Как школьники решают реальные научные и технологические задачи: примеры проектов

Получить урожай клубники в середине зимы, оценить целесообразность строительства мини-ГЭС для стабильного энергоснабжения отдалённых районов, разработать приложение для SMS-рассылки предупреждений о неблагоприятной погоде от МЧС. Такие задачи решают школьники со всей России, участвующие в дистанционной научно-технологической программе «Сириус.Лето». Проекты для них придумывают в компаниях-партнёрах, вузах и региональных образовательных центрах, а кураторы, шефствующие над командами, помогают полноценно выполнить работу в срок. Часто роль наставника берёт на себя студент профильного вуза, который таким образом получает педагогическую практику, опыт управления проектами и возможность зарекомендовать себя перед будущим работодателем.

Над проектами программы «Сириус.Лето» школьники работают весь учебный год: проводят исследование, получают результат и представляют выводы экспертной комиссии Фото: © Варвара Слива / Медиадом «Сириус»

Проекты бывают очного и удалённого форматов. Первый предполагает работу в лабораториях региональных центров и университетов, а второй — автономное выполнение задач школьниками в своих родных городах или посёлках. Команды формируются из учащихся шестых классов и старше. «Сириус.Лето» дат им возможность попробовать себя в роли программистов, лаборантов, конструкторов, системотехников, фармакологов и даже парфюмеров. Нередко работа над проектом выходит за рамки программы, и участники доводят его до практического внедрения либо становятся соавторами научных статей. А ещё школьники часто представляют результаты своих трудов на всероссийских и международных конкурсах, научных конференциях и фестивалях. Расскажем подробнее о нескольких проектах, над которыми сейчас идёт работа.

Растения в невесомости 

Сегодня в России разрабатывают и запускают крошечные космические аппараты, которые могут уместиться на ладони, — CubeSat. Такие спутники выполняют широкий спектр задач — от дистанционного зондирования Земли и мониторинга климатических изменений до проведения научных исследований и экологического контроля. Причём производить их проще и выгоднее, чем традиционные орбитальные аппараты.

Команда участников проекта «Сириус.Лето» из Саратова Фото: © Фонд «Талант и успех»

Под руководством наставника из Саратовского государственного университета команда школьников создаёт для такого спутника опытный макет резервуара, в котором можно выращивать растения в условиях невесомости. В качестве объекта исследований выбраны суккуленты — устойчивые к засухе растения, способные долго сохранять влагу. Алюминиевый контейнер, куда поместят растение, оснастят необходимым оборудованием — ультрафиолетовой лампой, датчиками температуры и влажности, системами полива и подачи кислорода, а также камерой наблюдения. Программное обеспечение, которое будет управлять системой и передавать данные, также разработают школьники. Собранный аппарат пройдёт наземные испытания, по итогам которых сконструируют опытный образец для доставки на орбиту. Заказчики проекта — Институт проблем точной механики и управления РАН и Саратовское отделение Российской академии космонавтики им. К. Э. Циолковского.

Витримеры, которые нельзя повредить

Витримеры — новый вид материалов, способных запоминать форму и самовосстанавливаться, а ещё пригодных для переработки. Их производят из эпоксидной смолы, отвердителя и катализатора. Сочетая эти компоненты и воздействуя на них с помощью изменения температуры и других методов, достигаются нужные свойства полимеров. Если на таком материале появится царапина или другое механическое повреждение, можно нагреть его, и поверхность выровняется. Это свойство позволяет применять витримеры в разных областях — от защитных покрытий до печатных плат и гибкой электроники.

Разработкой таких полимеров занялись томские школьники под руководством выпускницы профильной программы Образовательного центра «Сириус» по химии, студентки третьего курса бакалавриата Томского политехнического университета Елизаветы Манаповой.

Наставница томской команды Елизавета Манапова Фото: © Медиадом «Сириус»

«Мы произведём несколько образцов материала и проведём первичную стадию исследований их свойств — например, проверим прочность на универсальной разрывной машине. Также поставим эксперимент с составом и синтезируем отвердитель, который раньше не применялся в подобных разработках», — делится планами она.

Стройматериалы из гриба

С полимерами работают и в Кирове. Восьмиклассник Константин Минин на основе трутового гриба тестирует инновационное вещество, способное заменить привычную упаковку или применяемые сейчас в строительстве теплоизоляционные материалы. Грибы школьник предлагает выращивать на опилках. Технологический процесс выглядит так: сначала из трутовика извлекают основной компонент биополимера — полисахариды, потом экстракт очищают от примесей, сушат и обрабатывают для получения нужной формы и свойств. После застывания получается лёгкий и прочный материал, натуральный и экологически безопасный, а главное — простой в изготовлении.

