Наследие Кулибина. Что изобретали ученые Нижнего Новгорода в последнее время
21 апреля 2023 года исполнилось 288 лет со дня рождения нижегородского изобретателя Ивана Кулибина. Он появился на свет в семье мелкого торговца в усадьбе, находившейся между нынешними Крутым переулком и Почтовым съездом близ Успенского собора. Еще в юношестве Кулибин обучился слесарному, токарному и часовому делу. В тридцать с небольшим стал заведующим механической мастерской Петербургской академии наук, а затем и членом этого научного учреждения — нынешней РАН.
Список его изобретений обширен. Еще в 1767 году Кулибин создал уникальные по тем временам часы — на это ему потребовалось 5 лет. Их корпусом служило золотое яйцо, которое мастер-самоучка оснастил часовым и курантовым механизмами. Там же поместился и театр-автомат: каждый час подвижные фигурки жен-мироносиц и ангела разыгрывали сцену из Евангелия. Часы эти изобретатель преподнес императрице Екатерине II. Для нее же он создал и настоящий лифт — небольшое кресло, перемещающееся с помощью винтового механизма вниз и вверх.
В 1791 году Кулибин собрал механический экипаж, ход которому давал человек, крутящий педали,, а не привычная упряжка лошадей. Тринадцатью же годами позднее построил водоход — речное судно с водоотталкивающим мотором, позволяющим двигаться против течения.
Даже на протезирование у изобретателя были собственные взгляды: он создал «механическую ногу» для поручика Сергея Непейцына, пострадавшего при штурме Очакова. Также Иван Кулибин вошел в историю как человек, который ввел идею моделирования сооружений в практику мостостроения.
Даже фамилия его стала нарицательной: так и сегодня называют добившихся больших успехов в своем деле. И кулибиных в Нижегородской области с каждым годом становится все больше, а их изобретения и разработки — все разнообразнее и значимее для отечественной науки и многих сфер нашей жизни: от экологии до робототехники. Недаром регион входит в топ-10 по научно-технологическому развитию.
Нижегородцев всегда отличало стремление сделать невозможное, стать первыми. Дух новаторства, предприимчивости, широта мысли, изобретательность и человечность — то уникальное сочетание качеств, которые мы получили в наследство. Эти качества позволили уже нашим современникам и нижегородским разработкам стать известными по всему миру.
Упаковка из крахмала
Недавно ученые ННГУ разработали биосовместимый и гипоаллергенный материал, похожий на мягкий пенопласт. С одной существенной разницей: он полностью биоразлагаем — в отличие от обычного полистирола. За счет этого полимер на основе крахмала и хитозана может стать главным хитом эко-движения.
Композит перерабатывается менее чем за месяц под действием самого распространённого плесневого гриба, что делает новый материал экологичной альтернативой полистиролу и поможет сократить пластиковые отходы.
Работая над синтезом крахмала и хитозана местные химики нашли еще несколько применений получающимся на разных его стадиях материалам. Сделав композит прочным и нерастворимым в воде, они получили сорбент для промышленной ее очистки от ионов металлов и неметаллов. Он также безопасно утилизируется, допускает повторное использование и делает производство более экономичным. По оценке ученых, из тех же компонентов можно получить и впитывающие медицинские материалы, влагоудерживающие агенты для сельского хозяйства и питательные среды для выращивания растений без почв.
Техноалхимия: превращение водорода в электричество
В Нижегородском государственном техническом университете (НГТУ) им. Р. Е. Алексеева создали уникальный комплекс, позволяющий преобразовывать водород в электроэнергию. Использование водорода в сравнении с традиционными видами топлива также более экологично. К тому же водородные источники энергии не шумят и не дают вредных выбросов — в качестве побочного продукта выделяется только вода.
