Запрещенная химия — наркотики, взрывчатка, отравляющие вещества. Элементы этой таблицы увеличиваются год от года и периодически эволюционируют. Появляются новые способы производства, меняется состав компонентов. Поэтому обнаруживать их традиционными способами становится все сложнее и сложнее. На модернизацию систем контроля стратегических объектов, аэропортов, пограничных и таможенных служб тратятся колоссальные средства, закупается огромное количество различного оборудования. Хотя в идеале нужен всего один универсальный прибор, который сможет распознавать любые вещества, оперативно обучаться, быть компактным и простым. И, похоже, что российские инженеры уже сегодня могут предложить подобную разработку.
"Это электронный нос, работающий на основе спектрометрии ионной подвижности, представляющее собой компактное переносное устройство, способное детектировать тысячи различных химических веществ", — пояснил Николай Самотаев, доцент кафедры микро и нано электроники Национального ядерного исследовательского университета.
Спрашивается, зачем изобретать сложные электронные приборы, когда уже есть аналог, созданный самой природой. К примеру, собака – тот же самый газоанализатор. 200 миллионов обонятельных клеток в носу этого существа способны обнаружить в воздухе всего несколько молекул нужного ей элемента. И все же собака – не идеальная ищейка.
"Как происходит обучение собаки: ей дают понюхать взрывчатку, дают за это конфетку. Если она запомнила, что за взрывчатку дают конфетку, она всю жизнь будет искать взрывчатку. Ей трудно перестроиться психологически. Здесь же прибор устроен так, что один раз вы поднесли пробу вещества, например, взрывчатки, нажали кнопку "Запомнить", он запомнил положение этой молекулы в спектре и все – теперь он до конца жизни может мерить взрывчатку", — рассказал Николай Самотаев.
Принцип, по которому работает небольшое устройство с тонким пластиковым хоботком, был разработан еще в шестидесятых годах прошлого столетия. Применялась такая технология в основном в армии, в подразделениях химической и биологической защиты. Благодаря стремительному развитию микроэлектроники, теперь этот прибор не занимает треть грузовика, весит всего три килограмма и стал невероятно чувствительным.
"Как прибор ищет взрывчатку? Возьмем нитроглицерин, например, содержащийся в таблетках. В этом медикаментозном средстве содержатся его миллиграммы. Берем, подносим, — показывает Никоалй Самотаев. – Вот прибор показал наличие нитроглицерина в окружающем воздухе. Так же он может определить другие взрывчатые компоненты – нитротолуол, RDX, взрывчатку С4 и самое распространенное в нашей стране вещество – гексоген".
Точно так же, как взрывчатку, прибор может обнаружить и наркотики в микроскопических дозах и даже распознать человека. Ведь и люди пахнут — только не своим парфюмом, а молочной кислотой. Кстати, именно на это вещество натаскивают собак, предназначенных для поисково-спасательных операций.
"Запах человека — молочная кислота. Если человека завалило, он находится в замкнутом пространстве, в котором постепенно накапливается его запах, и этот запах просачивается по расщелинам, образовавшейся в развалине. Если вы подходите к расщелине, отбираете пробу и в ней есть молочная кислота, значит, под завалами находится человек", — объясняет Николай Самотаев.
Однако разрабатывался такой прибор вовсе не для поиска людей. Это, можно сказать, побочный эффект. Его первоначальной задачей была охрана стратегических объектов Росатома. Именно поэтому над его созданием трудились в Национальном ядерном исследовательском университете.
В лаборатории кафедры микро- и наноэлектроники все приборы обучаются тонкостям определения запахов. Работа кропотливая и долгая. В базе данных каждого устройства должно быть не менее сотни разных маркеров.
"У каждого вещества есть своя подвижность, для того чтобы внести вещество в базу данных, нужно взять эталон и поднести его к прибору, далее мы видим вещество и вносим его в базу данных", — показывает Юлия Шалтаева, инженер кафедры микро- и наноэлетктроники.
