С 2022 года в рамках краевого проекта «Профильные школы при вузах Пермского края» в ПНИПУ открылась Политехническая школа для 10-11 классов. Под руководством ученых и преподавателей университета образование получают более 150 ребят — это будущие студенты, а в перспективе — сотрудники кафедр и лабораторий ПНИПУ, ведущих предприятий региона, участники научных и технологических грантов. Именно поэтому в Школе особое внимание уделяется проектной работе политехников.
Научная деятельность — это неотъемлемая часть образовательного процесса в Пермском Политехе, которая направлена на развитие отечественной фундаментальной и прикладной науки. В ПНИПУ студенты с первого курса погружаются в удивительный мир научных исследований.
Что касается учеников Политехничекой школы, то они приступают к этой деятельности еще раньше. Отличительной особенностью является то, что ребята решают реальные задачи производства. Они объединяются в проектные группы, кураторами которых становятся ведущие ученые и сотрудники вуза. Ученики проводят исследования и опыты, используя передовое оборудование лабораторий и научных центров Пермского Политеха.
На текущий момент все ученики 10-х классов Политехнической школы включены в проектную деятельность. Некоторые из них приступили к работе еще в начале учебного года, а часть политехников находится только в начале своего пути и проводит первые встречи с научными руководителями и кураторами проектов.
Проекты, над которыми работают школьники, разнообразны: от создания установки, симулирующей работу сердечно-сосудистой системы, до разработки болида и багги. В материале мы расскажем подробнее о каждом направлении работы учеников.
- Набор для самостоятельной сборки умной кнопки «Smart Knob» (научный руководитель — Роман Давлятшин, аспирант, младший научный сотрудник кафедры «Сварочное производство, метрология и технология материалов»)
Умная кнопка предназначена для простого управления сложными системами. Ребята самостоятельно разрабатывают все необходимые компоненты: микроконтроллер, датчики, сервоприводы, соединительные провода, а также инструкцию по сборке и программированию устройства. Разработка будет полезна другим школьникам, которые желают научиться основам электроники и IT-технологий.
- Система контроля сварки (научный руководитель — Роман Давлятшин, младший научный сотрудник, аспирант кафедры «Сварочное производство, метрология и технология материалов»)
В рамках этого проекта ребята создают систему с простыми камерами и датчиками для проверки сварных швов, применяя основы машинного обучения. Результатом станет прототип устройства контроля качества сварки, который может автоматически определять дефекты, уменьшая ошибки и повышая качество работы.
- Трекинг створок аортального клапана (научный руководитель — Алексей Кучумов, профессор кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика», доктор физико-математических наук)
Юные политехники создают программное обеспечение, обрабатывающее движение створки аортального клапана по видеоданным эхокардиографии, которое выдает траектории контрольных точек. Разработка позволит определять механические свойства мягких тканей, что является актуальной задачей биоинженерии.
- Гидродинамический контур (научный руководитель — Алексей Кучумов, профессор кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика», доктор физико-математических наук)
В ходе проекта ученики собирают экспериментальную установку, симулирующую работу сердечно-сосудистой системы. Разработка будет использована для исследования работы искусственных аортальных клапанов, изготавливаемых при помощи аддитивных технологий. Далее школьники изучат и создадут геометрию клапана, освоят печать на 3Д-принтере и протестируют полученные образцы.
- Роботехническая система мониторинга и предотвращения браконьерской деятельности (научный руководитель — Даниил Курушин, доцент кафедры «Информационные технологии и автоматизированные системы», кандидат технических наук)
Ученики исследуют, разрабатывают и тестируют роботехнические системы (РТС), предназначенные для мониторинга малых рек о. Сахалин и других подобных экосистем. РТС школьников будет включать устройства связи и геопозиционирования; беспилотные летательные аппараты самолетного типа для дальней разведки; подводные БПЛА большого радиуса действия для поиска сетей, скоплений мертвой рыбы и других следов браконьерства, и малого — для оснащения патрульных технических средств контроля рыбоохраны.
- Создание модели биологической конечности методом 3D-сканирования и параметрическое моделирование ортеза (научный руководитель — Евгений Лобов, заведующий учебной лабораторией кафедры «Динамика и прочность машин»)
При помощи технологий 3Д-сканирования и 3Д-печати школьники разрабатывают и изготавливают конструкцию лангеты (гипсовая повязка). Ортез — медицинское приспособление, предназначенное для фиксации поврежденного сустава — будет легко сниматься и надеваться, а кожа под ним будет дышать. Главное преимущество — возможность правильно распределить давление на конечности, что ускорит процесс заживления.
