"Дорогая, я уменьшил велосипед и ГЭС": как помогут мини-изобретения

Прогресс не стоит на месте. Благодаря новым технологиям ученым и инженерам удается уменьшить размеры привычных вещей. Совсем скоро нас перестанут удивлять мини-электростанции и крошечные чипы, способные хранить огромные объемы информации.

Как миниатюрные роботы помогут обследовать непроходимые для человека места? А участвовать в сложных спасательных операциях? Об этом рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.

Мал золотник: какие миниатюрные изобретения смогут облегчить нам жизнь

Краснодарский пенсионер собрал велосипед размером с ладонь и смог на нем прокатиться

Самый маленький велосипед мира – транспорт размером с ладонь создал краснодарец Сергей Дашевский.

• В скорость и педали он влюблен с детства.
• 18 лет назад сделал первую уменьшенную копию велосипеда – полуметровую.
• С тех пор каждый следующий экземпляр становился все миниатюрнее.
• Изобретатель даже стал мировым рекордсменом, а потом превзошел сам себя.

"Самый маленький – у него длина в книге рекордов Гиннеса 8,4 сантиметра, а этот 7,8 сантиметра. В конце концов сделал такой вариант, что я на нем могу ездить. У меня уже получается: на нем метров 10 я проезжаю, может, и больше", – рассказал инженер, рекордсмен Книги рекордов России Сергей Дашевский.

Но миниатюрные изобретения нужны не только ради рекордов. Уменьшенные копии больших вещей помогут избавить мир от множества проблем.

Миниатюрная АЭС "Елена-М" решит проблему с электричеством в небольших поселках

Главная проблема жителей села Меловатка в Воронежской области – перебои с электричеством. Свет в домах пропадает несколько раз в неделю, но не на пару часов, а на целые сутки. Из-за перепадов напряжения то и дело горит бытовая техника.

– Вот сгоревший, а вот только что купила. Видите, какой, – сказала жительница села Меловатка Нина Вахтина, указывая на холодильники.

– И сколько ж потратили? – задали ей вопрос.

– Этот 25 тысяч, этот – 30, – ответила женщина, показывая на бытовую технику.

Фото: © Кадр из программы "Наука и техника", РЕН ТВ

Перебои со светом есть не только в Воронежской области. На севере России множество отдаленных и труднодоступных поселков, куда нереально протянуть линии электропередач. Проблему каждого из них могла бы решить своя атомная станция. Но строить такую сверхмощную громадину для пары тысяч жителей просто нет смысла.

Выход из ситуации придумали ученые Курчатовского института – они спроектировали уникальную миниатюрную АЭС по имени "Елена-М".

• Через семь лет эта виртуальная АЭС станет реальной. Построить ее планируют рядом с одним из отдаленных якутских поселков.
• Высотой "Елена" будет с 10-этажный дом.

Для атомной электростанции ничтожные размеры. По сравнению с обычной она словно пальчиковая батарейка на фоне автомобильного аккумулятора.

• А вот мощности маленькой АЭС хватит, чтобы 40 лет обеспечивать теплом и электричеством около 4 тысяч жителей.

"Под землей расположены радиационно-опасные оборудования. Это ядерный реактор, где вырабатывается тепло. Оно передается в генераторы вокруг реактора. В генераторах вырабатывается электричество, которое уходит в сеть, а дальше оставшееся тепло уходит на теплообменники, откуда идет на теплофикацию в расположенные рядом населенные пункты", – объяснил научный руководитель Курчатовского комплекса ядерных транспортных энергетических технологий, помощник президента НИЦ "Курчатовский институт" Василий Устинов.

Вокруг обычной АЭС, как правило, устанавливают санитарно-защитную зону радиусом от 3 до 5 километров – с радиацией шутки плохи.