Водород — самое распространенное вещество на Земле, которое обладает очень большой энергией. При получении энергии обычными способами из 100% выходит только 30–35% электрической энергии, остальное выделяется в качестве тепла и потерь. Те преобразователи, над которыми мы трудимся в рамках данного проекта, делают преобразование водорода более эффективным. На нашем стенде мы уже достигли показателя 40–45%, что выше, чем на действующих электрических станциях.
Параллельно в вузе создают экспериментальный образец системы эксплуатационной безопасности для водородной энергетической установки. После завершения всех работ и испытаний такие электрогенерирующие комплексы можно будет использовать, например, в газовой и нефтяной промышленности, на железнодорожном транспорте. В целом эксперты констатируют: водородная энергетика необходима в переходе к безуглеродной экономике страны.
Левитация грузов
Можно ли выполнить погрузку или разгрузку водных судов без использования подъемных кранов, платформ и причалов, перемещая грузы до 30 тонн по воздуху? Нижегородские ученые утверждают — да.
В центра трансфера технологий Университета Лобачевского как раз разрабатывают такой способ, использующий скорость ветра — порядка 30-50 км/час. Для этого груз на аэростате с гелием необходимо поднять на высоту не менее километра от земли. Затем по принципу маятника с помощью лебедок, подъемного блока и управляющих тросов груз переносится на борт судна или на сушу.
Одно из главных условий работы системы — оболочка аэростата в форме тарелки. Она обеспечит увеличенную грузоподъёмность и устойчивость. Модель экономична и проста, она не требует дополнительных платформ, судов для перевозки или причала. Для управления установкой необходимо участие всего трёх человек.
Такая система транспортировки разрабатывается для случаев, когда требуется перенести груз в короткие сроки, а необходимой инфраструктуры для этого нет. Учитывая огромную протяженность морской границы и множество рек, такая беспортовая погрузка-разгрузка судов актуальна для России. Также, говорят специалисты, технология может быть востребована, например, в странах Океании и Юго-Восточной Азии.
Подтверждением того, что нижегородское ноу-хау действительно впечатлило страны-партнеры, стала золотая медаль, которой она удостоилась на конкурсе изобретений Международной выставки изобретений на Среднем Востоке.
Прогнозирование «космических молний»
Совсем фантастическими с точки зрения не погруженного в науку человека вещами занимаются местные физики, которые создали модель для планирования наблюдений за электрическими разрядами холодной плазмы, бьющих высоко над землей — спрайтами. Они зажигаются над грозовыми облаками и по форме могут напоминать гигантских медуз или колонны. Именно это явление чаще всего принимают за НЛО.
Спрайты зажигаются в мезосфере, которая сама по себе сложна для исследований и оставляет много вопросов учёным. Наблюдения со спутников и с земли не могут дать исчерпывающих данных. Изучением спрайтов занимаются по всему миру, однако точные условия их инициации, динамика электрического поля и другие параметры этих высотных разрядов до сих пор описаны не полностью.
Нижегородские ученые научились рассчитывать распределение спрайтов по земному шару по пиковому току разряда, координатам и времени появления. Ранее такой модели в мире не существовало. По их словам, полноценная модель спрайта и изучение его характеристик позволит лучше понять состояние и параметры среды, где возник этот разряд.
Электросети под контролем
Более приземленные и распространенные вспышки — замыкания в энергосетях — также в фокусе внимания местных кулибиных. Эксперты НГТУ имени Р. Е. Алексеева разработали уникальную автоматику для кабельно-воздушных линий электропередачи. Она позволит в автоматическом режиме фиксировать факт повреждения электросети и устанавливать его местоположение.
На высоковольтных кабелях, как правило, отсутствует самоустранение повреждения, и перед повторной подачей напряжения его необходимо испытывать, иначе это может привести к дополнительным повреждениям и даже к человеческим жертвам. Наша разработка позволяет точно определить участок повреждения и сделать это дистанционно.
Преимущество очевидно: это ускоряет восстановление электроснабжения потребителей и делает более безопасными для персонала энергокомпаний сами работы. На данный момент уже разработан проект оборудования. Следующий этап — создание опытного прототипа разработки.