- Виртуальная физическая лаборатория (научный руководитель — Павел Гладких, студент кафедры «Математическое моделирование систем и процессов»)
Участники проекта создают приложение, предназначенное для учеников других школ, у которых нет необходимого лабораторного оборудования, а также ребят, которые получают образование в формате домашнего обучения. Разработка поможет таким школьникам проходить лабораторные практикумы по физике в онлайн-режиме. Политехники запишут уравнения физики, которые необходимо внедрить в код, сформулируют конкретные требования к приложению, спроектируют интерфейс и реализуют идею в форме игры.
- Разработка приложения для автоматизации составления расписания (научный руководитель — Анастасия Вшивкова, аспирантка кафедры «Математическое моделирование систем и процессов»)
Участники проекта анализируют факторы, которые необходимо учитывать при составлении расписания, формулируют критерии оптимальности, например, количество аудиторий, групп, преподавателей, их занятость и нагрузку. Далее на основе этих данных будет разработан и реализован алгоритм составления расписания. Результаты проекта можно будет использовать для других школ и вузов.
- Разработка VR-тренажера установки электрообессоливания и обезвоживания нефти (ЭЛОУ) на базе сред моделирования UniSim Design и Unity (научный руководитель — Илья Адищев, ассистент кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств»)
Проект политехников направлен на поддержку и усовершенствование навыков работы с ЭЛОУ у сотрудников на предприятии посредством виртуального тренажера. Благодаря ему можно будет дистанционно анализировать процесс работы установки, обучать молодых специалистов, повышать квалификацию сотрудников, которые будут получать новые инженерные прикладные знания. В процессе реализации проекта школьники улучшат свои способности математического моделирования, алгоритмизации, работы с OPC и в распределенной системе управления, рассчитают примерные затраты, отработают процедуры пуска-наладочных работ и проведут необходимые эксперименты.
- Создание и изготовление систем робота для решения широкого спектра задач (научный руководитель — Илья Адищев, ассистент кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств»)
Ученики разрабатывают многофункционального робота, выполняющего разнообразные задачи, например, оказание помощи в переноске деталей от станка к человеку, благодаря установленным на него модулям. Далее участники спроектируют и изготовят прочную и надежную конструкцию из металла, которая сможет выдерживать различные условия эксплуатации. Также политехники создадут эффективные системы управления роботом, сбора и анализа данных для мониторинга его работы. Кроме того, школьники примут участие в производстве и проведут испытания с целью проверки качества разработки.
- Разработка мобильного шасси универсальной установки (научный руководитель — Илья Адищев, ассистент кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств»)
В ходе работы ученики изготавливают универсальную мобильную установку, которая способна, например, убирать снег, косить траву или выполнять другие подобные задачи. Ребята создадут прочную и устойчивую конструкцию шасси, которая будет выдерживать разнообразные нагрузки и условия эксплуатации. Также школьники разработают современную систему управления, которая позволит операторам контролировать и отслеживать деятельность установки в режиме реального времени и теплого помещения, что повысит безопасность и эффективность процесса работы. В завершение, ученики соберут прототип шасси и проведут тщательные испытания, чтобы убедиться в надежности и функциональности разработки.
- Совершенствование характеристик муфельных печей (научный руководитель — Ринат Абзаев, заведующий учебной лабораторией кафедры «Инновационные технологии машиностроения»)
Нагревательные элементы муфельных печей часто выходят из строя, их ремонт занимает большое количество времени и дорого стоит, поскольку приходится менять все составляющие. Школьники разрабатывают такую технологию, которая позволит менять только выбывшие из строя элементы. Это поможет предприятиям увеличить производительность за счет сокращения времени на ремонт оборудования.
- Изготовление керамических фильтров для решения нехватки исследовательского оборудования (научный руководитель — Василиса Уфимская, студентка кафедры «Инновационные технологии машиностроения»)
На сегодняшний день в производстве существует нехватка оборудования для исследования гидродинамических свойств новых по структуре типов керамических литейных фильтров. Ученики создают стенд для их изучения. Это даст возможность обеспечить надежное качество металла и получать литье с высокими механическими свойствами.
- Разработка переводчика с языка жестов (научный руководитель — Полина Соснина, студентка кафедры «Менеджмент и маркетинг»)
Проект решит проблему коммуникации людей с нарушениями слухового и речевого аппарата. На данный момент проводится сбор информации для базы данных, которая будет внесена в нейросимулятор (НС). Для этого участники исследуют популярность различных видов языков жестов и фотографируют их. Следующим этапом станет перенос полученной информации в НС при помощи кодирования. Приложение можно будет применять как в личных, так и в рабочих целях. Оно поможет анализировать жесты человека и переводить их в текстовый вариант, используя камеру телефона.