Фото: © Кадр из программы "Наука и техника", РЕН ТВ

А вот маленькую "Елену" можно строить всего в 100 метрах от жилых домов, и это будет безопасно. Разработчики избавились от сложных конструкций, которые производят ток на больших станциях. Там вода, нагретая энергией распада радиоактивного урана, поступает в специальное устройство, где превращается в пар, который затем вращает турбину.

"Там уже на крутящихся машинах вырабатывается электричество, которое идет в сеть. Мы спроектировали станцию, где нет таких элементов, которые должны крутиться. У нас нет насосов. Мы специально так построили установку: она безнасосная – на естественной циркуляции. За счет подъемной силы Архимеда горячая вода поднимается, передает тепло в поселок. А за счет передачи на термоэлементах мы снимаем электричество", – уточнил Устинов.

Это делает "Елену" самой надежной и безопасной атомной станцией в мире – ломаться там просто нечему. Не требует АЭС и постоянного человеческого контроля, поэтому может работать автономно – без оператора.

На строительство маленького объекта и денег нужно относительно мало – около 20 миллиардов. Для сравнения: полноразмерные АЭС стоят триллионы рублей.

Жаль, что такую полезную и бюджетную "Елену" нельзя собрать у себя в гараже.

Фото: © Кадр из программы "Наука и техника", РЕН ТВ

Мини-ГЭС размером с почтовый ящик может обеспечить энергией небольшую турбазу

А вот создать миниатюрную копию огромной гидроэлектростанции, как оказалось, вполне возможно. Учитель информатики из Сочи Юрий Беляев уже сделал первую в России ГЭС размером с почтовый ящик.

"Сегодня у нас модель на 700 ватт. Она на основе турбины Пелтона", – показал тестовый образец изобретатель, создатель первой в России мини-ГЭС Юрий Беляев.

Турбины точно такой же конструкции работают и на больших ГЭС:

• Лопасти, похожие на ковши, приводит в движение струя воды.
• Чем она мощнее, тем быстрее крутится колесо.
• Энергия его движения поступает в генератор и там превращается в ток.

Казалось бы, проще некуда. Вот только детали для мини-ГЭС в магазине не продаются. Все элементы станции Юрий Беляев делает сам. Для этого пришлось даже купить 3D-принтер.

"Пришлось изготовить около 15 различных форм, чтобы найти самую эффективную. Изначально отливал из алюминия, но это было очень трудозатратно и выходило дорого. Потом перешел на печать пластиком – прочности оказалось достаточно", – поделился Беляев.

700-ваттная установка способна обеспечить светом пару частных домов, пасеку или небольшую турбазу. Лишь бы рядом был подходящий источник с перепадом высоты примерно в 10 метров.

Для работы станции нужно, чтобы за секунду через лопасти проходил как минимум литр воды.

Фото: © Кадр из программы "Наука и техника", РЕН ТВ

По ночам, когда много энергии не требуется, ее излишек накапливается во встроенном аккумуляторе.

"Уникальной особенностью станции на 3 киловатта является наличие электронного клапана. Мы скачиваем приложение на телефон, и через него можно управлять подачей воды. Это очень удобно. Можно даже находясь в другом городе включить станцию либо выключить при необходимости", – добавил изобретатель.

Роботы-насекомые помогут вызволять людей из пещер

Миниатюрные изобретения помогают спасать жизни. Летом 2018 года внимание всех было приковано к пещере Тхамлуанг в Таиланде. Внезапное наводнение затопило выход из подземелья. В ловушке на глубине более 4 километров оказалась юношеская футбольная команда – 12 школьников и их тренер.

"Под водой была очень плохая видимость – невозможно было разглядеть собственную руку перед лицом. Приходилось двигаться почти на ощупь", – пояснил эксперт в области пещерного дайвинга Джон Волантен

Операция по спасению длилась больше двух недель. Технологий, чтобы ускорить поиски, на тот момент попросту не было. Но теперь существуют миниатюрные и юркие роботы-насекомые.

Их разработали инженеры Массачусетского технологического института. Механические помощники размером со скрепку весят меньше грамма, но могут летать и нести на себе датчики и камеры.

