потребителями (энергоемкими производствами) и даже между регионами. Сегодня команда FlowBat занимается разработкой промышленного прототипа, который послужит основой для налаживания промышленного производства таких аккумуляторов на территории нашей страны и интенсивного внедрения этой технологии в энергетический сектор России.
Михаил Пугач, с.н.с Сколтеха, руководитель направления разработки промышленных систем накопления энергии (СНЭ) отмечает, что ванадиевые проточные аккумуляторы (ВПА) — ключевая технология для формирования технологического суверенитета России в области промышленных СНЭ, так как такие аккумуляторы могут полностью производиться в России даже в условиях санкций и ограничений, поскольку наша страна обладает очень большими запасами ванадия (25% от общих мировых запасов).
Наука Mail выступила информационным партнером мероприятия.