Водень замість бензину та марсохід: інженери-винахідники Київської політехніки вражають розробками
В епоху науково-технічного прогресу роботи стають незамінними помічниками людей. Є роботи-мийники вікон, роботи-швачки чи автомеханіки. Роботизовані комплекси на виробництві давно стали нормою сучасного світу.
Вони використовуються в будівництві, геологічній розвідці, при ремонті інженерних мереж, виконанні спеціальних завдань, зокрема тих, які є небезпечними для життя чи здоров'я людини – ліквідації аварій чи наслідків надзвичайних ситуацій.
Інженери по всьому світу активно працюють над новими рішеннями й можливостями для застосування робототехніки. Найбільш інтенсивно розробку та дослідження роботизованих комплексів проводять в США, Франції, Великобританії, Японії, Ізраїлі та Китаї. Поки в Україні лише ведуться розмови про актуальність цього напрямку, в Київській політехніці активно діє міждисциплінарна програма "Робототехніка та штучний інтелект", яка об’єднала студентів та досвідчених вчених більш ніж з 20 кафедр різних факультетів та інститутів. Вони не стоять осторонь від світових тенденцій у цій сфері і успішно створюють унікальні вітчизняні моделі. Одна з останніх розробок молодих вчених Механіко-машинобудівного інституту КПІ – роботизована платформа високої прохідності, маневреності та живучості.
Цей інтелектуальний робот може без проблем долати співмірні з розмірами своїх колес перешкоди. З легкістю спускатися чи підніматися по сходах. Таку підвищену прохідність та маневреність робот має завдяки спеціальним спареним колесам, що рухаються навколо своєї осі та шарнірно-зчленованої конструкції корпусу. Він оснащений маніпулятором, системами дистанційного керування та машинного зору. Серед переваг й багатофункціональність. Корпус можна перелаштувати під різноманітне обладнання. Робот неважкий, його можуть перенести дві людини. Працювати в автономному режимі здатен до трьох годин. Тривалість роботи залежить від потужності акумуляторів.
Жартівливо, між собою, ми називаємо нашу розробку "Марсохід" – розповідає одна з розробників, старший викладач кафедри авіа та ракетобудування Механіко-машинобудівного інституту Ганна Сарибога. – Та насправді, це мобільне багатофункціональне шасі під змінне навісне обладнання, за принципом роботи , схоже на міні-танк. Ми створили його для військових".
Робот може виконувати різні військові завдання. Одне з актуальних для нинішнього часу - розмінування. Він може заїжджати на небезпечні ділянки, шестирухливим маніпулятором завантажувати небезпечний вантаж та вивозити його. "Марсохід" може самостійно орієнтуватися на місцевості, адже обладнаний системою машинного зору і власним "інтелектом". Курсові камери на маніпуляторі забезпечують йому точність рухів. І корпус, і програмне забезпечення справа рук студентів КПІ.
Розробкою вже зацікавились українські військові. Адже одна з головних переваг такої платформи – це ціна. Робот в кілька разів дешевший за іноземні аналоги. Якщо не враховувати вартість камер – обійдеться всього в 50 тисяч гривень.
Робот-маніпулятор
На кафедрі прикладної гідроаеромеханіки та мехатронніки Механіко-машинобудівного інституту молода українська винахідниця, другокурсниця Яна Жабура разом з командою студентів-однодумців з різних кафедр КПІ створили оригінальний робот-маніпулятор.
Збирати робота, який здатен перекладати речі з місця на місце, дівчина почала ще в школі. Для виготовлення свого прототипу обрала систему дельта-роботів. Їх винайшли й почали застосовувати на конвеєрному виробництві наприкінці 1980-х років. Нині дельта-роботи популярні на лініях упаковки.
Маніпулятор, який удосконалили студенти має переваги над аналогами. Він легший та набагато швидший. Може не лише переміщувати предмети, як роботи-аналоги, але й повертати їх. Це робить розробку унікальною. "Роботів з аналогічними функціями в світі ще ніхто не запатентував – розповідає Яна Жабура. – На конкурсі винахідників в Європейському союзі ми посіли друге місце".Та на цьому студенти не зупиняються. Постійно удосконалюють свою розробку. Хочуть аби їхній робот став ще розумнішим.
Розумне землеробство
Бур’яни – один з головних ворогів аграріїв. Методів боротьби з ними є безліч. У Київські політехніці ставку зробили на розумну агротехніку. Адже, за прогнозами експертів, через 50 років на полях будуть поратися маленькі автономні трактори-роботи.
Тож, почали працювати над розумним трактором-борцем з бур’янами – роботом FLIBot . Ініціював задум завідувач кафедри інтегрованих технологій машинобудування Механіко-машинобудівного інституту КПІ, професор Віталій Пасічник. "За нашим задумом невеликий-робот тракторець, отримавши інформацію з карти позиціонування бур’яну в реальному часі (GPS), автоматично обробляє їх гербіцидами навіть між культурними рослинами в ряду", – розповідає Віталій Пасічник.
Переваги такого методу не лише в точності видалення бур’яну та розпізнаванні широкого кола сільськогосподарських культур. Тут важливі економія недешевих гербіцидів та екологія. Точкове застосування хімікатів дозволяє скоротити їхнє використання щонайменше в десять разів й відповідно підвищити екологічність сільгосппродукції.
Для створення прототипу студенти поєднали характеристики найкращих в цій галузі аналогів від німецьких та австралійських виробників. FLIBot має модульну конструкцію. Тож, його можна використовувати на полях засіяних як низькорослими, так і іншими видами культур. Його дуже швидко можна перелаштувати. А ще робот-трактор дуже маневрений. Здатен розвертатися на місці, як танк.
