Научные достижения: от игр до умной парковки

8 февраля все российские ученые отмечают свой профессиональный праздник. Несмотря на недостаток финансовой поддержки, бюрократические проволочки и скептицизм окружающих южноуральские изобретатели пытаются изменить жизнь к лучшему и верят, что их идеи будут востребованы. В нашем обзоре мы собрали различные научные достижения студентов и преподавателей вузов Челябинской области.

На энергетическом факультете ЮУрГУ разработали универсальный диагностический комплекс для медицины. Он представлял собой персональный компьютер, в который «упаковали» многоканальную ЭКГ, УЗИ и другие сигналы.

Компьютерный кардиотокограф МАК-01 был спроектирован с учетом опыта разработок подобных приборов в Европе, США и Японии, а также содержал и свои уникальные особенности, например автоматизированный расчет оценок состояний плода («оценка по Фишеру») и пространственное изображение схваток. Новинкой стала высокоточная электрокардиография. Если импульс обычной электрокардиограммы измеряется в диапазоне от одного милливольта до 100 микровольт, то разрешающая способность новых приборов – от одного микровольта! Таким аппаратом можно регистрировать ЭКГ плода со сроком беременности 20–25 недель неинвазивным способом. Ученые синхронизировали высокоточную ЭКГ с сигналом пульса плода, и это показало, насколько метод одновременного анализа перспективен и превосходит существующие на сегодня

В течение пяти лет было разработано несколько вариантов регистратора ЭКГ и его программного обеспечения, а также получено несколько патентов. Но в практической медицине ЭКГ плода пока не признана предметом диагностики. Доказать правомочность нового метода возможно только после долгого применения и получения огромного количества статистических данных.

Тогда один из ведущих ученых физиологов России, профессор П. Б. Цывьян из Екатеринбурга предложил заменить сигнал пульса доплеровским сигналом кровотока. На основании этих данных новый прибор мог бы измерять так называемый электромеханический интервал, который до настоящего времени, кроме как в экспериментальных работах, никто не исследовал.

Было заключено соглашение о сотрудничестве с литовской компанией Medelkom – единственном на постсоветском пространстве производителем ультразвуковых сканеров. Совместная работа предполагала синхронизацию сигналов УЗ-сканера и высокоточного кардиографа, чтобы одновременно наблюдать движение сердечного клапана и электросигнал, который им управляет. Затем можно оценивать их взаимовлияние, точность и быстроту реакции. Прибор появился очень быстро и был предложен кардиологам: начались эксперименты, обработка сигналов и анализ полученных данных. Ученым уже удалось получить совершенно неожиданные результаты, которые могут многое изменить в кардиологии.

Что касается практического применения, то пока клиники не готовы осваивать новшество, т. к. совместное использование электрокардиографов и ультразвуковых сканеров должно пройти необходимую сертификацию.

Несколько лет назад на энергетическом факультете зародилась идея технико-коммерческого проекта: создать и организовать в России разработку серийной продукции собственной инсулиновой помпы – прибора, который автоматически вводит необходимые дозы лекарства больным диабетом.

Применение помп позволяет снизить расход инсулина чуть ли не в два раза. Во всем мире устройство имеет широкое применение, однако импортные приборы достаточно дороги (порядка 200 тысяч рублей, плюс около 10 тысяч рублей в месяц на расходные материалы), а в России пока никто не берется их производить.

Ученые ЮУрГУ долгое время изучали эту проблему и дали своему проекту немного иное направление. «Мы запатентовали устройство контроля и управления функциональным состоянием человека, который базируется на наших достижениях и наработках по диагностике здоровья, в частности, на высокоточной электрокардиограмме, – рассказывает Владимир Кодкин. – Мы стараемся создать систему, которая бы не просто подавала инсулин, как это делается в помпах, а в более широком плане пыталась контролировать и управлять состоянием человека».

Одна из сложностей лечения сахарного диабета заключается в необходимости подачи инсулина в определенное время и в определенном количестве: ни больше, ни меньше. Сложно бывает отследить, какая доза инсулина нужна в данный момент, т.к. уровень потребления глюкозы в организме постоянно меняется: если человек сидит на месте – это один уровень, если ходит – другой, если бегает – третий. Заранее спрогнозировать и избежать состояний перекомпенсации или недокомпенсации уровня сахара в крови очень сложно, и даже самые современные инсулиновые помпы не могут учесть всех особенностей организма. Сделать это можно только контролируя функциональное состояние пациента – ЭКГ, температуру тела, уровень сахара в крови и т. д.

Ученые университета предлагают систему, которая будет работать не с одним препаратом, а одновременно с двумя–тремя. Для развития этого проекта на базе ЮУрГУ было создано малое предприятие ООО «Инномед», которое занимается разработкой системы автоматизированного управления физиологическим состоянием пациента.

