ИИ вместо психолога и дирижабль для Арктики: изобретения России в августе

В августе российские учёные разработали летательный аппарат для работы в труднодоступных регионах страны, синтезировали новые типы оптоволокна и стекла с повышенной стойкостью к радиации, представили опытный образец моторизированной доски для спортивного серфинга, а также систему искусственного интеллекта, способную считывать психологическое и эмоциональное состояние учеников и выдавать преподавателям рекомендации по работе.

💡 Это материал из цикла «Сделано в России 🇷🇺», в котором описываются главные отечественные изобретения, а также важные события в различных областях науки и промышленности России.

Создали оптоволокно, которое может работать в космосе

💡 Простыми словами

В Екатеринбурге разработали и изготовили инфракрасные оптические волокна, устойчивые к сверхвысоким дозам радиации. Благодаря повышенной радиационной стойкости материал можно использовать не только в традиционной оптоэлектронике, но и в лазерной хирургии, эндоскопической и диагностической медицине, космической отрасли (например, для создания орбитальных инфракрасных телескопов), а также на объектах атомной промышленности.

👨‍🔬 Детально

Для создания нового материала сотрудники Уральского федерального университета (УрФУ) сначала применили методы компьютерного моделирования, чтобы определить оптимальные условия изготовления волокон из доступных монокристаллов. В качестве основы были взяты полученные специалистами УрФУ монокристаллы бромистого и иодистого серебра AgBr–AgI. Именно присутствие в кристаллической решетке бромида серебра анионов йода определило дополнительную фото- и радиационную стойкость волокон, а также расширило диапазон пропускания ими инфракрасного излучения, который составляет от 3 до 25 микрон. При этом оптические потери находятся на предельно низких значениях. Интересно, что прозрачность волокон составила 70-75 % (теоретически максимально возможное значение для системы AgBr–AgI). Полученное оптоволокно способно принимать и передавать излучение космических объектов и может быть использовано, к примеру, в инфракрасных телескопах вместо массивных зеркал.

Разработали дирижабль для арктических условий

💡 Простыми словами

В Московском авиационном институте (МАИ) был разработан аэростатический гибридный летательный аппарат на солнечных батареях «Экодисолар», который можно будет использовать для решения логистических и инфраструктурных проблем по транспортировке грузов и проведению поисковых работ и спасательных операций, в том числе в Арктике и других труднодоступных регионах России. Больше всего он напоминает дирижабль, так как использует подъёмную (всплывную) силу, что, в отличие от обычных дронов, позволяет экономить энергию для вертикальных перемещений. Однако дирижабль не способен садиться на землю, а отечественные «арктикпланы» этого недостатка лишены. Корпус аппарата выполнен из прочных газонепроницаемых тонких эластичных материалов в виде двух полусфер, замкнутых на композитный обруч, который наполнен гелием и невоспламеняемым водородом.

👨‍🔬 Детально

Уникальным технологическим решением также является использование как обычных маршевых двигателей (ТВД) для подпитки термообъемов, так и высокоэффективных тяговых поворотных электродвигателей по контуру диска с дополнительным питанием электросистемы аппарата от поверхностных солнечных пленочных батарей. В отличие от обычных дирижаблей, разработка МАИ обладает гироскопической системой стабилизации, что позволяет использовать её для полётов со скоростью до 130 км/ч. Учёные считают, что такие аппараты обладают невероятным потенциалом в будущем. К примеру, сейчас по всей территории страны есть огромное количество открытых месторождений полезных ископаемых, которые не разрабатываются из-за сложной логистики и нерентабельности. Вместо затрат на создание дорог через болота, реки и горы можно использовать «Экодисолар».

Сделали опытный образец скоростного мотосерфа

💡 Простыми словами

«Ростех» представил опытный образец моторизированной доски для спортивного серфинга, который ничем не уступает лучшим зарубежным аналогам, а по цене и доступности даже выигрывает у конкурентов. На рынок устройство должно поступить к весне 2023 года, а затем появится и электрическая модификация.

👨‍🔬 Детально

Мировой рынок спортивных мотодосок для скоростного серфинга сейчас находится в фазе активного роста и ежегодно увеличивается не менее чем на 10 %. На данный момент основными игроками являются Чехия, Великобритания, Китай и Корея. Холдинг «Росэлектроника» (входит в «Ростех») представил в августе опытный образец отечественного мотосерфа. Устройство представляет собой доску из углепластикового волокна, оборудованную двигателем внутреннего сгорания объемом 100 кубических сантиметров, водомётом и четвертьволновым резонатором, который выполняет функцию выхлопной системы. Мотосёрф способен разгоняться до 55 километров в час, а запас хода при полном баке составляет 60 минут. При этом вес доски не превышает 20 килограмм. Устройство обладает отличной манёвренностью, позволяет совершать короткие повороты с минимальной потерей скорости и прыжки.

Представили ИИ-систему, способную распознавать эмоциональное состояние

💡 Простыми словами

Преподаватели не всегда могут эффективно отследить, насколько их материал интересен ученикам, как хорошо он ими усваивается и кому нужен более индивидуальный подход. Поэтому специалисты «Ростеха» сделали специальное рабочее пространство с искусственным интеллектом, который оценивает психологическое и эмоциональное состояние учеников и выдаёт рекомендации по дальнейшей работе.

