По данным ВлГУ, молодые владимирские ученые ежегодно участвуют во всероссийском технологическом конкурсе, и количество поддержанных заявок наших специалистов постоянно растет. С 2022 года, когда стартовала программа, победил 51 проект ВлГУ. А в масштабах всей страны за четыре года Фонд содействия инновациям отобрал 7 тысяч победителей по таким направлениям, как цифровые технологии, ресурсосберегающая энергетика и креативная индустрия, медицина и технологии здоровьесбережения, биотехнологии, новые приборы и интеллектуальные производственные технологии, химические технологии и новые материалы.
Кто они, молодые талантливые ученые? Какие проекты реализуют, какие строят планы на будущее? Журналисты «ВВ» изучили истории успеха, пообщались с тремя победителями из ВлГУ и с их наставниками.
Пролить металл на истину.
Аспирант Пётр Чеботарёв, 24 года.
Пётр учится на первом курсе аспирантуры по направлению «Роботы, мехатроника и робототехнические системы» в Институте машиностроения и автомобильного транспорта ВлГУ. По основному образованию он инженер в сфере автоматизации технологических процессов и производств. Аспирант разработал проект, который подразумевает литье деталей под высоким давлением с вакуумированием при использовании сплава алюминия и кремния.
Вакуум при литье необходим, чтобы избежать контакта расплавленного металла с атмосферным воздухом. Это позволяет уменьшить количество примесей и газов. В конечном счете это залог высокого качества изделий, поскольку воздух, содержащий кислород, азот и прочие примеси, взаимодействует с металлом, вызывает его окисление и образует другие нежелательные соединения. Кроме того, вакуумное литье обеспечивает повышенную прочность и долговечность металла.
- При литье основное оборудование это пресс, а вакуумная установка - вспомогательное оборудование, - рассказывает Пётр. - От процесса вакуумирования при литье зависит качество продукции. Если уровень вакуума слишком высокий, металл может попасть в вакуумный трубопровод, и будет недолив металла. А если вакуумирование провести с недостаточной интенсивностью, внутри расплавленного металла могут остаться различные газовые включения, воздух. Такой металл будет с порами, с плохими структурными свойствами, то есть низкого качества.
Преимущество алюминия в его легкости и устойчивости к коррозии, а кремний дает прочность и улучшает свойства литья. Кстати, кремний это не металл, а так называемый металлоид (полуметалл), который обладает как свойствами металлов, так и неметаллов. В природе он содержится в кварце, в песке, в кремнеземе. После кислорода это один из самых распространенных химических элементов. Благодаря своим полупроводниковым свойствам кремний широко применяется в изготовлении микросхем и электроники.
Технология вакуумного литья, например, подходит для производства поршней двигателей внутреннего сгорания. Над усовершенствованием технологии литья Пётр сейчас как раз и работает под началом своего научного руководителя, заведующего кафедрой автоматизации, мехатроники и робототехники Максима Денисова. В лабораторных условиях ученые ищут оптимальную «формулу» этого процесса, где существует немало нюансов.
- Есть так называемые тонкостенные детали. Если это какая-то крупная деталь, то используется большая пресс-форма, внутри которой множество тонких стенок. Проблема в том, что в процессе литья металл может захолаживаться, и тогда он не попадет во все зоны пресс-формы. Соответственно качество изделия будет плохое. Есть теория, что за счет дополнительного вакуумирования можно протянуть металл в тонкие зоны. В ходе экспериментов мы проверим эту теорию, - рассказывает Пётр.
По его словам, сложность еще и в том, что в открытом доступе не так много научных изысканий, подтверждающих эту теорию, так что нашим исследователям приходится «проливать металл на истину» эмпирическим путем, методом проб и ошибок. Эксперименты покажут, насколько их предположение верно.
В арсенале вузовской лаборатории - горизонтальный и вертикальные гидравлические прессы для литья, токарный и фрезерный станки, муфельная печь для разогрева металла. На средства гранта Пётр планирует закупить вакуумные насосы, регулятор для вакуумирования, доработать программное обеспечение, создать сайт проекта, составить бизнес-план развития стартапа.
А что дальше? Пётр намерен развивать свой проект и работать над защитой кандидатской диссертации по теме литья металла. При этом он уже преподает на своей родной кафедре. Молодой ученый надеется разработать оригинальную методику и получить на нее патент. А если всё сложится, в планах открытие малого инновационного предприятия, где теория перерастет в бизнес-практику.
Научный руководитель Петра, заведующий кафедрой автоматизации, мехатроники и робототехники Максим Денисов верит в успех своего подопечного.
- Пётр с отличием окончил бакалавриат и магистратуру. Он автор высокорейтинговых научных публикаций, входящих в зарубежные базы данных, соавтор патента на изобретение IT-программ, был победителем конкурса «Умник». Считаю, что у Петра большой научный потенциал, - отзывается о молодом ученом его научный руководитель.
Когда б вы знали, из какого сора...
Студентка Елизавета Репина, 24 года.
Эта хрестоматийная строка из стихотворения Анны Ахматовой имеет непосредственное отношение и к науке. Елизавета Репина выиграла грант на разработку технологии штукатурных растворов на основе отходов растительного происхождения.
В роли того самого «сора» - костра́ льна. Это отходы текстильного производства - одревесневшие части стебля льна-долгунца. Из волокон льна, как известно, изготавливают прекрасные натуральные ткани, а вот из костры делают звукоизоляционные панели и утеплители, топливные брикеты, материал для мульчирования почвы и много чего еще.
