Печать тканей прямо на ранах и сварка в атомном реакторе: достижения российской науки сентября

В первый месяц осени российские учёные занимались разработкой первого в мире робота для сварки в атомных реакторах, создавали наносенсоры для измерения температуры в космосе, собирали биопринтер для печати мягких тканей прямо на ранах пациентов. Об этих и других не менее важных достижениях отечественной науки в сентябре далее в статье.

💡 Это материал из цикла «Сделано в России 🇷🇺», в котором описываются главные отечественные изобретения, а также важные события в различных областях науки и промышленности России.

Создали наносенсоры для бесконтактных замеров температуры в открытом космосе

💡 Простыми словами

В начале сентября учёные Санкт-Петербурга заявили о создании светящихся наночастиц с выдающимися свойствами для высокоточных замеров сверхнизких температур, для которых уже существует достаточно потенциальных применений, в частности, в космических исследованиях. Светящиеся элементы могут быть нанесены на обшивку космического корабля. В космической среде, где температуры крайне низкие и трудно измеримы обычными методами, эти наносенсоры могут использоваться для бесконтактных измерений. Естественно, сенсоры могут применятся и в других лабораторных исследованиях для повышения точности работы со сверхнизкими температурами.

👨‍🔬 Детально

Российские ученые разработали наночастицы из оксидов ванадия и лютеция с вкраплениями ионов неодима, которые обладают свойствами люминофоров. Эти частицы способны поглощать инфракрасное излучение и излучать его с изменяющимся спектром в зависимости от температуры окружающей среды. При этом характер этого излучения сильно меняется даже при относительно небольших сдвигах температуры, порядка 0,1 °C. Также полученные наночастицы остаются работоспособными при очень низких температурах (даже при -253 °C, что всего на 20 градусов выше абсолютного нуля). Это делает их полезными инструментами для исследований не только в открытом космосе, но и для проведения опытов с высокотемпературными сверхпроводниками.

Собрали первого в мире робота для сварки в атомных реакторах

💡 Простыми словами

Научно-исследовательский технологический институт «Прогресс» (входит в «Ростех») разработал уникальную сварочную установку с системой ЧПУ (управления числовым программным обеспечением), которая способна проводить высокоточную сварку в ограниченных пространственных условиях внутри отсеков атомных реакторов. Это первое в мире оборудование такого рода, и оно создано специально для предприятий, связанных с атомной энергетикой, в том числе для компаний «Росатома». Кроме того, институт активно работает над механизацией и автоматизацией сварочных процессов, что способствует повышению эффективности и качества сварочных работ в различных отраслях промышленности.

👨‍🔬 Детально

Основной метод сварки, используемый в установке, — аргонодуговая сварка. Этот метод соединения металлов включает в себя создание электрической дуги и применение аргона в качестве защитного газа. Особенностью этой установки является использование неплавящегося электрода, что обеспечивает прочное и надежное соединение металлов, даже если они разнородны по своей структуре. Толщина свариваемых деталей не ограничена, и установка оснащена инфракрасным пирометром для мониторинга температуры свариваемых изделий. Главные преимущества этой сварочной установки также включают возможность работы с жаропрочной сталью в течение продолжительного времени и контроль параметров сварки с помощью системы видеонаблюдения. Оборудование способно работать при высоких токах до 500 ампер в течение трех часов без перерывов. Весь процесс сварки полностью автоматизирован, начиная от регулирования напряжения дуги до определения точки соединения деталей. Благодаря таким характеристикам оборудование может применяться для сварочных работ внутри атомных реакторов.

Создали биопринтер для печати мягких тканей прямо на ранах пациентов

💡 Простыми словами

До сих пор не существовало коммерчески доступных биопринтеров, способных прямо на месте наносить тканевый материал сразу на раны пациентов. Традиционные методы включали выращивание тканей для пересадки в пробирке (на чашках Петри) и их последующую адаптацию, что требовало дорогостоящего оборудования и времени. Чтобы решить эту проблем, московские ученые разработали уникальную технологию, используя роботизированный манипулятор, который оснащен системой подачи биологических «чернил» (тканевого материала с живыми клетками) и датчиками навигации. Биопринтер успешно прошел испытания в операционной на животных и готов к дальнейшим исследованиям. Процесс заживления ран с использованием этой технологии прошел значительно быстрее. Это значительный шаг в области медицинской биотехнологии, который имеет потенциал для революционизации лечения обширных повреждений кожи и мягких тканей.

👨‍🔬 Детально

Программно-аппаратный комплекс биопринтера начинает с сканирования дефекта на коже пациента, создает его трехмерную модель и затем заполняет участок гидрогелевой композицией с живыми клетками. Датчики учитывают не только рельеф раны, но и движения тела пациента, что позволяет подстраивать процесс печати. За основу биопринтера был взят манипулятор от белорусской компании Rozum Robotics, а биочернила на основе коллагенового гидрогеля были предоставлены биотехнологической фирмой «ИМТЕК». Разработку программно-аппаратного комплекса платформы поддерживали специалисты компании 3D Bioprinting solutions.

Разработали системы получения электроэнергии от промышленных выбросов

В Калужской области были разработаны уникальные системы на основе органического цикла Ренкина, позволяющие утилизировать тепло дымовых газов, производственных выбросов и отработанных технологических циклов с относительно низкой температурой кипения с преобразованием его в электроэнергию. При этом технология позволяет не только утилизировать отходы, но и повысить выработку электроэнергии без дополнительных выбросов углекислого газа, что способствует снижению экологической нагрузки. Средний тариф электроэнергии составит около 0,6 рубля за кВт/ч, что может сделать эту технологию более экономически выгодной. Системы на основе цикла Ренкина вызывают интерес стран Персидского залива, Турции и Египта, что может способствовать их распространению за пределами России.

👨‍🔬 Цикл Ренкина — это термодинамический цикл, который преобразует тепло в работу с использованием рабочего тела, претерпевающего фазовые переходы пар-жидкость и обратно. Этот цикл используется в различных тепловых машинах и системах для преобразования тепла в механическую или электрическую энергию.

Освоили революционный метод производства пластин для микроэлектроники

Российская компания «Рокор» придумала новую технологию производства монокристаллических пластин из оксида галлия, которые используются при производстве полупроводниковых материалов четвертого поколения (самые современные на данный момент). Отечественные пластины вдвое дешевле импортных за счет новой технологии, исключающей использование редких и дорогих материалов, включая иридий. При запуске массового производства стоимость одной российской пластины, по прогнозам, будет находиться в пределах трёх тысяч долларов (около 290 тысяч рублей), что значительно дешевле аналогичных японских, которые оцениваются 6,4 тысячи долларов (примерно 615 тысяч рублей).

По оценке экспертов ОЭЗ «Технополис Москва», полноценный вывод пластин из оксида галлия на глобальный рынок займёт не более полутора лет. Снятие ограничений, вызванных использованием иридия, позволит ускорить темпы внедрения зелёных технологий и нарастить производство наиболее современной микроэлектронной продукции (она как раз зависит от полупроводников четвертого поколения, дефицит которых наблюдается сейчас на рынке). Единственным минусом технологии является то, что 94 % мирового отгружаемого объема галлия является Китай.