«Уникальность разработки заключается в том, что прибор может в своей конструкции использовать обыкновенный мобильный телефон, который возьмет на себя функции контроллера. Теоретически за счет этого он может стать дешевле и решить задачу непрерывного информирования врачей-консультантов, – говорит Яков Шмарин. – Это позволит прийти к современной структуре терапии диабета: создать базу данных и подключить ее к единому центру мониторинга состояния пациентов в городе или области».

Непрерывный контроль функционального состояния особенно важен для групп риска, т. е. пациентов, у которых сахарный диабет – не единственное заболевание. Во-первых, к этой группе относятся «сердечники», у которых очень высока угроза осложнений при ишемической болезни сердца или даже внезапная смерть. Им категорически недостаточно регистрировать стандартную ЭКГ раз в год. Во-вторых, в группу риска попадают беременные с сахарным диабетом, контроль состояния который очень важен. Устройства способные регистрировать ЭКГ не только женщины, но и плода, открывают совершенно новые перспективы.

Ученые кафедры «прикладная биотехнология» ИЭТТ ЮУрГУ запатентовали «Консервированный мясной корм для домашних животных». Перед разработчиками рецептур кормов для собак стоит ряд специфических задач. В частности, в рецептуре корма для собак необходимо использовать вторичные ресурсы мясоперерабатывающих предприятий. Также необходимо добиться удешевления производства. При этом очень важно, чтобы корм не содержал растительных компонентов и полностью соответствовал физиологическим потребностям любимых домашних питомцев. В течение трех лет разработчикам удалось достигнуть поставленных целей и получить результаты, соответствующие всем требованиям производителей.

Студентка факультета экономики и предпринимательства ЮУрГУ Анастасия Бердинская-Анкудинова представила проект, ориентированный на небольшие автопарковки около зданий, где сложно поставить автомобиль.

Идея проекта заключается в систематизации парковок на карте города путем создания общей базы данных. Места можно будет забронировать онлайн через приложение в телефоне или на сайте. Программа покажет водителю наличие машино-мест и примерное время, через которое освободится ближайшее. Оплату за бронь можно произвести через WebMoney, платное СМС-сообщение или банковскую карту. В ответ же клиент получит индивидуальный код, который он сможет ввести на информационном табло стоянки или предъявить автосторожу.

На самой парковке датчики движения будут регистрировать въезд автомобиля и по истечении запрограммированного времени (например, пять минут), поднимется специальный барьер и зафиксирует задние колеса автомобиля. После этого информация поступит в базу данных, и на карте парковки в мобильном приложении появится значок «место занято».

Планируется, что «умные» парковки будут вводиться постепенно в режиме бета-тестирования.

Профессор кафедры строительной механики ЮУрГУ Геннадий Сидоров создал аппарат по очистке донных иловых отложений на озере Увильды.

Геннадий Федорович давно увлекается подводной охотой. Он заинтересовался экологическим состоянием озера Увильды и создал группу экологов, химиков и биологов, которые провели исследование и выяснили, что ил на дне опасен – там отсутствуют живые организмы. Профессор создал и запатентовал аппарат, который поможет убрать черный ил и некрупные кусты со дна.

В Кыштыме заинтересовались наработками ученого и показали ему несколько участков для организации щадящей очистки дна. Для новых испытаний аппарата выбран участок речки Кыштымки в центре города около ЗАО «Кыштымское машиностроительное объединение». Результаты будут обнародованы в этом году.

Совместно с профессором университета Луизианы (США) Юрием Львовым, заведующим кафедрой низких температур Александром Васильевым декан физического факультета ЧелГУ Сергей Таскаев открыли технологию переработки отходов ЧМК в прочный строительный материал – биополимерный бетон. По словам Сергея Таскаева, этот строительный материал по жаропрочности и технологическим характеристикам превосходит даже цементный бетон.

Более 15 лет успешно разрабатывает и внедряет новые разработки в области лазерной медицины Межвузовский медико-физический центр (ММФЦ) – совместный проект Челябинского государственного университета и Челябинской государственной медицинской академии. В 2012 году ученые получили финансирование в рамках областной целевой программы «Развитие инновационной деятельности в Челябинской области» на 2011–2012 годы на исследование «Клинические перспективы применения волоконных лазеров субдвухмикронного диапазона в лечении сосудистой патологии».

По сути, ученые ЧелГУ и ЧелГМА совершили прорыв в лечении сложных сосудистых патологий. До этого врожденные и приобретенные мальформации и гемангиомы (поражение сосудов) удаляли хирургическим путем.

В своих разработках ученые использовали новые лазерные технологии, которые до этого применялись в промышленности. В распоряжении исследователей оказались два уникальных волоконных лазера субдвухмикронного диапазона. С их помощью только за прошлый год сотрудниками ММФЦ было сделано около сотни операций взрослым и детям, в том числе грудного возраста, из разных регионов страны и даже зарубежья. С помощью новых лазеров удалось решить и проблему устранения самой трудной сосудистой патологии – мальформаций. Ученые добились результатов в лечении крупнокистозных лимфангиом – это сосудистая опухоль лимфатической системы, которая до сих пор лечилась только хирургически с большим количеством осложнений.

