Арктические исследования в школе Капицы

Еще Ломоносов считал, что географическое положение обязывает Россию искать выходы в свободный океан, прежде всего в северных морях. Арктическая зона Российской Федерации – большая, но малоизученная часть нашей страны, и для ее освоения необходимы автоматизация и роботизация большинства операций.

Трудно поверить, но в школьных стенах, а именно в курчатовских лабораториях школы №1557 имени П.Л.Капицы, ведутся самые настоящие арктические исследования. Как же такое возможно?

Но возможно все! Ведь Курчатовский проект в московских школах работает под девизом: «От знаний к практике, от практики к результату».

Идея освоения Арктики была по душе Петру Леонидовичу Капице – одному из основателей физики низких температур. Наша школа носит имя этого великого ученого. И мы уверены, что Петру Леонидовичу понравился бы задор наших ребят, которые ставят перед собой большие цели. Ведь, как говорил Петр Леонидович, главный признак таланта – это когда человек знает, чего он хочет.

Курчатовский проект в школе – это реальная возможность работать над исследовательскими проектами в современных конвергентных лабораториях с высокотехнологичным оборудованием. И наши ребята активно эту возможность используют, ежегодно становясь победителями и призерами научно-практической предпрофессиональной конференции «Курчатовский проект – от знаний к практике, от практики к результату», побеждают на олимпиадах всех уровней, поступают в ведущие вузы.

В будущем ребята мечтают стать сотрудниками НИЦ «Курчатовский институт». А для этого им нужно получить такую подготовку, которая позволит работать на современных мегаустановках и воплощать в реальность самые смелые мечты. Уже на первом курсе вуза-партнера перед ребятами откроется возможность получить целевое обучение. Безусловно, чтобы подготовиться к этому, необходима огромная работа. И наша школа готова над этим работать.

Мы стараемся смоделировать в школьных курчатовских лабораториях такую среду, чтобы некоторые установки дети собирали буквально с нуля. При этом очень важно научить их учиться и взаимодействовать при решении поставленной задачи как настоящая конвергентная команда.

Конечно, у ребят, которые занимаются проектами в наших школьных лабораториях, есть научные руководители, и это не только педагоги нашей школы, но и приглашенные наставники. Новый импульс развитию проектной и экспериментальной деятельности школьных лабораторий может дать участие научных руководителей из передовых курчатовских лабораторий. В этом случае ребята будут вовлекаться в современные научные проблемы и быстрее осваивать экспериментальную технику.

В числе наших последних проектов – исследования Арктики. В школьной лаборатории можно реализовать основные фазы работ, доступные к реализации, а затем завершать начатые в школе проекты уже в лабораториях НИЦ «Курчатовский институт» во взаимодействии с ведущими учеными, закладывая основы будущих фундаментальных исследований.

Мария ОСИПОВА, руководитель Курчатовского проекта в школе №1557 имени П.Л.Капицы

Комментарии

Варя ГРОМАКОВА, ученица 5‑го класса:
– Для исследований Арктики необходима энергия. Но это как раз и есть проблема: солнце там отсутствует половину года, а использование энергии воды затрудняется низкими температурами. Поэтому лучше всего для суровых условий Арктики подходит использование энергии ветра. Надежный ветрогенератор с аккумулятором энергии может обеспечить электроэнергией любой арктический проект.

Даниил ГУЗЬ, ученик 8‑го класса:
– Для проведения исследования необходимо было поместить ветрогенератор в среду с низкой температурой. Для этого был изготовлен стенд, внутри которого возможно проводить измерения тока, протекающего через нагрузку, постепенно снижая температуру. При проведении эксперимента удалось понизить температуру в испытательной камере до -47 °С, что соответствует средней температуре в Арктической зоне в зимний период. После решения этих задач мы проанализировали данные и сделали выводы о возможности использования ветрогенераторов в условиях пониженных температур, то есть в Арктике.

Еще одна школьная курчатовская команда работала над арктическим проектом по созданию робототехнического устройства. Это робот по имени Арис – универсальный помощник исследователей-полярников, который может значительно увеличить дальность автономных арктических экспедиций.

Родион НИЗАМИЕВ, ученик 6‑го класса:
– Работа человека в Арктике вне отапливаемого помещения почти невозможна и крайне неэффективна в сравнении с роботом. Наш Арис может выполнять простейшие функции человека как полностью автономно, так и при помощи пилота. Это, к примеру, разведка, осмотр, диагностика, рутинные манипуляции, доставка и замена элементов оборудования и транспортировка образцов.