👨‍🔬 Детально

Холдинг «Росэлектроника» (входит в «Ростех») представил интеллектуальное место работы с учебной информацией (ИМРУИ), оснащённое системами искусственного интеллекта. Устройство представляет собой монитор с камерами и специальным программным обеспечением для обучения. После прохождения учащимся первичного тестирования комплекс запоминает его облик, получает данные о психофизической структуре его личности и эмоциональном состоянии. Система искусственного интеллекта в это время считывает и распознает психологическое и эмоциональное состояние ученика, оценивает качество и скорость усвоения им материала, а также формирует на основе полученных данных рекомендации для преподавателя по составлению индивидуальной обучающей траектории для каждого ученика и по доработке учебного материала.

ИИ поможет определить, какая часть программы вызывает наибольший интерес, какая требует доработки, кому из учеников требуется помощь и так далее. Для входа в личный кабинет используется система распознавания лиц. Работать с устройством можно как по старинке с использованием клавиатуры и мышки, так и с помощью жестов.

Решили одну из фундаментальных проблем сверхпроводимости

💡 Простыми словами

В Сколтехе смогли экспериментальным путём пронаблюдать за одним из фундаментальных физических явлений, которое до сих пор было описано лишь в виде теории, что само по себе является очень редким событием. Благодаря этому можно будет уточнить квантовое значение ампера, создать новые типы приборов для фундаментальных научных исследований и так далее.

👨‍🔬 Детально

Учёные из Сколковского института науки и технологий вместе с коллегами из европейских научных организаций смогли экспериментально продемонстрировать нестационарный эффект проскальзывания фазы. Он проявляется в виде образования ступенек электрического тока, протекающего через сверхпроводниковые нанопроволочки (тонкие плёнки нитрида ниобия) под действием СВЧ-излучения. Нанопроволочка из сверхпроводника играет роль туннельного барьера для квантов магнитного потока точно так же, как джозефсоновский переход — тонкая прослойка изолятора между двумя сверхпроводниками — служит туннельным барьером для электрических зарядов. Электрический ток по классическим законам физики не может проходить сквозь такой переход. То есть должен происходить разрыв цепи. Однако квантовомеханический туннельный эффект позволяет току протекать через такие зазоры без всякого сопротивления.

На основе джозефсоновских контактов делают сверхчувствительные детекторы магнитного поля, например, для исследования очень слабых магнитных полей головного мозга. Интересно, что под действием СВЧ-излучения ток начинает протекать не плавно, а образовывать ступеньки по напряжению (ступеньки Шапиро). Эталон вольта как раз не измерен, а рассчитан исходя из джозефсоновских контактов. Аналогично магнитный поток не может преодолеть нанопроволочку в классической физике, но по законам квантовой механики теоретически должен. Учёным из Сколтеха удалось пронаблюдать нестационарный эффект проскальзывания фазы, который проявляется в виде обратных ступенек Шапиро в сверхпроводниковых нанопроволочках. На основе этого эффекта можно будет рассчитать квантовый стандарт ампера, потому что не зависит ни от материала, ни от внешних условий.

Создали стекло с защитой от радиации

💡 Простыми словами

Стеклообразные системы применяются во многих сферах человеческой деятельности. Они обладают низкими температурами плавления и размягчения, высокой прозрачностью в инфракрасном диапазоне, высокой плотностью, высокими показателями преломления и так далее. Поэтому их применяют для создания твердотельных лазеров, в качестве теплоизоляторов, оптических фильтров и даже материалов для защиты от излучения. Российские учёные совместно с коллегами из Германии, Пакистана и Египта создали новый тип стекла с существенно улучшенными характеристиками, особенно в области стойкости к радиации. Их можно будет применять не только в очевидных сферах, но и в ядерной медицине, для производства скафандров для космонавтов, создания космических аппаратов и так далее.

👨‍🔬 Детально

Стекла на основе бора — одна из наиболее известных и высококачественных систем. Физики Уральского федерального университета (УрФУ) совместно с зарубежными коллегами смогли синтезировать новые борбариофторидные натриево-кальциево-никелевые стекла с выдающимися свойствами защиты от радиации. Благодаря добавлению оксида никеля улучшаются все оптические характеристики исходного борбариофторида и полученных из него образцов натриево-кальциевого стекла. Возрастает плотность стекол, спектр поглощения увеличивается, смещаясь в сторону больших длин волн излучения, усиливается способность системы экранировать фотоны, несущие электромагнитное излучение, а также появляется особая стойкость к гамма-излучению.

Это позволяет использовать их в оптоэлектронных и фотоэлектрических устройствах, таких как газовые датчики, УФ-фотодатчики, фотоэлектрические элементы, фотокатализаторы, электрохромные устройства, а также для сварочных масок для защиты от ультрафиолетового излучения, в скафандрах для космонавтов, в качестве иллюминаторов в космических кораблях и даже в ядерной медицине для создания защитных перегородок и инструментов.