«Умная» ткань от ядов и аккумуляторы будущего. Топ разработок российских учёных

Российские инженеры научили «умные дома» подстраиваться под темперамент хозяина! Благодаря этому у пользователей на 20% повысилась производительность труда, до 25% снизилась стресс, а ещё улучшилась выносливость, скорость выполнения задач, концентрация и память. А ещё создали «умную ткань», которая спасает жизнь, блокируя ядовитые вещества при пожарах, уничтожая вирусы в масках и очищая воду от фенола. Разработали «умную» инвалидную коляску, которой можно управлять силой мысли. И запатентовали «умную» зубную плёнку, которая не просто восстанавливает эмаль, но и уничтожает бактерии, вызывающие кариес. 

Мир высоких технологий не стоит на месте, продолжая поражать воображение. В нашем новом технодайджесте мы также рассказываем о том, как российские учёные научились «видеть» инертные газы, создали новые водородные аккумуляторы для «зелёной» энергетики и решили проблему устойчивости и прочности сплавов с памятью формы, создав материал с рекордными показателями для применения в самых сложных условиях. Все подробности — в нашем технодайджесте.

Российская компания «Атмосфера продуктивности», участник Национальной технологической инициативы SportNet, создала инновационное приложение для «умного дома». Оно адаптируется к индивидуальным особенностям пользователей, настраивая освещение, влажность и другие параметры в зависимости от их темперамента: сангвиник, холерик, флегматик или меланхолик.

Темперамент определяется с помощью психологического опросника в приложении. После этого «умный дом» автоматически регулирует уровень шума, освещения, влажности и другие параметры. Разработчики учитывают возраст, степень эмоционального выгорания и другие индивидуальные особенности.

Например, холерику для эффективной работы нужен яркий свет, имитирующий естественный, температура 20–22 градуса и влажность около 50%. Сангвинику для расслабления больше подойдёт тёплый рассеянный свет, температура до 24 градусов, влажность 50–60%, пастельные оттенки, тихая музыка и ароматы сандала, лаванды и жасмина.

«Решение было протестировано на более чем 2 тысячах человек, и в 87% случаев объективные показатели стресса, выгорания и продуктивности соответствовали субъективным ощущениям участников», — сообщили разработчики.

По данным компании, адаптация условий в помещении под конкретный тип темперамента повышает производительность труда до 20% и снижает стресс (при выборе режима расслабления) до 25%. Пользователи отметили улучшение выносливости, скорости выполнения задач, концентрации и запоминания.

После трёх недель тестирования приложения участники эксперимента заметили снижение усталости (75%), улучшение сна (60%), усиление чувства комфорта (72%) и рост удовлетворённости работой (55%).

Учёные Томского государственного университета создали уникальную ткань с защитными свойствами от широкого спектра токсичных веществ. В основе «умной» ткани — хлопок или полиэстер. Ключевой элемент — слой наночастиц металлоорганических полимеров, нанесённый на материал. 

Исследователи разработали три варианта покрытия, придающие ткани особые свойства. Первый тип материала с цирконием надёжно блокирует опасные соединения, выделяемые при пожарах, защищая в экстремальных ситуациях. Второй вариант с медью обладает сильными антибактериальными и противовирусными свойствами, что делает его идеальным для медицинских масок и защитной одежды. Третий тип с железом эффективно очищает воду от вредных примесей, таких как фенол, предлагая перспективные решения для фильтрации.

Эксперименты показали, что наночастицы устойчивы к ультразвуку, обеспечивая долговременную стабильность защитных свойств ткани. Принцип действия материала прост: тканевая основа задерживает крупные частицы, а нанопокрытие абсорбирует растворенные токсины.

Хотя оптимальная концентрация активного компонента пока составляет 20% (чтобы избежать осыпания покрытия), разработка уже запатентована и рассматривается как перспективное решение для защитной экипировки и систем очистки. Учёные ТГУ верят, что их инновация значительно улучшит безопасность и качество жизни.

Учёные Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского (СГУ) разработав уникальный метод обнаружения гелия, неона и аргона – газов, долгое время остававшихся «невидимыми» для традиционных технологий. Новая методика, уже запатентованная, является первой в мире, позволяющей с высокой точностью идентифицировать и измерять концентрацию этих инертных элементов.

Секрет инновации заключается в процессе ионизации. Когда частицы газа получают электрический заряд, они становятся «видимыми» для специально разработанного сенсора. Сенсор изготовлен из высокочувствительного материала — диоксида олова. Под воздействием заряженных частиц газ меняет электропроводимость поверхности сенсора. Это позволяет не только обнаружить присутствие газа, но и определить его тип.

Эффективность нового метода подтверждена в ходе теоретических расчётов и лабораторных испытаний. Изменение сопротивления сенсора достигало 30–40% даже при минимальных концентрациях газов, что свидетельствует о высокой чувствительности и надёжности разработки.

Уникальный сенсор — это тонкая плёнка из диоксида олова, которая выдерживает высокие температуры и подходит для промышленного применения. Это открывает широкие возможности в разных сферах: от космических исследований и проверки состояния упаковки продуктов питания до мониторинга архивов, библиотек и обнаружения утечек опасных веществ.

Учёные планируют расширить спектр определяемых газов, добавив в него токсины и воспламеняющиеся соединения. Это позволит использовать новую технологию для обеспечения безопасности на производстве и в повседневной жизни.

Российские учёные из Института общей и неорганической химии РАН создали новую мембрану для водородных аккумуляторов. Это открытие обещает изменить будущее «зелёной» энергетики. Материал, разработанный в сотрудничестве с другими научными центрами, делает водородную энергетику эффективнее, доступнее и долговечнее.