Но как узнать, выдержит ли робот реальные низкие арктические температуры? Как раз это мы и выясняли – проводили такой эксперимент прямо в школьной лаборатории. Наш Арис выдержал испытания с понижением температуры до – 41,6 °C. Это доказывает, что он отлично подходит для использования в Арктике.

Итак, перед нами многофункциональный робот Арис, разработанный учениками школы №1557 имени П.Л.Капицы для арктических исследований. Он состоит из корпуса, изготовленного на 3D-принтере, шестиколесной базы и руки-манипулятора. Сразу вопрос: почему именно 3D-печать и из какого материала сделан этот робот?

Арсений ШИРОКОВ, ученик 8‑го класса:
– Почему 3D-принтер? Дело в том, что при проектировании это позволяет быстро обкатывать новые варианты, а при эксплуатации – восстанавливать поврежденные узлы. В арктических условиях достаточно доставить 3D-принтер и запас пластика на базу, и любая поломка будет быстро устранена. А если разработать блок утилизации поврежденных деталей, то будет также обеспечена полная рециркуляция пластика.

Из чего же сделан Арис, способный переносить суровые условия Арктики? Для высокой прочности мы используем в составе композитного материала робота карбоновые нанотрубки отечественного производства. Важнейшим элементом конструкции робота Арис является манипулятор. Он обеспечивает выполнение разнообразных задач, таких как подъем, погрузка-разгрузка, перевозка небольших объектов, вращение вентилей.

Максим ВАСИЛЬЕВ, ученик 8‑го класса:
– Может ли Арис работать на удалении от базы, от человека, который им управляет? Конечно! Арис может работать на удалении до 10 км. С пилотом он связывается при помощи приемника аппаратуры Xm+, а передает видео с помощью передатчика мощностью 4 вт. Вообще Арис способен выполнять широкий спектр задач, начиная от изучения поверхности и заканчивая помощью при наружном ремонте арктической станции.

А еще из-за своего небольшого веса Арис не способен разрушить почву или уплотнить снежный покров. Также помимо арктических операций наш робот может вести съемку и наблюдать за животными, занесенными в Красную книгу.

Несмотря на все достоинства, его конструкция предельно проста. Внутри Ариса находятся две вычислительные платы – Arduino MEGA и Rasberry PI 4. Для них требуются программы, которые пишутся на языках Python и Wiring. Плата Arduino используется для приема сигнала по воздушному каналу с пульта управления моторами и обработки сигнала с камеры. Плата Rasberry используется для сложных вычислений при автономной работе робота.

Юрий ВАСИЛЬЕВ, исполнительный директор научно-технического центра автономной энергетики МФТИ:
– Ребята, конечно, молодцы. Но главное заключается в том, что, когда начинаешь с ними разговаривать как эксперт, обсуждать проделанную ими работу, они говорят: «Так это можно сделать еще лучше, чтобы это устройство стало еще более полезным для реального использования в Арктике!» Именно этим ребятам, которые сейчас создают свои детские проекты в школе, в недалеком будущем предстоит внедрять новые технологии, потому что нефть и природный газ, безусловно, оставляют нежелательный для экологии Земли след, и на смену им уже сейчас начинают приходить альтернативные источники энергии, не загрязняющие атмосферу.

Надежда ЧУБОВА, директор департамента образовательной деятельности и молодежной политики НИЦ Курчатовский институт:
– Ребята работали над проектом, представляли его экспертам и, что очень важно, были вовлечены в этот процесс. Такую деятельность надо всячески поощрять, помогать ребятам развиваться и двигаться вперед в их проектных исследованиях. Школьная курчатовская лаборатория – это отличный «инкубатор» для того, чтобы растить исследователей – будущих профессионалов.

Мария КАПИЦА, внучка ученого-физика, кандидат психологических наук, член Международной ассоциации прикладной психологии:
– Я желаю юным исследователям оставаться такими же увлеченными, ничего не бояться и всегда отстаивать свою позицию! Здорово, что капицевские традиции поддерживаются в этой школе. Удивительно, но Андрей Петрович, младший сын Петра Леонидовича, начинал свою научную деятельность именно с Арктики, а также был участником первой советской экспедиции в Антарктиду! И когда спустя более 20 лет знакомства с Марией Осиповой я узнаю о школьных арктических исследованиях, то могу только порадоваться высокому уровню организации этой работы в школе, носящей имя моего дедушки. Ведь это значит, что будут новые фундаментальные открытия!

Листайте вправо, чтобы увидеть больше изображений