Лечебные линзы, роботы и 3D-принтеры: шорт-лист кузбасских инноваций

Есть в Кузбассе талантливые молодые разработчики. И наверняка в ближайшем будущем благодаря инновациям наша с вами жизнь станет лучше, станет веселее. Мы сознательно не стали брать проекты, находящиеся только в стадии разработки и не ушедшие дальше презентаций в PowerPoint и таблиц Excel, а показать реально работающие инновации.  Пусть они  ещё не принесли прибыли своим авторам, но их уже можно пощупать и оценить. Представленные в нашем шорт-листе проекты равноправны и не соревнуются друг с другом. 

№1 Превращение 20 млн тонн отходов в деньги

Кузбасс – регион индустриальный, угледобывающий. Урбанизированный. Нагрузка на окружающую среду сильна, отходов  производства - горы, и заработать на них  хочется.

Как это сделать, знает третьекурсница Политеха Елена Злобина. Суть метода изложена в её проекте «Технология переработки техногенных отходов угольной отрасли на местах их образования». За сложным названием кроется действующий прототип установки для обогащения угольного шлама.

Проблема

На каждом угольном комплексе (шахта/разрез + обогатительная фабрика) скапливается значительное количество угольной пыли. В ней масса примесей, зола и прочий балласт, потому угольный шлам - это отходы. Эти отходы сгребают в кучи, ветер их разносит по округе, дождь смывает в водоемы и грунтовые воды – один вред, в общем. Сейчас на просторах Кузбасса без дела лежат 20 млн тонн шлама.

Каждый год эти запасы возрастают на 2 млн тонн. Однако в этих отвалах, по данным Елены, доля товарного угля доходит до 80%. Установка, улучшением которой занимается студентка вместе с научным руководителем, эту угольную пыль превращает в товар.  

Механизм

Угольный шлам представляет собой пыль и при помощи мобильной установки превращается в готовый угле-масляный концентрат. Сырьем для концентрата служит то, что горняки не могут собрать – пыль с погрузки. 

«Затрат на связующий реагент почти нет – на коксохимических  предприятиях всегда есть поглотительные масла, которые используют для устранения газообразных веществ, - объясняет Елена Злобина. – Масло используют циклично, но время от времени часть сливают. Вот это отработанное масло можно использовать как связующий агент.  То есть берем отходы, смешиваем с отходами и получаем продукт». 

При переработке по методу Злобиной после обогащения шлама получается практически чистый углерод и связующие, при  этом из него уходят все неорганические соединения, снижающие ценность угля. Для химической промышленности получается хороший кокс. Для энергетической – калорийное топливо. 

Монетизация и перспективы

«Когда я пришла в этот проект, обогатительная  установка уже была, но не хватало данных, - рассказывает Елена. – Именно этим я и занимаюсь – анализирую её работу с разными марками угля. Образцы нам регулярно привозят. Установка находится в лаборатории КузГТУ, её мощность составляет 25 кг. В планах довести её хотя бы до пяти тонн – и даже при такой производительности это будет лишь прототип».

Установка дает концентрат из шлама, который идет в виде гранул. Он упаковывается в мешки и транспортируется до потребителя. Тонна угольного шлама будет в полтора раза дешевле тонны угольной шихты, которая используется для коксования.

Установка для переработки мобильна. Для того чтобы обеспечить её работу, нужно разместить её на угледобывающем комплексе (фабрика + разрез или шахта). По словам Елены Злобиной, предприятия угледобывающего сектора пока практического интереса к установке не проявляют – нужен не прототип, а готовая производственная линия. Зарабатывать на разработке планируют с помощью машиностроителей: готовые установки будут продавать угольным предприятиям.

№2 Роботы

Эти самостоятельные помощники уже заполонили всё вокруг. Мы просто не заметили, как наступило будущее – роботы-пылесосы, дроны-вертолёты, автомобили, которые паркуются сами на каждом шагу. Робототехника благодаря готовым программным оболочкам и доступным механизмам вроде электроприводов и различных сенсоров вышла из лабораторий, и теперь действительно любой желающий может построить робота, который будет стрелять мячиками, разливать воду или бросаться на прохожих – все зависит от фантазии.