Более детально принцип действия прибора выглядит следующим образом. Проба, которая поступает в него через нос, прежде всего, ионизируется. Затем вещество следует в дрейфовую трубу, где происходит разделение молекул по заряду и массе. Далее каждая молекула попадает на коллектор. И уже оттуда сигнал поступает в обрабатывающий центр. Там формируется спектрограмма, по которой и становится понятно, что за элемент оказался внутри.
Точно такой же принцип распознавания веществ используется и в аналогичных зарубежных устройствах, но все они имеют один существенный минус – радиоактивный источник ионизации, который сильно ограничивает спектр их применения.
"Вот сердце нашего прибора. В отличие от зарубежных аналогов, где есть радиоактивные изотопы, мы применили безизотопную технологию на основе коронного разряда. И сердце прибора можно держать в руках в отличие от зарубежных образцов, которые можно разбирать только в специализированных условиях", — говорит Николай Самотаев.
Теперь, благодаря новой технологии, такой электронный нос можно применять и в медицине. В первую очередь – это диагностика всех пульмонологических заболеваний. А значит уйдут в прошлое вредные флюорографии и томительное пребывание в томографе.
"Сейчас нашим прибором очень заинтересовались в Японии, потому что у них существует опасность пандемии птичьего гриппа. Всем известно, что в Японии встречают приезжающих не металлодетекторы, а тепловизоры, которые из толпы выделают людей, у которых есть повышенная температура тела, и их уже отводят на санитарный контроль, где проверяют на наличие острых инфекционных заболеваний. Этот прибор очень быстро может диагностировать такие пульмонологические заболевания как птичий грипп, сепсис, туберкулез", — рассказывает Николай Самотаев.
Совместный проект с японским университетом Кюсю, контракт с немецкими производителями диагностического медицинского оборудования – такой выход на международный уровень российская технология получила в прошлом году, благодаря форуму "Открытые инновации".
"Форум – это такое место, где, по крайней мере, по замыслу объединяется наука и бизнес. То есть, есть представители научно-технической интеллигенции, в том числе молодой интеллигенции, и представители бизнеса. Соответственно, они могут представить себя, показать товар лицом, продемонстрировать то, что они умеют, то, что они сделают или делают в настоящий момент. Получить инвестиции, ну а если они эти инвестиции не получают, то, по крайней мере, получить консультацию, что тоже очень важно", — отметил Сергей Лурье, менеджер по развитию и информационной поддержке студентов.
Технология, которая получила признание на прошлогоднем форуме – оптоволоконный датчик для мониторинга строительных конструкций. С виду обычный стальной стержень размером с карандаш. На самом деле — очень высокоточная система, которая может определить сдвиги в фундаменте или опорных колоннах здания с погрешностью в несколько нанометров.
"Вот я беру и надавливаю пальцем на этот кирпич – смотрим, что происходит с синей линией. Даже от такого маленького воздействия такой чрезвычайно большой эффект. Если, например, начинает проседать фундамент, соответственно у нас начинает нагружаться какая-то часть конструкции, на этот кирпич, как на части конструкции по закону Гука у нас напряжение равномерно передается всей конструкции. Таким образом, этот кирпич начинает растягиваться. Тут же этот датчик нам начинает рисовать на нашем мониторе кривые, по которым мы сразу же понимаем, что там возникает, растяжение или сжатие, и в какой степени", — пояснил Юрий Никитаев, генеральный директор компании "Оптис мониторинг".
Традиционные системы мониторинга строений не способны предупредить появление трещин или серьезных просадок. Они устанавливаются на здания, которым уже нужен ремонт. Эта технология способна заранее предугадать, где нужно постелить соломку, а где укреплять фундамент. Более того, подобные устройства можно применять и на этапе строительства, чтобы еще до сдачи объекта под ключ можно было с максимальной точностью определять, как будет вести себя конструкция, например, при сильных порывах ветра.