Константин Минин намерен представить свой проект на «Больших вызовах» Фото: © Фонд «Талант и успех»

Для массового производства полимера нужно тщательно изучить его физические свойства. Константин Минин уже проанализировал характеристики вещества и его синтетических аналогов, сравнил их свойства,  в том числе устойчивость к деформации, упругость, водопоглощение, горючесть, теплопроводность и способность накапливать электрический заряд. Образцы для исследований предоставил заказчик проекта — Федеральный аграрный научный центр Северо-Востока имени Н. В. Рудницкого. Анализ данных подтвердил, что натуральный материал по нескольким параметрам превосходит синтетические аналоги. Этот проект школьник из Кирова представит на Всероссийском конкурсе научно-технологических проектов «Большие вызовы».

«Большие вызовы» — это масштабный проект для школьников и студентов, которые увлекаются наукой, технологиями и исследованиями. Его цель — развивать у молодёжи творческие способности, стимулировать интерес к проектной работе, популяризировать научные знания и достижения. В предыдущих девяти сезонах в конкурсе участвовали более 120 тысяч учащихся из 87 регионов.

Глобальное потепление и насекомоядные вредители

В Курской области участники программы изучают, как климатические изменения влияют на распространение вредоносных организмов: микроскопических червей (нематоды), клещей, насекомых-вредителей и растений-паразитов. Такие исследования помогают отслеживать, как меняются места обитания вредителей, а также разрабатывать новые методы защиты растений.

Итогом работы школьников из Курской области станет интерактивный справочник о распространённых фитопаразитах Фото: © Фонд «Талант и успех»

В проекте задействовано несколько исследовательских групп. На полях школьники собрали образцы растений (картофельную ботву, листья огурцов, помидоров и ягодных культур), которые могут быть поражены паразитами, чтобы потом изучить их в лаборатории Института паразитологии Курского государственного университета. Затем вместе с наставниками ученики выявляли взаимосвязи между изменением климатических условий и распространением вредителей. Например, при повышенной температуре быстрее развиваются личинки круглых червей — фитонематод, и происходит их активная миграция в почве, из-за чего оказывается заражённым большее количество корней, плодов и клубней сельхозкультур.

Все выводы и наблюдения ребята занесут в интерактивный справочник, где будет собрана полная информация о наиболее распространённых фитопаразитах, которые опасны для овощных, плодовых, ягодных и декоративных культур в изучаемом регионе. Также они опишут особенности борьбы с вредителями в условиях меняющегося климата. 

Экстракт из растений для духов и газировки

В Республике Хакасия школьники тоже собирают растения, но создают из них ароматизированную воду и полезные напитки. Проект курирует педагог дополнительного образования Илья Щетинин. Он преподаёт биологию в региональном центре по модели Сириуса «Альтаир-Хакасия». Подростки из Абакана и Черногорска исследуют растения своего региона и получают из них ароматические экстракты, которые планируют использовать при создании натуральных пищевых добавок и парфюма. Школьники сами собирают сырьё, потом в лабораториях центра получают из него выжимку, проводят химический анализ, определяют сферу применения и создают первые образцы продукции.

Работа в лаборатории регионального центра «Альтаир-Хакасия», созданного по модели Сириуса Фото: © Фонд «Талант и успех»

Так, ученица 9-го класса Мелисса Попенко разрабатывает альтернативу сладким газировкам и энергетикам — полезный лимонад на основе экстрактов лекарственных растений. В состав напитка войдут иван-чай, белоголовник, ромашка и, что символично, мелисса. Чтобы гарантировать безопасность продуктов для потребителей, ученики изучают специальную литературу и консультируются с профессиональными биологами из Хакасского государственного университета. 

Каждая рыба на счету  

В Абхазии участники программы «Сириус.Лето» создают умную камеру для наблюдения за миграцией морских обитателей. Эти данные помогут понять учёным закономерности движения разных видов, степень влияния на них антропогенных факторов и возможности адаптации к изменениям климата. Под руководством студента-магистранта Рената Ломия местные школьники изучат обитателей акватории в районе Сухумского мыса: черноморского анчоуса, барабулю, бычка-кругляка, атлантическую скумбрию и дельфинов.

Школьники из Сухума создают IP-камеру для наблюдения за обитателями Чёрного моря Фото: © Медиадом «Сириус»

Изображение с камеры будет обрабатывать нейросеть. Для её обучения участники проекта соберут базу данных, в том числе фото и видео морских обитателей. Первый видеоприбор опустят в море на глубину около десяти метров рядом с лабораторией Института экологии Академии наук Абхазии — партнёра проекта. Если устройство себя успешно зарекомендует, аналогичные появятся в акваториях, прилегающих к другим городам Абхазии, а собранные ими данные используют для комплексного мониторинга миграции морских обитателей.

Программа «Сириус.Лето» продолжается весь учебный год, в конце которого проходит представление и защита проектов. Новый, шестой сезон стартует конце лета 2025 года. В августе партнёры предложат свои задачи, а в октябре школьники смогут подать заявки и выбрать то, что им интересно.