Проблема

Развитие технического творчества в России сейчас на повестке.  Однако все равно до советских масштабов с многочисленными кружками авиамоделирования, радиокружками и т.п. пока далеко. Соответствующие программы от Минэкономразвития уже есть, есть даже конкурсы и гранты.  Малое инновационное предприятие «Импульс» работает как раз в рамках программ Министерства и на грантовые деньги, прививая молодежи страсть к техническому творчеству. Но повсеместного распространения подобные "Импульсу" предприятия пока не получили. 

Механизм

На нескольких столах расставлены роботы, части от механизмов, отвертки и электронные гаджеты вперемешку с планшетами и смартфонами. Встречаются и совсем экзотические штуки вроде обручей на голову для управления роботами с помощью «силы мысли» – это называется нейроинтерфейс. Ребята из «Импульса» - единственные, кто занимается в Кузбассе практическим освоением этой технологии. Главный у них – Александр Демидов. Учредитель предприятия – Кемеровский госуниверситет.

Само объединение не уникально – в стране действуют около 40 подобных центров. Только в Кемерове три. По словам Александра, направленность у всех разная: «Мы вот выбрали робототехнику, инновации в гаджетах. Осваиваем нейроинтерфейсы. Одно устройство куплено, три мы уже сделали сами». Нейроинтерфейс, если быть точным, то «нейро-компьютерный интерфейс» - система, созданная для обмена информацией между мозгом и электронным устройством. В нашем случае это компьютер и роботы. С помощью мозговой активности, «силы мысли», например управляется «Робот-разливалка». 

«Он состоит из двигателя, насоса и подключен к компьютеру. Компьютер по Bluetooth соединен с нейроинтерфейсом. На компьютере сигнал  обрабатывается по определенному алгоритму, - объясняет Дмитрий, невысокий парень, похожий (вы не поверите!) на Шелдона Купера из «Теории большого взрыва». – Данные с компьютера  уходят на микроконтроллер на платформе ARDUINO, который и управляет двигателем «Робота-разливалки». 

Управление роботами идет через микроконтроллер, установленный на роботе. На компьютере пишется программа, потом она устанавливается  на микроконтроллер, и робот выполняет запрограммированный набор команд. Также возможно общение между  компьютером, планшетом, телефоном и роботом. В принципе, любой гаджет можно превратить в пульт управления : есть  даже готовые приложения для смартфонов. 

Монетизация и перспективы

Все роботы сделаны самим ребятами. «Есть база LEGO – самая простая база для механики, - рассказывает Дмитрий. -  На ней можно построить механизм, а потом уже работать с кодом, с программированием. Есть открытая программная платформа для робототехники, и на этой платформе можно реализовать даже концепцию умного дома». 

Пока проект никак не зарабатывает и существует на деньги гранта от Минэкономразвития. 

«

Для монетизации  проекта привлекаем студентов-маркетологов – ставим им задачи,

-

рассказывает Александр Демидов

. -

Кроме того, решаем задачи, которые ставит университет – делаем мелкую сувенирную продукцию. Думаю в будущем связать с этим свою жизнь – мне нравится работа на фрилансе, тем более, что заказы уже были, и со всеми удалось справиться

».

№3 3D-принтеры

Про 3D-принтеры нынче знают даже бабушки. Об этих устройствах часто говорят в новостях, на них возлагают подчас совсем уж несбыточные, кажется, надежды, а на следующей неделе появляются сообщения о том, что в Китае напечатали дом. Чтобы не слушать сто раз, а увидеть и пощупать, мы обратились к нашим кемеровским парням, занимающимся развитием этого направления. 