Студентка 2-го курса магистратуры по направлению «Строительное производство» помимо этого натурпродукта также применяет в работе костру технической конопли, а «подсказала» такой рецепт сама история.
- Мы разрабатываем уникальные составы для реставрации памятников белокаменного зодчества, - говорит Елизавета. - Уникальность состава изначально заключалась в том, что мы разрабатывали составы на основе отходов местной горнодобывающей промышленности. Но совсем недавно, весной 2024 года, в ходе исследований Успенского собора во Владимире нами было обнаружено, что в кладке находятся остатки органического сырья. В результате лабораторных исследований выяснилось, что это костра технической конопли. Ее использовали древние зодчие в качестве армирующего (укрепляющего) состава при строительстве. Сейчас для этих целей используют фибру, стеклофибру, а раньше люди, что имели под рукой, то и добавляли. Мы решили этот материал попробовать. Так идея вошла в программу студенческого стартапа.
Как рассказала Елизавета, ученые Института архитектуры, строительства и энергетики ВлГУ пробовали различные варианты органического сырья при разработке штукатурных растворов - от костры конопли и льна до древесной щепы. Однако эксперименты показали, что вариант костры предпочтительнее. Значит, не просто так древние зодчие выбрали именно этот материал!
Сейчас Елизавета продолжает исследования физико-механических свойств костры и ее влияние на свойство композитных материалов. (Композит - это искусственно созданный материал, состоящий из двух или более компонентов с различными физико-химическими свойствами. Как правило, композит включает армирующий материал (частицы, волокна) и связующую матрицу - металл, керамика, полимер. - Прим. ред.) На средства гранта предстоит провести полный комплекс лабораторных испытаний, а затем применить штукатурный состав при реставрации одного из памятников архитектуры. Впрочем, предварительные данные исследований уже есть.
- Мы с научным руководителем на протяжении нескольких месяцев создавали огромнейшую таблицу свойств штукатурного состава. По прочности он примерно в полтора раза превосходит существующие аналоги. Если сравнивать физико-механические свойства, наш состав не такой плотный, но зато более легкий. То есть нанося этот состав на реставрационную поверхность, мы ее не перегружаем и позволяем ей «дышать», - объясняет Елизавета.
После нанесения штукатурного состава на белом камне образуется пленка с водоотталкивающим свойством, которая защищает материал от негативного воздействия окружающей среды, частично консервирует его и при этом не дает размножаться грибкам и водорослям. В составе четыре компонента, но рецепт Елизавета до получения патента не разглашает: это пока секрет.
- Изначально Елизавета училась на химико-технологическом факультете и перешла на наш факультет только спустя год. Ей понравилось заниматься реставрационно-строительными материалами, - рассказывает о своей ученице научный руководитель проекта, доцент кафедры «Строительное производство», кандидат технических наук Любовь Закревская. - Лизе очень помогли навыки в сфере химических технологий. Она подтянула теоретические знания. Большую роль сыграла и востребованность реставрационных работ. У нее большие успехи в сохранении белого камня. Она автор первого в ВлГУ евразийского патента биоцидного состава в сфере строительства и реставрации, участница международных научных конференций. Ее исторические, археологические изыскания послужили основой для современных строительных материалов, в частности для легких бетонов, с применением костры технической конопли. На основе наших разработок в Татарстане возведен общественно-культурный центр «Мелля» с использованием 3D-технологий, где стены напечатаны на 3D-принтере, а легкий бетон, которым заполнялась строительная конструкция, был произведен по нашему патенту. Вот вам и отходы производства!
Полетели в космос.
Денис Калараш, 21 год.
Студент 4-го курса Института информационных технологий и электроники ВлГУ Денис Калараш разработал проект инновационной студии VR-разработок (VR - виртуальная реальность). Он создал трехминутный VR-фильм о полете в космос Юрия Гагарина, который необходимо смотреть в очках виртуальной реальности. При этом обеспечен обзор на все 360 градусов, создана иллюзия, что в космос отправляется сам зритель. Зрелище, конечно, захватывающее!
- За виртуальной реальностью и иммерсивностью будущее, - убежден Денис. - Чем иммерсивнее опыт, чем пользователь ближе к тому, с чем он взаимодействует, тем эффективнее обучение, запоминание информации. Такие технологии уже сейчас активно используются при создании учебного, просветительского или развлекательного контента. (Иммерсивность - свойство контента, среды или технологии создавать эффект полного погружения в виртуальную реальность. - Прим. ред.).
Денис не только осваивает инновационные технологии, но и работает в студии «Лечу над миром», которая создает и продает познавательные и развлекательные VR-фильмы, в том числе для детской аудитории, причем несколько из них созданы с его участием.
- Я благодарен своим наставникам из ВлГУ за отличную платформу для первоначального старта. Хочу отметить и студию «Лечу над миром», с которой у нас сложилось продуктивное сотрудничество. Это помогает в профессиональном развитии, открывает новые перспективы для творчества, - говорит Денис.
Ну а средства гранта пойдут на доработку фильма о полете в космос, чтобы он получился еще более захватывающим и реалистичным. Денис планирует выставить этот продукт для коммерческого использования и открыть свою VR-студию. В этом и заключается суть программы «Студенческий стартап».