Водород — перспективный источник чистой энергии. Однако его использование ограничивалось высокой стоимостью и проблемами с хранением и преобразованием. Ключевым компонентом водородных аккумуляторов является протонообменная мембрана, пропускающая протоны и генерирующая электричество. Но существующие мембраны быстро изнашивались при низкой влажности.

Российские исследователи нашли решение, модифицировав полимер Aquivion. Они добавили наночастицы кремнезёма и цезиевую соль фосфорно-вольфрамовой кислоты. Результат оказался впечатляющим: новая мембрана стала в 1,5 раза мощнее при 50% влажности и в 4–5 раз эффективнее при 30%. Она также устойчива к перепадам влажности.

Тесты показали, что российская разработка превзошла существующие аналоги по мощности и механике. Разработчики называют это прорывом, который приближает водородную энергетику к массовому использованию.

Технология пока проходит лабораторные испытания, но учёные активно работают над её совершенствованием и внедрением. Новая мембрана найдёт применение в водородном транспорте, робототехнике и резервных источниках энергии.

Первым практическим применением станет прототип отечественного водородного поезда. Его планируют запустить на Сахалине через два года. Ожидается, что поезд будет экологичнее, легче и быстрее. В будущем появятся водородные беспилотники, ракеты и аэротакси.

Напомним, что Россия, занимающая пятое место по производству водорода, активно развивает водородную энергетику. Новая разработка станет важным шагом на пути к развитию этой перспективной отрасли.

Инженеры из Санкт-Петербургского государственного университета совместно с Институтом проблем машиноведения РАН разработали инновационную инвалидную коляску, управляемую силой мысли. Это изобретение превращает научную фантастику в реальность, открывая новые возможности для людей с ограниченными возможностями.

Коляска с роботизированной системой управления считывает сигналы головного мозга и преобразует их в команды движения. В основе инновации лежит алгоритм неинвазивного управления, разработанный учёными. Он позволяет интерпретировать мозговую активность без хирургического вмешательства.

Программа сначала очищает электроэнцефалограмму (ЭЭГ) от помех и шумов. Затем алгоритмы машинного обучения анализируют мозговую активность, сопоставляя её с намерениями пользователя. «Наша разработка — это, по сути, 'переводчик' с 'языка' мозга на 'язык' механики», — объяснили разработчики. На последнем этапе расшифрованные команды преобразуются в сигналы для электроприводов, позволяя управлять коляской плавно и интуитивно.

Авторы разработки уверены, что их технология найдёт применение не только в инвалидных колясках. В будущем её можно будет использовать для управления различными устройствами: от элементов «умного дома» до сложных экзоскелетов. Это значительно расширит возможности людей с инвалидностью и улучшит качество их жизни. Изобретение уже признано перспективным и готовым к дальнейшему развитию и практическому применению.

Специалисты Сибирского физико-технического института Томского госуниверситета создали уникальный высокоэнтропийный сплав с рекордным эффектом памяти формы (ЭПФ). Этот сплав способен возвращаться к первоначальной форме после деформации при нагревании.

Материал состоит из хрома, железа, марганца, кобальта, никеля и небольшого количества углерода (всего 0,2 атомного процента). Именно углерод стал ключевым компонентом, повысив прочность и устойчивость сплава, а также обеспечив ЭПФ в 17%. Для сравнения, у сплавов без углерода этот показатель не превышает 15,7%, а у классического сплава Fe-Mn-Si – 9,3%. Теоретический предел для таких материалов – 17,5%, и томские учёные почти достигли его.

По словам Ирины Киреевой, главного научного сотрудника лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ, углерод укрепляет сплав, способствует бездефектной мартенситной перестройке кристаллической решётки и обеспечивает стабильную работу материала при многократных циклах «охлаждения-нагрева» и «нагрузки-разгрузки». Это критически важно для устройств, которые будут часто менять форму.

Исследователи получили материал в виде крупных монокристаллов и оценили ЭПФ при растяжении в разных направлениях. Оказалось, что при напряжении свыше 150 мегапаскалей пластическая деформация и мартенситное превращение конкурируют, ограничивая ЭПФ до 13,8%. Это открытие важно для разработки поликристаллических сплавов с предсказуемым поведением.

Команда продолжает работу, стремясь найти более доступные составы и достичь теоретического максимума ЭПФ в 17,5% за счёт точной настройки легирования углеродом.

Хотя исследование фундаментальное, учёные уверены, что путь от лабораторного образца до практического применения будет коротким. Материалы с ЭПФ необходимы для развития технологий будущего в авиации, космонавтике, медицине и других отраслях.

Учёные из Воронежского государственного университета (ВГУ) совместно с коллегами из Бразилии, Египта и Южной Кореи создали новое тонкоплёночное покрытие для зубов. Оно не только восстанавливает повреждённую эмаль, но и активно предотвращает кариес, уничтожая вызывающие его бактерии.

Новое покрытие состоит из нанокристаллического гидроксиапатита — основного компонента зубной эмали — и хинолиновых соединений. Эта комбинация создаёт «умную» плёнку, имитирующую свойства натуральной эмали и обладающую мощным антибактериальным эффектом.

Процесс нанесения занимает всего несколько минут. Плёнка самоорганизуется и через полчаса образует прочное защитное покрытие, повторяющее контуры зуба. По твёрдости она лишь на 10–20% уступает натуральной эмали, обеспечивая надёжную защиту от внешних воздействий.

Ключевая особенность покрытия — использование хинолиновых соединений, подавляющих рост бактерий Streptococcus spp., вызывающих кариес. Таким образом, покрытие не только восстанавливает эмаль, но и предотвращает её дальнейшее разрушение.

Автор: Ирина Леонова