Проблема

Давайте сразу оговоримся: глобальную проблематику поднимать не будем, так как объективно вряд ли несколько кузбасских энтузиастов с принтерами за 40 000 рублей смогут влиять на аэрокосмическую отрасль или решение проблемы доступного жилья. Так что возьмем более приземленные примеры. Многие предметы обихода в случае поломки одной из их частей приходится покупать целиком. Невыгодно производителям выпускать запасные ручки для кастрюль и разнообразные пластиковые рычажки. Часто даже при желании найти необходимую деталь очень трудно, и здесь 3D-печать может бюджетно и оперативно проблему решить. 

Механизм

3D-печать не приходит одна – сперва нужно создать прототип. «Первый шаг – этап прототипирования: идея, визуализация в специальной программе, печать – все это прототипирование, - рассказывает Александр Зянгиров, специалист по 3D-дизайну. – После того, как будет получено первое изделие, модель можно запускать в серию». В этой небольшой компании Александр занимается моделированием. 

«Если необходимо создать что-то в свободной форме, то я рисую в системе Blender. Если речь идет об инженерии, то использую CAD-систему. После того, как модель готова, она выгружается в формате STL –  это облако точек, которое понимает любой принтер. Руководствуясь этими координатами, принтер печатает изделие». Сама 3D-печать - это послойное наплавление, если мы говорим о струйной печати. Принтер плавит термопластик, и нить под давлением выходит из раздаточной головки на охлаждаемую площадку, где пластик застывает и формирует слои детали.

По сути это ЧПУ-установка аддитивного (путем наслоения) производства. В привычных нам фрезерных станках с  числовым программным управлением деталь формируется путем отсечения лишнего материала, в случае с печатью процесс обратный – вещество наплавляется или спекается.

«В России это совсем свежее направление. Я работаю в этой сфере уже 9 месяцев. Когда я пришел, у нас были только стол и стул, а люди не понимали, зачем это нужно. Но постепенно в сознании людей начинает появляться понимание того, что такое 3D-печать и чем она может быть полезна». 

Монетизация и перспективы

«Мы занимаемся поставкой 3D-принтеров в городе Кемерово и их обслуживанием. Каждый купивший у нас принтер  становится нашим партнером. Часто мы отдаем им заказы на печать, с которыми к нам обращаются клиенты. То есть мы занимаемся моделированием и мелкими заказами на печать, более крупные заказы отдаем своим партнёрам», - рассказывает Александр Зянгиров.

Пока к услугам кемеровской 3D-печати обращаются в основном компании, занимающиеся сувенирной продукцией – для изготовления эксклюзивных изделий. Однако своей главной целью ребята ставят продвижение технологии: нужно дать понять крупным предприятиям, что на большом производстве можно поставить свою лабораторию для прототипирования. 

«К крупным предприятиями уже обращались. Есть машиностроительное предприятие, название не помню… находятся в районе «Азота», там нами заинтересовались, но пока все на стадии согласования». По словам Зянгирова, рынок по России насыщен, но большинство работает по схеме интернет-магазинов. Кто-то возит американскую технику, кто-то китайскую. «У нас стоят принтеры PrintBox-1, который стоит 99 000 рублей и UP! MINI - рабочая лошадка, печатает круглые сутки, стоит 40 000 рублей – простой, но капризный, за ним нужно постоянно следить».

Пока, помимо производителей «сувенирки», приходят и автомобилисты с ручками для стеклоподъёмников, домохозяйки, спрашивающие, можно ли напечатать ручку для кастрюли. Видимо, и вправду понимание приходит. 

№4 Контактные линзы, которые лечат

Что делать, если в глаза попала кислота? Вспоминайте уроки ОБЖ! А щелочь? Ничего в голове не возникает, верно? А время уходит, и зрение может серьезно пострадать. Что делать, если в долгой экспедиции случилось воспаление глаза или травма, грозящая абсцессом? К сожалению, первая помощь – это не конёк многих из нас, а в сложной ситуации легко растеряться. Учитывая всё это, хорошо бы иметь такие универсальные штуки, которые просто приложил к глазам – и первая помощь оказана. И в Кемерове есть разработчики, занятые этой проблемой.