- Создание новых обезболивающих препаратов (научный руководитель — Вадим Лядов, старший преподаватель кафедры «Химия и биотехнология»)
В ходе работы ребята получат новые биоактивные вещества на основе моноциклических 1-антипирилзамещенных-1Н-пиррол-2,3-дионов. На данный момент школьники самостоятельно синтезируют необходимые исходные компоненты и ставят эксперимент с различными нуклеофильными реагентами. В результате получатся новые вещества, которые могут использоваться в качестве лекарственных препаратов. Для предварительной оценки биологической активности применяются методы in silico — моделирование в специализированных программах. Также для подтверждения структуры полученных соединений применялись различные физические методы исследования: ЯМР-, ИК-спектроскопия и элементный анализ.
- Разработка программного пакета для работы с композитными материалами (научный руководитель — Сергей Власов, ведущий инженер кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств»)
Школьники создают программный модуль, который снизит косвенные и прямые затраты на проектирование жизненного цикла ответственных изделий из композитов. Эта разработка будет полезна для предприятий аэрокосмической (в первую очередь, для группы компаний ОДК) и машиностроительной отраслей Пермского края и России.
- Создание 3Д-лидара (научный руководитель — Антон Лубянский, студент кафедры «Автоматика и телемеханика»)
Политехники разрабатывают навигационный лидар (технология измерения расстояний путем излучения света и замера времени возвращения этого отраженного света на приемник) на базе 2Д-технологий и поворотной системы с возможностью получения облака точек в 3-х плоскостях. Особенность и основная задача проекта — создание бюджетной системы навигации для тихоходных роботов, например, пылесосов и курьеров.
- Конструирование «Багги», болида формулы «Студент» и разработка создания электрического картинга (научные руководители — Евгений Генсон, доцент кафедры «Автомобили и технологические машины», кандидат технических наук; Александр Дубков, студент кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов»)
Группа проектов, посвященных созданию и тестированию нагрузочных стендов, прототипов болида и багги. В ходе работы над стендом ученики разрабатывают эскизы и собирают стенд. При конструировании болида и багги ученики проведут испытания, устранят неисправности и поработают над оптимизацией конструкции.
- Исследование композитов на основе льда (научный руководитель — Дмитрий Лобанов, старший научный сотрудник Центра экспериментальной механики, кандидат технических наук)
Для полетов в Арктику самолетам необходима взлетно-посадочная полоса. В суровых условиях нет возможности использовать асфальт и другие прочные материалы, а их завоз нерентабелен. Школьники создают материал на основе льда, добавляя в него опилки. Далее ребята будут испытывать свойства полученного вещества.
- Исследование морфологии кристаллов струвита (научный руководитель — Юлия Кузнецова, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика», кандидат физико-математических наук)
В рамках проекта ребята разрабатывают способ получения минерального удобрения длительного действия на основе струвита, который будет направлен на решение ряда важнейших практических задач сельского хозяйства. Основными являются снижение потерь элементов питания, повышение эффективности их действия и сохранение окружающей среды.
- Исследование влияния электронных выпаривателей на здоровье человека (научный руководитель — Екатерина Баньковская, доцент кафедры «Химические технологии», кандидат фармацевтических наук)
В связи с популярностью электронных выпаривателей табака среди молодого поколения необходимо оценивать их влияние на здоровье человека. Сейчас школьники проводят социологическое исследование о распространенности устройств. На следующем этапе участники проанализируют состояние здоровья курящих и не курящих людей на основе объема легких.
- Исследования в нефтегазовой сфере
В рамках проекта школьники присоединятся к работе ученых НОЦ геологии и разработки нефтяных и газовых месторождений горно-нефтяного факультета по направлениям: геология и разработка нефтяных и газовых месторождений, технологии добычи нефти и газа, IT-технологии в области нефтяной промышленности, строительство скважин/строительство объектов для нефтяной промышленности и экологические проблемы нефтяной промышленности. Сейчас ребята распределяются по группам, выбирают темы проектов и проводят встречи с научными руководителями.
Отметим, что на сегодняшний день каждый ученый Пермского Политеха может привлечь учеников Политехнической школы к проектной деятельности. Это поможет вырастить из ребят высококвалифицированных научно-технологических лидеров. Тем, кто заинтересован в сотрудничестве, необходимо заполнить форму обратной связи.