"Помимо очень большой точности мы имеем чрезвычайно высокую надежность системы, так как она очень проста с механической точки зрения. Ссам датчик сделан из высококачественной нержавеющей стали, а сердцевина его, то есть информационный канал – это кремниевое волокно, оно стойкое, стабильно себя ведет в очень широком диапазоне температур, не подвергается коррозийному воздействию, то есть сам датчик чрезвычайно надежен", — говорит Юрий Никитаев.
Чтобы установить такую систему на объект, допустим, на бетонную опору моста, достаточно одного специалиста. Прежде чем датчик заработает, его крепления намертво фиксируют в бетоне или кирпиче. Вся процедура по подключению конструкции к диагностическому комплексу занимает от силы полчаса.
"Когда датчик установлен на стену, он через спектрометр подключается к компьютеру, и на экране компьютера мы можем видеть сигнал от датчика и по нему контролировать деформацию стены, ее внутреннее напряжение , которое действует в бетоне, и по ним уже рассчитывать усилия на бетон и определять, превышают они допустимые нагрузки или не превышают", — рассказал Михаил Заварзин.
Подобные оптические системы применяются во многих сферах, где необходимы точные расчеты, но в строительстве — впервые. Поэтому здесь у российских инженеров, которые разработали эту технологию, есть реальный шанс выйти на мировой рынок и занять там лидирующие позиции.
"Суть в том, что нам нужно информацию с датчика перевести в читаемый вид, и для этого используются сложные математические алгоритмы интерпретации. Собственно говоря, такой алгоритм долгое время никому не удалось создать. Мы такой алгоритм создали. Все наши данные говорят о том, что наш алгоритм адекватен, правильно описывает ситуацию. То есть, мы с очень высокой точностью и надежностью снимаем правильную картину, происходящую в здании", — отметил Юрий Никитаев.
Ежегодный международный форум "Открытые инновации" дает шанс осуществить свои проекты не только разработчикам высокотехнологичного железа, но и производителям интересного, необычного софта. Продукт, которая представила Юлия Фатеева, не требует больших производственных площадей, аутсорсинга и крупных инвестиций. Это обыкновенное приложение к смартфону. Однако заработать с его помощью она может намного больше, чем создатели суперточных датчиков и электронных носов вместе взятые.
"Это очень просто. Вы идете. У вас есть это приложение, оно абсолютно бесплатное. Если вы готовы к получению информации, у вас приложение включено, оно оповещает вас о том, что здесь есть какие-то видео- или аудиоматериалы. Например, как строили здание. Вы можете прямо на месте посмотреть, если это видеофайл или аудиофайл. У каждого аудиофайла, трека есть свой рейтинг, который люди оценивают, и в зависимости от ваших предпочтений вы слышите то, что любите слушать, вы получаете самый популярный файл и любую категорию, которую вы выбираете. Например, как это было в шестидесятых, в студенческие годы или, например, самые популярные байки с форума", — рассказала Юлия Фатеева, основатель проекта "SpeakLAND".
Не стоит путать этот проект с туристическими аудиомаршрутами. Это, как говорит Юлия, будет самая настоящая дополненная аудиореальность. Пока продукт находится в стадии прототипирования, но уже в следующем году он уже должен появиться на рынке мобильных приложений.
"Когда появился YouTube, никто не понимал, как он будет зарабатывать, никто не понимал вообще, как это будет действовать, и никто не верил, что люди готовы в таком количестве снимать. А люди стали снимать. Это побудило людей к новому формату видео, к новому способу самовыражения", — говорит Юлия Фатеева.
Международный форм "Открытые инновации" проходит в Москве и в этом году. Какие изобретения, разработки и необычные продукты на сей раз добьются всеобщего признания , "Город будущего" обязательно покажет.
