Две девочки из России стали глобальными финалистками международного конкурса научных работ Google Science Fair. Всего финалистов было 15, подавляющее большинство (семь проектов) – из США. Еще восемь проектов российских школьников стали региональными финалистами. Среди них есть очень любопытные изобретения.
Ученицы Московской частной школы «Новое образование» 14-летняя Лиза Соснова и 13-летняя Тина Кабир придумали ЛиТин – универсальный прибор, с помощью которого можно измерять как массу, так и плотность жидкостей, сыпучих материалов и твердых тел. Прибор сделан из прозрачных пластиковых бутылок. Он состоит из стакана, направляющего цилиндра и поплавка с чашкой наверху. В стакан ставится направляющий цилиндр с отверстиями для проникновения воды, внутрь цилиндра – поплавок.
Чтобы измерить массу тела, необходимо замерить начальный уровень воды в стакане. Затем тело помещается в чашку, закрепленную на поплавке. Под тяжестью предмета поплавок уходит вниз, уровень жидкости в стакане, соответственно, повышается. Чтобы измерить плотность тела, его нужно поместить не в чашку, а внутрь поплавка. Кроме начального и конечного уровня жидкости в стакане, здесь необходимо измерить начальный и конечный уровень жидкости в поплавке.
«Мы осознаем, что наша идея «не изменит мир», как призывает Google. Но это наша лишь первая креативная идея!» - говорится в презентации изобретательниц.
У финалистов Google Science Fair 2013 года есть нечто общее: все они в своих работах описывают реально существующее изобретение. Например, 15-летняя Энн Макосински (Ann Makosinski) из Канады придумала фонарик без батареек, работающий за счет тепла, выделяемого рукой; 16-летняя Элиф Билгин (Elif Bilgin) изобрела биопластик из банановой кожуры, который может стать заменой традиционной пластмассе из нефтепродуктов; 18-летний Чаралампос Иоанноу (Charalampos Ioannou) из Греции сделал металлическую перчатку-экзоскелет, которая может помочь людям с затрудненным движением пальцев; 17-летняя Элизабет Джао (Elizabeth Zhao) из США изобрела многоступенчатую систему распознавания рака кожи на ранних стадиях с помощью обработки изображений родинок.
Хотя в глобальный финал Google Science Fair вышел только один российский проект, Google отметила еще восемь работ российских школьников как победителей на региональном уровне.
Разработка принципиально нового цифрового носителя информации
Трое школьников 10 класса физико-математического лицея №82 Нижнего Новгорода – Никита Чернядев, Антон Зарубин и Илья Данилов – разработали Digital Sandwich: физический носитель цифровых данных, отличающийся от всех ныне существующих своей вместимостью, высокой степенью защиты данных и надежностью конструкции.
С помощью лазера ребята выжгли на поверхности оргстекла разные по высоте структуры, внешне похожие на сосульки. Затем они провели эксперимент: просветили стекло с «сосульками» лазером, установив напротив экран. Оказалось, что лазерное излучение формирует на экране окружности разного радиуса. Радиус окружностей зависит от высоты «сосульки».
Предполагается, что в прототипе устройства, который изобретатели намерены собрать летом, будут сосульки четырех разных размеров, и располагаться они будут на трех слоях. Таким образом, окружностей разного радиуса будет 12. Для считывания информации будет использоваться ПЗС-матрица и микроконтроллер, который будет распознавать каждую окружность, в зависимости от ее радиуса, как одну из четырех двоичных комбинаций – 00, 01, 10, 11. На одну «сосульку» можно будет записать 2 бита информации. Таким образом, на 1 квадратном сантиметре стекла будет храниться до 46.3 Гб информации, а на стекло форма А4 поместится 28 терабайт.
Биотопливо путем замораживания топинамбура
14-летний Михаил Хорольский нашел более экологичный и экономичный способ создания биотоплива из клубней топинамбура.
Топинамбур уже используется для производства биотоплива, однако, для получения результата клубни нагревают до высокой температуры. Цель тепловой обработки состоит в гидролизе полисахарида инулина до фруктозы. Михаил Хорольский предложил вместо высокотемпературного гидролиза использовать низкотемпературный.
Он выкопал дикорастущий топинамбур, посадки которого обнаружились возле его дома, и разделил клубни на четыре равные по весу части. Клубни были протерты на терке. Три части были помещены в морозильник при температуре -20 градусов на разное время (от 20 до 24 часов). Четвертая часть была помещена в водяную баню и для сравнения подверглась высокотемпературной обработке.
Затем с помощью собранного из скороварки дистиллятора исследователь сбродил топинамбур и посчитал получившийся биоэтанол в граммах и градусах крепости (с помощью спиртометра). В результате эксперимента выяснилось, что заморозка топинамбура дает биоэтанол в достаточном количестве для производства биотоплива, при этом являясь более экологичным и экономичным способом, чем нагревание.
Доказательство полупроводниковых свойств системы сажа-вода
18-летний Алексей Лященко (Alexey Lyashenko) собрал прибор, способный доказать или опровергнуть теорию: пленка сажи в подсоленной воде обладает полупроводниковыми свойствами.
Прибор представлял собой ванночку, в которой были закреплены три угольных электрода. Один был помещен на дно ванночки, два других – на поверхность воды. С помощью шприца можно было регулировать уровень воды в ванночке таким образом, чтобы электроды касались слоя сажи на воде.
В результате многочисленных экспериментов стало ясно, что теория о полупроводниковых свойствах системы сажа-вода подтверждается. Исследование может в будущем привести к созданию новых полупроводниковых приборов.
