Челябинские ученые создают нейросеть для беспилотников и находят новые способы выявлять вредные вещества в воде. Ко Дню российской науки, который отмечается 8 февраля, редакция ЕАН собрала последние открытия и разработки специалистов Южно-Уральского государственного университета.
Беспилотники с нейросетью и подкрылками, как у самолетов
Ученые вуза разрабатывают систему управления беспилотными летательными аппаратами. Цель работ — снижение расхода топлива или заряда аккумулятора, а также автоматическая стабилизация БПЛА в воздухе. В крылья беспилотников хотят вмонтировать подкрылки и надкрылки, которые раньше использовались только в больших летательных аппаратах. Новые элементы позволят стабилизировать движения объекта при порывах ветра. Это поможет беспилотникам придерживаться заданной траектории. За работу подкрылков и надкрылков отвечает система, созданная на базе искусственного интеллекта. Она сможет самостоятельно выбирать оптимальные углы подъема и спуска аппарата.
«Мы создаем нейронную сеть, которая будет нарабатывать базу данных по ошибкам аппарата при полете. Когда беспилотник движется без управления человеком, он многократно совершает одни и те же действия, а нейронная сеть в этот момент собирает все погрешности в движении аппарата. Собрав базу таких данных, нейронная сеть сможет прогнозировать и мгновенно ликвидировать всевозможные отклонения при движении БПЛА», — рассказал заведующий кафедрой «Промышленная теплоэнергетика» ЮУрГУ Константин Осинцев.
Сейчас ученые сосредоточились на изготовлении подкрылков и надкрылков. С помощью аэротрубы исследователи подвергают их воздействию потоков воздуха при разных скоростях и углах наклона.
«Мы разные модели смотрим, продуваем. Пытаемся выяснить, какая модификация лучше. Работы по этому проекту идут третий год, мы вышли на финальную стадию. Завершаем все эксперименты и продувки. Я думаю, к концу этого года уже будут опубликованы основные результаты, а возможно, будут и какие-то внедрения», — заявил преподаватель кафедры «Промышленная теплоэнергетика» ЮУрГУ Никита Пшениснов.
Фотокатализатор для очистки воды
Ученые ЮУрГУ придумали эффективный способ очистки воды от фенола, красителей и других загрязнений искусственного происхождения. Для этих целей они предлагают использовать фотокатализаторы.
Это полупроводниковые материалы, которые под воздействием ультрафиолета помогают разложению загрязнителей, очищая воду.
«Катализатор — это такое вещество, которое в реакции участвует, но не расходуется там. То есть это не реактив, но оно способствует протеканию какого-то процесса, в нашем случае — это процесс минерализации трудноокисляемых органических загрязнений», — рассказал ЕАН заведующий кафедрой экологии и химической технологии Института естественных и точных наук ЮУрГУ Вячеслав Авдин.
Основным компонентом катализатора является политриазинимид — это бледно-желтый порошок. Его добавляют в силикагель и высушивают. Затем формируют мелкие гранулы.
«Эти гранулы достаточно маленького размера — 1-1,5 мм. Они будут работать очень долго, пока механически не сотрутся полностью в порошок. Нам удалось получить фотокатализатор, который в пять раз активнее, чем коммерческие аналоги.
Мы разработали прототип установки. Там есть облучатель, внутри него расположена трубка, заполненная гранулами фотокатализатора, и насос, который прокачивает через трубку очищаемый раствор, например, какого-либо красителя. Вода входит окрашенная, а выходит уже бесцветная.
Если эту прозрачную воду проанализировать на содержание органических веществ, то мы увидим, что контакта с фотокатализатором под облучением в течение примерно 30 минут достаточно, чтобы разложение произошло полностью, то есть полностью прошел процесс минерализации», — отметил Вячеслав Авдин.
Применять такую технологию на городских очистных сооружениях нет смысла, потому что там нет таких загрязнений, добавил доктор химических наук.
«На производственных очистных станциях мы хотим попробовать их применить. Если говорить про наш регион, то это предприятия, у которых есть в сточных водах фенол и его производные, предприятия, которые работают с производством теплоизоляционных материалов. Это и металлургическая отрасль, особенно то, что связано с обработкой углеродных материалов, коксохимическое производство», — сообщил он.
Отравляющие вещества
Еще одно открытие химиков ЮУрГУ связано с новым методом выявления вредных веществ. Ученые нашли способ обнаруживать отравляющие вещества в воде даже в мизерной концентрации.
«Наноматериалам можно придать определенные свойства, когда они будут взаимодействовать только с определенными компонентами окружающей среды. И когда наночастицы взаимодействуют с этими веществами, они дают электрохимический отклик, который мы можем зафиксировать.
Если есть другие вещества похожей структуры, они будут давать другой отклик, и мы, соответственно, увидим, что это не то вещество. На этом основан метод этой электросенсорики», — пояснил Вячеслав Авдин.
Преимуществом этого метода является то, что исследование можно провести моментально. Если это загрязненный водоем, то специалист может погрузить в воду электрод и сразу же увидеть концентрацию опасных веществ.
«Например, если известно, что какое-то предприятие может выбрасывать в сточных водах какие-то определенные вещества, то можно взять вот этот электрод, небольшой прибор размером с ладонь и определить наличие или отсутствие этого загрязнения. Также с погрешностью не более 3% можно определить и концентрацию», — резюмировал Вячеслав Авдин.
Тепловая изоляция нового типа
После введения санкций ученым начали поступать запросы на разработку продукции для замещения импорта. Один из таких заказов поступил от предприятия, занимающегося производством теплоизолированных труб. В результате работы над проектом челябинские химики впервые в России получили лабораторный образец фенольной пены. Это теплоизоляционный материал, который может заменить пенополиуретан.
«У пенополиуретана, который сейчас применяется для теплоизоляции, есть ряд недостатков, связанных, например, с его горючестью при температуре выше 200 градусов. Самый главный недостаток — это то, что он производится не на территории России. Когда начались пакетные санкции, то встал вопрос об импортозамещении.
Мы предложили другой полимер с похожей химической природой, но другой по структуре, который по большей части параметров даже лучше пенополиуретана. Например, прочность у него в несколько раз выше.
А самое главное преимущество — он полностью может быть получен из компонентов, которые производятся на территории России», — констатировал Вячеслав Авдин.
Также ученые ЮУрГУ обучают искусственный интеллект прогнозировать возникновение заторов на дорогах. Программа, разработанная специалистами, может контролировать уборку снега. Подробнее об этом мы писали здесь.
Нейросеть для коров и уникальная защита от БПЛА: челябинские ученые — о новых разработках 6 февраля в 14:49