"В движение роботов приводят четыре крыла, которые двигаются благодаря искусственным мышцам. Эти мышцы сделаны из эластичного материала. Он сжимается и растягивается, когда через него проходит электрический ток. Все это возможно благодаря тонким слоям углеродных нанотрубок, которые работают как электроды", – рассказал телеведущий, популяризатор науки Дерек Александер Мюллер.

В случае катаклизмов мини-роботов планируют запускать в самые труднодоступные места и завалы для поиска людей.

Пока механические насекомые могут летать всего 16 минут, но время работы батареи хотят увеличить до 3 часов.

Фото: © Кадр из программы "Наука и техника", РЕН ТВ

Флешка размером с песчинку может хранить терабайты информации

А чтобы устройство тратило меньше энергии, но при этом запоминало больше информации, его нужно уменьшить до одного атома. Это доказали инженеры Техасского университета.

Они создали самый маленький накопитель памяти с производительностью в 100 раз больше, чем у современных флэшек. Только представьте: на крошечном чипе размером с песчинку можно хранить терабайты данных.

"Этот накопитель, толщиной в один атом, называется мемристор – элемент памяти, который меняет свое сопротивление в зависимости от прошедшего через него электрического заряда. В отличии от обычных транзисторов, мемристоры могут запоминать заряд, что делает их быстрее, компактнее и энергоэффективнее", – рассказал профессор кафедры электротехники и вычислительной техники Техасского университета Деджи Акинванде.

Ячейка памяти выглядит как тонкая пластинка в один квадратный нанометр. Это в 100 миллионов раз меньше, чем диаметр человеческого волоса.

Если микроскопические накопители выйдут в массовое производство, то смартфоны, компьютеры и даже космические спутники станут меньше, легче и вместительнее. А для чего нужен двигатель размером с микроба?

Фото: © Кадр из программы "Наука и техника", РЕН ТВ

Двигатель толщиной с волос доставит лекарства к нужному участку тела

Двигатель внутреннего сгорания толщиной с человеческий волос. Ему нет аналогов в мире. Уменьшить агрегат до таких миниатюрных размеров смогли специалисты Курчатовского института.

Принцип работы этого крохи тот же, что и в привычных ДВС:

• Внутри есть камера сгорания, только топливом служит не бензин, а соленая вода.
• Под действием электричества она превращается в водород и кислород. После этого газы воспламеняются, и происходит взрыв.

"Двигатель содержит рабочую камеру, закрытую эластичной мембраной. Взрыв внутри рабочей камеры толкает мембрану, а мембрана, в свою очередь, выполняет целевую функцию. Например, может перемещать тела", – объяснил кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник НИЦ "Курчатовский институт" Илья Уваров.

Устройство может приводить в движение объекты, которые в тысячу раз превышают его по массе. Российским ученым удалось решить одну из главных проблем миниатюризации двигателей. С уменьшением размера ДВС падает эффективность. Но исследователи Курчатовского института применили метод быстрого удаления газа. Это позволило повторять реакцию горения многократно, даже в крошечной камере.

Фото: © Кадр из программы "Наука и техника", РЕН ТВ

Мощности микромотора хватит, чтобы питать микроскопических роботов или использовать для адресной доставки лекарств. Например, устройство может заменить громоздкие помпы для инсулина.

"Ближайшее практическое применение – это микронасосы. Миниатюрные помпы предназначены для доставки лекарств в организм человека. Такое устройство крепится либо на кожу, либо имплантируется в организм и доставляет лекарства прецизионно – с высокой точностью, непосредственно к целевым органам или тканям", – рассказал Уваров.

Ученые Курчатовского института уверены, что их миниатюрная разработка приведет к огромному прорыву в мировой робототехнике. Мир и правда становится все больше, а технологии в нем все меньше. Вряд ли стоит сомневаться, что уже скоро почти все вокруг – от гаджетов и велосипедов до гидроэлектростанций – с легкостью поместится в кармане.