Проблема

Быстрое, простое и эффективное средство для оказания первой помощи при химических ожогах глаз и средство для терапии травм глаза. Чтобы любой человек в любом месте смог без особых знаний и навыков оказать первую помощь - на стройке, заводе, «в поле».

Механизм

Виолетта Ле – директор малого инновационного предприятия, которое разрабатывает линзы для лечения травм и ожогов глаз. 

«Наши линзы могут использоваться в комплексном лечении или для оказания первой помощи до приезда скорой. Например, если это химический ожог кислотой или щелочью, то можно наложить линзу, которая сразу начнет абсорбировать на себя поражающий агент, - рассказывает Виолетта Ле. – Есть четыре модификации линз: для лечения кислотных и щелочных ожогов, для лечения вирусных инфекций и кислотно-щелочные – когда неизвестно происхождение поражающего вещества». По словам разработчицы, линзы для лечения химических ожогов просто абсорбируют на себя токсичные вещества, как «живое дерево».

Сами исследования были начаты в 2008 году, когда с идеей подобных линз обратились медики. 

«На тот момент у нас уже была команда химиков, которые работали с полимерами и разработали материал для мягких контактных линз с высоким влагосодержанием. Они пытались внедрить этот материал, но больших успехов не добились - рынок велик и конкуренция сильная, хотя сам материал получился очень хорошим, - рассказывает Виолетта. - Параллельно с этим работали офтальмологи, совместно с  «ТОКЕМ» они делали вкладыши, которые обладают теми же свойствами, как и наши линзы. Но по ряду причин они не смогли их запустить в производство. К тому же, эти вкладыши прилипали к глазам. И офтальмологами обратились к нам. Они хотели, чтобы мы, химики, используя их идею, сделали линзы».

По словам Виолетты, сами исследования очень кропотливы: можно весь год тестировать одну линзу, чтобы получить результат. Так что разработка требует много времени. Для того, чтобы создать прототип нужно учесть мировой опыт, проработать огромное количество литературы, провести физико-химические исследования.

Монетизация и перспективы    

«Мы еще не тестировали на людях – сейчас мы на стадии клинических испытаний.  Сейчас согласовываем документы с Роспотребнадзором». Как говорит Виолетта, конечная цель предприятия – лечебные линзы в каждой аптечке. И уже сейчас заинтересованность проявляют крупные игроки в частности, Johnson & Johnson. 

«Их представитель сказала, что интерес у компании есть, спрос на рынке есть, но пока неясно, как с нами работать». Инноваторы прописали бизнес-стратегию, предусмотрели различные варианты реализации: лицензия на производство, продажа через аптечную сеть, собственное производство.

На одном из конкурсов эксперты сказали, что стратегия очень размыта, и нет понимания, идет речь о продаже лицензии или самостоятельной реализации. После того, как малое инновационное предприятие вошло в число резидентов Кузбасского технопарка, удалось получить льготы на аренду площади. Помещение лаборатории было построено специально под нужды двух лабораторий, занятых разработкой линз.

«Кроме Johnson & Johnson есть интерес и со стороны российских фармацевтических  компаний – для того, чтобы обезопасить себя от несанкционированного использования наших разработок мы заняты регистрацией  патентов, - признаётся  Виолетта. -  Мы планируем стать резидентами Сколково. И если нас туда примут, то работа будет идти над получением международного патента, так как под это потребуется финансирование и консультации сколковских специалистов. Всю эту поддержку они нам окажут, при том, что вся производственная база находится здесь, в Кемерове». 

Мы привыкли, что наукоёмкое производство это не про Россию, что научно-технические прорывы силами простых молодых ученых и предпринимателей – это в Кремниевой долине, Японии или Южной Корее. Привыкли, что изобретения в России – это только сюжеты на «Первом канале» про какого-нибудь «Кулибина» из далекой деревни. Однако российская молодежь не только изобретает, но и внедряет свои разработки, ставит их на поток и даже придумывает, как на этом заработать. И при этом не старается со своими идеями уехать за бугор.