Только один пример: разработанная технология была использована при лечении лимфангиомы у новорожденного ребенка. Опухоль находилась на грудной клетке и левой руке, ее общий объем составлял 1400 мл, 35% от массы тела. Патология сопровождалась переломом плечевой кости. Операция, проведенная профессором ЧелГМА Иваном Абушкиным, не только избавила ребенка от ужасного уродства, но и полностью сохранила все функции руки и пальцев с прекрасным косметическим результатом.

Полученные результаты мировое научное сообщество назвало фантастическими. Они были представлены на всемирной конференции по применению лазерной медицины в Сан-Франциско Photonic West и опубликованы в зарубежных изданиях.

В Челябинской агроинженерной академии придумали, как делать кормовую муку из... саранчи. Такой продукт не просто полезен, он помогет восполнить дефицит животного белка у животных.

Потребление мяса, а как следствие, и качество жизни, в России падает. Если в начале 1990-х годов этот показатель в стране составляла 75 килограммов на человека в год, то в начале 2000-х цифра снизилась до 45 килограммов. При этом более 50% красного мяса завозится по импорту. Ожидается, что благодаря государственной поддержке к 2020 году поголовье помесного и мясного скота вырастет до 3,6 млн голов. В Челябинской области мясным скотоводством занимаются 170 хозяйство различных форм собственности, но нет ни одной специализированной, построенной по инновационным технологиям, крупной откорм площадки.

В регионе сосредоточенно около 50% российского поголовья герефордов, но себестоимость говядины в области составляет около 180 руб./кг. Импортное блочное с учетом транспортных расходов из Латинской Америки 140 руб./кг.

Разработанный в ЧГАА метод заготовки сухого монокорма позволяет значительно снизить себестоимость полнорационных комбикормов. Кроме Калмыкии ежегодному нашествию подвергаются все области юга России и Казахстана. В 2014 году саранча оккупировала Башкирию и Южный Урал.

Но вредоносная саранча может стать полезной, поскольку она содержит много протеина. Факты поражают: в свинине и баранине содержание протеина 17%, в рыбе – 21%, а в саранче – 75%.

Предприятием «Биоэнергия и К» г. Коркино совместно с ЧГАА разработан комплекс механизмов, позволяющих на высокой скорости и крайне недорого собирать саранчу с грунта и перерабатывать ее в муку. Существующая технология уже прошла апробацию.

Доцент кафедры географии ЧГПУ Сергей Захаров выпустил книгу «Экосистема озера Чебаркуль до и после падения метеорита». Она написана по результатам исследований в 2013–2014 годах, которые касались ледового покрова, параметров озерной экосистемы и воздействия метеорита после его падения на химический состав и качество озерных вод.

Ученый отметил, что перечисленные эффекты были незначительными и не превышали предельно допустимых значений, за исключением марганца, концентрация которого местами достигала экстремально высоких значений. В настоящее время озеро практически полностью справилось с последствиями падения метеорита.

Книга рассчитана на специалистов в области гидрологии, озероведения, экологии. Она будет полезна преподавателям, аспирантам и студентам, интересующимся метеоритом «Челябинск».

Издание уже было представлено на фестивале Русского географического общества в Москве.

Студенты РБИУ Руслан Колмаков и Сергей Коренюгин разработали проект для удаленного управления компьютером с помощью смартфона или планшета через Wi-Fi-соединение. Главное отличие проекта от существующих аналогов (UnifiedRemote, TeamViewer) заключается в использовании тонкого веб-клиента – это означает, что пользователю не потребуется устанавливать дополнительные приложения на мобильном устройстве.

Проект состоит из двух компонент: сервер для ПК и мобильное web-приложение для планшета/смартфона. Пока реализованы базовые возможности: управление громкостью, медиа-функциями, запущенными процессами и отправка сообщения в буфер обмена компьютера.

Создатели игры: программирование – Попов Никита (студент РБИУ), дизайн – Аржанцева Екатерина (студентка ЮУрГУ).

Игра повествует об ученом, который работал на заводе в секретной лаборатории. Все было хорошо, но потом что-то пошло не так и на заводе случилась серьезная авария – все началось рушится. Цель нашего ученого выбраться с завода целым и невредимым, а поможет ему достичь цели – главное творение всей его жизни – устройство, способное увеличивать и уменьшать физические размеры любых объектов.

Игра была разработана на игровом движке Unity3D в рамках участия в конкурсе Global Game Jam 2015 (цель этого мероприятия, создать игру за 48 часов, набраться опыта и просто хорошо провести время).