Автомобиль-карусель
13-летний Максим Смирнов из Чебоксар предлагает сделать поездку в автомобиле для водителя и пассажиров безопаснее с помощью вращающейся на 180 градусов кабины.
При столкновении с препятствием кабина автомобиля с помощью встроенного электрического мотора поворачивается на 180 градусов. Кабина поворачивается в противоположную от вращения электродвигателя сторону под действием реактивного момента. С обеих сторон кабина оборудована фиксаторами, которые в нужный момент закрепляют ее в определенном положении.
Таким образом, во время столкновения водитель и пассажиры оказываются спиной к препятствию. Так как при столкновении пассажиров тянет вперед, а при развороте кабины на 180 градусов - назад, и эти силы равны, то они взаимно гасятся. В результате вероятность повреждения пассажиров и водителя при аварии значительно снижается.
Школьник не только построил действующую модель автомобиля с вращающейся кабиной (на видео, в основе модели использована электросушилка – у нее есть датчик расстояния и электромотор), но и запатентовал свою идею.
Освещение трамвайных путей…самими трамваями
«В Челябинске 15 февраля пролетел метеорит,после которого мощнейший поток воздуха за счёт силы давления повредил огромное количество стекла, и тогда я подумал-неужели человек не сможет выработать энергию за счёт огромной силы давления?», - пишет 14-летний житель Челябинска Марвей Гревцов в своей конкурсной работе.
Он предлагает использовать силу давления трамваев на пути для выработки электрического тока. Для этого между рельсами и шпалами нужно установить пьезокерамические элементы. Силы давления многотонного трамвая будет достаточно, чтобы выработать электроэнергию для освещения пути транспортного средства без использования традиционных фонарей. Таким же образом можно осветить любую дорогу, на которой транспортное средство движется по определенной траектории. Например, железную дорогу.
В доказательство своей теории Матвей провел эксперимент, соорудив электрическую цепь из пьезокерамического элемента и светодиода. При надавливании на пьезокерамический элемент диод светится.
«Свою благодарность я хочу выразить google конкурс, который дал мне возможность поделиться идеей, а также своему учителю по информатике (Ирине Валерьевне) который сказал мне как правильно отправить проект на GOOGLE к сожалению кроме одного учителя (Ирины Валерьевны) из школы мне никто не помогал», - пишет Матвей в разделе «библиография и благодарности».
«Висячие сады» Семирамиды в Казани
Бекжан Джумаков и Булат Каримов из казанского Лицея-интерната №2, задумали улучшить экологию родного города и заодно придать ему «эстетичный» вид. Для этого они предлагают покрыть дома Казани (и других больших городов мира) растительностью. Идея не нова – французский ботаник Патрик Бланк, к примеру, придумал способ озеленения не только крыш, но и стен путем строительства металлического каркаса с настилом из полимерного войлока. Однако в мире практика озеленения домов не получила широкого распространения, так как выращивать такие сады и поддерживать их в надлежащем состоянии слишком дорого.
Новаторство Джумакова и Каримова состоит в создании легкой и экономной системы озеленения крыш. Для защиты крыши от воды и корней на нее кладется специальная мембрана. Затем идет слой керамзита и экструдированного полистирола, которые выполняют функцию дренажа. Вместо почвы используется льняное полотно.
Система орошения автоматическая и работает только тогда, когда полив действительно необходим. Датчиком влажности выступает полиакрилат натрия. Когда льняное полотно становится сухим, гранулы полиакрилата натрия уменьшаются в размерах. Металлическая пластинка, установленная над ними, опускается и замыкает цепь, в результате чего начинает работать насос. Когда лен намокает, гранулы полиакрилата натрия увеличиваются и поднимают пластинку, в результате чего цепь замыкается и подача воды останавливается. Насос работает на солнечной батарее.
По расчетам школьников, разведение садов на всех крышах Казани сделает воздух на 1/3 чище, чем он есть сейчас.
Электричество для Крайнего Севера
18-летний Матвей Бебенин до 16 лет жил на Крайнем Севере и наблюдал, как горючее до электростанции там возят «баррелями». Он собрал компактный ветрогенератор, которой может помочь решить проблему с энергообеспечением в условиях Севера.
Мощность собранного им ветрогенератора составляет 30 BA при ветре 4 м/с. Генератор размерами 130x40x30 см и весом не более 40 кг может питать две светодиодных лампы по 10 BA каждая, зарядное устройство для телефона и ноутбука. На изготовление прототипа ушло около 30 тысяч рублей.
Для ветровой турбины был выбран ротор Савониуса, как самый надежный. Вместо жестких крыльев использованы рамки из профиля с синтетическим покрытием, устойчивым к обледенению.
Здания в форме «дерева»
«Сначала я просто обнаружил данную природную форму у деревьев. Я задался вопросом: «Почему деревья, несмотря на большое отношение высоты ствола к его толщине, не падают? А почему бы не использовать ту технологию, с помощью которой дерево удерживается на земле, в здании?» - 14-летний Кирилл Кобышев из Санкт-Петербурга в своем исследовании доказал, почему выгоднее всего строить здания в форме цилиндра, усеченного эллипсами.
Для этого он сделал две гипсовые формы, одного и того же объема с одинаковым поперечным сечением несущей части: первая форма представляла собой цилиндр, усеченный эллипсами, вторая – традиционный для современных зданий простой цилиндр. Затем он подверг обе формы воздействию груза, который подвешивался на леске, и сравнил отклонения. Цилиндрическое здание под воздействием груза массой 300 и 500 грамм упало, тогда как задние в форме «дерева» продолжало стоять.