Енергія з води
На сьогоднішній день одним з альтернативних видів палива є водень. Його можна вважати ідеальним джерелом енергії, адже він є усюди, де є вода. Спалювання водню є абсолютно екологічно безпечним, оскільки при цьому нічого, крім води, не утворюється. Водень має дуже високу теплотворну здатність: при спалюванні 1 г водню утворюється 120 Дж теплової енергії, а при спалюванні 1 г бензину - тільки 47 Дж.
Якби водень був так само доступний, як і природний газ, він би міг стати ідеальним паливом, яке не забруднює довкілля. Нині реальні промислові методи одержання водню базуються або на генеруванні його з інших видів органічного палива (природний газ, продукти нафтопереробки), або на електролізі води. Та отримувати водень з нафти неекономічно, тому що енергія з такого водню коштує у 3,5 разів дорожче, ніж енергія від спалювання бензину. До того ж собівартість такого водню постійно зростає у міру підвищення цін на нафту. Отримувати водень шляхом електролізу води ще дорожче, ніж з нафти. Ціна такого водню дорожча за електричний струм.
Дослідники інтенсивно працюють над здешевленням технологічних процесів виробництва водню за рахунок ефективнішого розкладання води. Адже, коли водень стане таким же доступним паливом, як сьогодні природний газ, то він зможе усюди його замінити. Водень можна буде спалювати в кухонних плитах чи водонагрівачах.
У стінах КПІ студенти разом з викладачами навчилися ефективно та безпечно отримувати екологічне паливо з води за допомогою електролізу. На базі Механіко-машинобудівного інституту на кафедрі прикладної гідроаеромеханіки та мехатроніки створили Високоефективний мехатронний генератор водню та кисню. Керівник проекту Ігор Ночніченко розповідає, що завдяки цій розробці, можна додатково знизити витрату електричної енергії до 30 % при генерації водню та підвищити безпечність за рахунок застосування трьох ступеневої системи захисту.
Зниження витрат на обслуговування до 50 % в порівнянні з існуючими аналогами (за рахунок автоматичного очищення пластин). Окрім цього, генератор водню здійснює адаптацію до різних температурних режимів шляхом автоматичної програмної корекції. "Наш прототип є унікальним. Ми застосовуємо ультразвуковий модуль та індивідуальну систему керування та програмування із зворотним зв'язком", – розповідає один з розробників генератора студент другого курсу Георгій Ситнюк.
В КПІ спроектували кілька варіантів компоновки реактора електролізера. Один для автомобілів в якості каталізатора горіння, щоб зменшувати витрати палива. Другий можна буде використовувати в промисловості, побуті для зварювання, пайки чи різки. Він зможе працювати від побутової електричної мережі. Ще розробили варіант електролізера, що має невеликі габарити й вагу та відрізняється високою технологічністю виготовлення. Не потребує ущільнень електролітичних комірок і може бути використаний у об’єктах з невеликим споживанням водню, наприклад, у безпілотних літальних апаратах у якості генератора палива.
Серед переваг студентської розробки – безпечність, функціональність, енергоефективність та розумна система керування. Використовувати такий генератор водню можна у автомобілебудуванні, аграрному секторі, високотехнологічному машинобудуванні, військово-промисловому комплексі, відновлювальній енергетиці та аерокосмічному комплексі.
Можна наводити приклади ще дуже багатьох фантастичних розробок студентів та вчених Київської політехніки, які вражають уяву. Журналісти поцікавилися секретом надзвичайної творчої плідності Київських політехніків у голови Ради молодих вчених КПІ, ще вчорашнього студента, а сьогодні кандидата технічних наук Олега Білецького.
На думку Олега цей секрет полягає в унікальній для України системі децентралізації і демократизації університету. Відповідно до цієї системи, яку було впроваджено ще на початку незалежності нашої країни, навчально-наукові інститути, факультети дослідницькі центри, конструкторські бюро, усього понад 70 підрозділів КПІ, отримали широкі права автономії за усіма напрямами своєї діяльності. За цією ознакою вони фактично стали галузевими університетами чи НДІ. Сам же КПІ став для них об’єднуючою системою, яка відповідає за стратегію розвитку, стандарти якості навчання та наукових досліджень, кадрову політику та деякі інші концептуальні види діяльності усіх підрозділів, які до нього входять.
Така децентралізація управління з часом дала свої позитивні результати. Відбулася величезна активізація ініціативи наукових шкіл, окремих вчених і студентів автономних підрозділів КПІ. Вони вже не чекали, що якісь проекти, завдання чи кошти будуть спущені їм згори, а проявляли власну ініціативу, шукаючи нові проекти, партнерів, замовників на наукові розробники як в Україні, так і по всьому світу.
Велике прискорення цій діяльності Київських політехніків дала і інноваційна екосистема "Sikorsky Challenge", створена відповідним законом України у 2006 році. Вона об’єднала на одному майданчику понад 110 високотехнологічних компаній, студентів та вчених, які зацікавлені впроваджувати свої винаходи спільно з цими компаніями, венчурні та інвестиційні фонди, які підтримують кращі стартапи. "За час діяльності нашої екосистеми на ринки України і інших країн світу вже виведено понад 150 проривних технологій і послуг із значним соціальним і економічним ефектом. Все це зроблено без вкладання жодних державних коштів" зазначив Олег Білецький.
Текст: Олександра Оркадієва