Портал функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Бюро научно-технической информации. Февраль 2020 №2

Работа в экзоскелете исключает компрессионное воздействие на позвоночник благодаря конструкции корсетной части. Верхние точки крепления эластомеров расположены на гибком основании, и компрессионное воздействие распределяется через конструкцию и пояс. Фото: «Ресерч энд девелопмент МГТУ».
Автор разработки многолучевого звукового динамика радиофизик Фёдор Емельянов. Фото: ТГУ.
Схема работы экспресс-метода диагностики вируса гриппа А: 1 — первичные аптамеры иммобилизуются на наночастицах серебра; 2 — вирус захватывается первичными аптамерами; 3 — вторичные аптамеры взаимодействуют с вирусом, обеспечивая сигнал рамановской спектроскопии. Рисунок: Анастасия Новосельцева, МГУ.

Умный экзоскелет на все случаи тяжёлого труда

Автоматизация процессов на производстве значительно облегчила заводской труд, однако полностью исключить работу, связанную с переносом тяжестей, длительными усилиями, а также монотонно повторяющиеся операции на конвейере пока невозможно. В Магнитогорске разработали экзоскелеты, позволяющие значительно облегчить условия труда и снизить травматизм на различных производствах.

Экзоскелеты обладают антропоморфной формой и настраиваются под различные физические параметры человека. Конструкция представляет собой гибкое основание повышенной прочности, корсетную часть, которая компенсирует компрессионную нагрузку на позвоночник до 30% и корректирует осанку, а также включает рессоры и распределённую систему эластомеров, благодаря которым повышается эффективность работы при наклонах и подъёмах. Экзоскелет разгружает мышцы спины за счёт возвратного действия рессор и эластомера без каких-либо металлических пружин. Поэтому даже если конструкция будет надета неправильно, вред оператору не будет нанесён, при этом она не ограничивает свободу действий, легко надевается и снимается. Ещё одна особенность новых экзоскелетов — они состоят из модулей, что даёт возможность их адаптировать под конкретную производственную задачу.

Экзоскелеты можно укомплектовать внешней аккумуляторной батареей, благодаря чему ручной инструмент во время работы при необходимости используют в удалении от стационарных источников питания.

Разработано несколько моделей экзоскелета. Так, модель X-RISE обес-печивает поддержку рук для работников конвейерных производств и может совмещаться с моделью X-Soft, повторяющей биомеханику человека, для повышения эффективности при поднятии груза.

Экзоскелеты уже прошли апробацию на Череповецком металлургическом комбинате и в международном аэропорту города Магнитогорска.

Много лучей и один динамик

Разработку многолучевого звукового динамика, который будет одновременно передавать несколько направленных сигналов, ведут в Национальном исследовательском Томском государственном университете (ТГУ).

Идея заключается в создании системы, которая позволит формировать определённую аудиокартину в заданной области пространства. В частности, люди в разных зонах смогут слышать различные сообщения, а те, кто находятся вне этих областей, вообще ничего не услышат.

Лаборант Фёдор Емельянов уже провёл предварительный эксперимент, в котором динамик генерировал два ультразвуковых сигнала на частотах 40 и 41 кГц и излучал их одновременно. В пространстве эти волны складываются и вычитаются, в результате чего формируются сигналы с частотами 81 и 1 кГц. Первый не воспринимается человеческим ухом, а второй попадает в слышимый диапазон.

Предполагается, что дальность действия системы составит до 50 м. Динамик можно будет использовать в общественных местах, где требуется передача различной аудиоинформации в разных зонах. Это могут быть музеи, выставки, концерты, торговые центры и пр.

Динамик планируют оснастить USB-портом или разъёмом Ethernet, что позволит подключать к нему разные устройства.

Проект поддержан Фондом содействия инновациям.

Как услышать фальшь звучания станка?

Нередко на производстве объективная информация о состоянии оборудования отсутствует, из-за чего невозможно вовремя диагностировать поломку механизма и предотвратить его простой. Однако прогнозировать отказы оборудования можно по звуку. Речь идёт о диагностике текущего состояния оборудования и выявлении отклонения в его работе на ранней стадии.

Принцип работы звуковой системы прогнозирования — сбор, обработка и анализ акустической информации работающего оборудования с использованием методов машинного обучения. «Первоначально система обучается на звуковых файлах, собранных с работающих механизмов, — поясняет автор и ведущий разработчик системы Денис Потапкин, сотрудник центра развития бизнес-системы «Северсталь». — Данные файлы вручную разбивают на фрагменты, отражающие нормальное состояние и работу с аномалиями. Из записанного звука извлекают специальные характеристики, происходит обучение, и далее система может сама определять состояние работы оборудования. Мы исходили из предположения, что возникновение дефектов в деталях оборудования вызывает изменение звука, отличное от звука при нормальном режиме работы. Это могут быть звуки трения и касания вращающихся частей, стуки, шумы и т. д.». Он отметил, что звук может меняться в зависимости от режимов работы оборудования, на него также влияют окружающие звуки.

Программно-аппаратный комплекс детектирования аномального режима работы включает в себя внешний микрофон и микрокомпьютер.

Система акустической диагностики работает непрерывно и к настоящему времени опробована на гидрооборудовании и электродвигателях постоянного тока стана прокатки. Точность выявления аномалий составила 84%.

Грипп или не грипп? — Ответ за пару минут

Грипп остаётся серьёзной угрозой здоровью миллионов людей. Особо восприимчивы к вирусу дети и взрослые с ослабленным иммунитетом. Чем раньше обнаруживается вирус, тем более эффективным окажется лечение. В современной диагностике для определения вирусной нагрузки используют полимеразную цепную реакцию (ПЦР) — очень точный, но очень недешёвый и небыстрый метод.

Сотрудники химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова разработали экспресс-тест по определению вируса гриппа А. С помощью нового теста наличие вируса и его концентрацию в биологических жидкостях можно определить всего за несколько минут. В основе метода — спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния (ГКР, или Surface Enhanced Raman Spectroscopy — сокр.SERS), использующая эффект рамановского рассеяния. Суть эффекта состоит в том, что при попадании на молекулы вещества возбуждающее излучение рассеивается и в спектре этого рассеянного излучения появляются новые спектральные линии, которых нет у первичного света. Анализируя спектр рассеянного света, можно определить молекулярное строение испытуемого вещества. Метод прост в технической реализации: на исследуемый объект воздействуют излучением лазера в компактном спектрометре; рассеянное излучение детектируется и обрабатывается на компьютере в течение нескольких минут.

Для экспресс-анализа химики создали «сэндвич»-систему: на подложку оксида кремния наносят наноструктурированное серебро, на которое осаждают аптамер — биологически активный олигонуклеотид, специфично связывающийся с вирусом гриппа А любого штамма при погружении в анализируемую биологическую жидкость. Для внесения рамановской метки и получения «сэндвича» на сенсор с вирусами наносят дополнительные молекулы аптамера с присоединёнными молекулами флуоресцентного красителя. Затем подложку с аптамерами и вирусами вносят в спектрометр, просвечивают световым монохроматическим излучением (при определённой длине волны) и по спектру рамановского рассеяния образца делают вывод о содержании вируса в организме. Чувствительность метода — 10 000 вирусов в образце биологической жидкости.

Сейчас экспресс-метод проходит тестирование. Для этого используется модельная жидкость куриных эмбрионов, заражённых вирусами гриппа различных штаммов. В перспективе химики планируют надёжно определять и другие вирусы.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «БНТИ (Бюро научно - технической информации)»