Партнерський матеріал
Вони знають, як вилікувати перелом щелепи й при цьому зберегти можливість пережовувати їжу. Створили машину, яка перетворює енергію пари й газу на електроенергію та виробляють складне насосне обладнання, яке конкурує з європейськими зразками.
Ці та інші не менш прогресивні ідеї належать науковцям Сумського державного університету. У партнерському матеріалі розповідаємо, як працюють винаходи наших вчених, що здатні зберігати ресурси землі, робити лікування більш комфортним та забезпечувати розвиток української промисловості.
Корегувальний корсет проти сколіозу від судномоделіста
Як не дивно, ідея створити цей ортопедичний виріб належить не лікарю, а судномоделісту, асистенту кафедри прикладного матеріалознавства і технології конструкційних матеріалів Павлу Руденку. Чоловік давно займається спортивним моделюванням кораблів, а нині очолює Сумський осередок федерації судномодельного спорту України.
— Щоб спроєктувати й побудувати корабель або човен, доводиться довго сидіти — розповідає науковець, — тому в мене, як і в багатьох моделістів, сколіоз. Отож, я вирішив зробити щось корисне для себе, адже коли цілий день працюєш, починає боліти спина. Цьому могла б зарадити річ, здатна підтримувати поставу — корсет. Матеріал обрав той, із яким найчастіше працюю — це легкий і міцний вуглепластик, — розповідає розробник.
Баченням майбутнього виробу Павло Руденко поділився із завідувачем кафедри екстреної медицини Юрієм Шкатулою. Науковець детально розповів, як працює опорно-руховий апарат людини та яких принципів необхідно дотримуватися під час роботи.
Об’єднавши зусилля, вчені написали проєкт розробки корегувального корсета для лікування сколіозу у дітей та виграли грант на її фінансування. Проте, коли команда фахівців обох кафедр посилено працювала над втіленням задуму, почалася повномасштабна війна. Павло Руденко згадує, що клеїв корсет у стінах університету, ще коли Суми перебували у ворожому оточенні й неподалік міста йшли бої. Попри те виріб створили вчасно.
Як це працює
Якщо порівняти корсет, створений сумськими науковцями, із корсетом Шено, який вважають одним із найвідоміших, то різниця буде принциповою. На вигляд Шено нагадує гільзу, всередині якої є спеціальні виступи. Вони забезпечують тиск на деформовану кісткову тканину. Натомість з іншого боку є камери, у яких і розташовуються зміщені під впливом корсета ділянки. Щоб створити виріб за індивідуальними параметрами, пацієнта гіпсують, а це некомфортно.
Сумські науковці пропонують сучасніший підхід. Для визначення розмірів вчені сканують поверхню тулуба, що дозволяє отримати точніші заміри. Та й для самого пацієнта ця процедура комфортніше, ніж гіпсування. Потім розробники фрезують модель тулуба, а затим — формують елементи корсета з вуглецевого волокна та епоксидної смоли.
В основі принципу дії корсета сумських науковців — пружній елемент, що впливає на необхідну ділянку хребта. Це змушує його підлаштовуватися й у такий спосіб формувати правильну поставу.
Ортопедичний виріб має більше отворів, щоб тіло дихало, його легко одягати самотужки та простіше сховати під одягом. Технологічність корсета, зазначає Павло Руденко, вказує на його ширше застосування. Наприклад, під час реабілітації пацієнтів після поранень.
Щодо впровадження цієї технології в лікарську практику, науковець зазначає:
— Медики позитивно оцінюють нашу розробку, їм подобається матеріал, з якого він створений, бо це вуглецеве волокно й воно сучасне. Водночас такий підхід потребуватиме змін в організації роботи лікарень. Адже, щоб створити розроблений нами корсет, необхідна тісна співпраця медиків та інженерів.
Для ретельнішого вивчення ефективності виробу вчені планують проводити клінічні дослідження. Свою розробку науковці вже запатентували.
Перетворити енергію пари або газу на електрику
Таке завдання виконує розробка сумських науковців зі складною назвою енергоощадний турбогенератор. Його можна використовувати в системах, де виникають перепади тиску, зокрема, в газорозподільних мережах.
— Для того, щоб доставити блакитне паливо до споживачів, необхідно спочатку стиснути, а потім зменшити тиск із більших значень до менших. Через це частина енергії стиснутого газу втрачається на вузлах редукування, проте із нашим турбогенератором її можна зберегти, — розповідає Сергій Ванєєв, завідувач кафедри технічної теплофізики СумДУ.
— Основна кількість газорозподільних станцій відносно маловитратна, на них зазвичай можна отримати не більше 500 кВт корисної потужності. Ми розробляємо турбогенератори на основі струминно-реактивної та вихрової турбін.
Їх і конструктивно, й технологічно виготовити простіше, тому й питому вартість турбогенератора отримуємо меншу. У цьому діапазоні потужності й витрат ми точно конкуруємо з турбогенераторами на базі класичних турбін і маємо набагато менший термін окупності, — підсумовує науковець.
Енергоощадний турбогенератор вчені створили, виконуючи державне замовлення з напряму «Енергетика та енергоефективність». Робота над ним тривала впродовж 2017 — 2018 років. За рік науковці створили дослідний зразок турбогенератора та експериментальний стенд, де можна проводити дослідження й демонструвати роботу агрегата. Вчені кажуть, що ця розробка повністю готова до використання.
Лікувати перелом щелепи й нормально харчуватися
Лікування перелому щелепи — це складний і тривалий процес. Щоб кістки зрослися правильно, їх необхідно знерухомити. Для цього фрагменти щелепи скріплюють за допомогою різних металоконструкцій. Найбільш надійними серед них лікарі вважають титанові пластини.
Доцент кафедри патологічної анатомії Євген Кузенко у своїй лікарській практиці часто стикався з такою проблемою, як переломи нижньої щелепи та їх шинування за відсутності зубів. Це означає, що пацієнту, який травмувався, зв‘язують верхню та нижню щелепи, щоб вони не рухалися, й кістки зросталися правильно. Через це хворий втрачає можливість пережовувати їжу, тому споживає лише рідкі страви.
Як це працює
Щоб зробити лікування комфортнішим, лікар разом зі своїм колегою, старшим викладачем кафедри хімічної інженерії Максимом Скиданенком, розробив комплект пластин, встановивши які можна зберегти жувальну функцію. Ці металоконструкції науковцям вдалося створити тоншими за схожі зразки й водночас такими, що витримують навантаження жувальних м’язів.
— Основне завдання було — розробити конструкцію пластини якомога меншого розміру й товщини, щоб зменшити вірогідність відторгнення цього об’єкту та щоб організм людини отримував якомога менше металу. Бо якої б високої якості матеріал ви не візьмете, до його складу все одно входитиме алюміній, певний відсоток міді та інші метали.
Вони погіршують функції внутрішніх органів. Тому пластини, навіть якщо вони стоять у великих кістках, через певний час виймають хірургічним шляхом, — пояснює Євген Кузенко. Вчений також зазначає, що найбільша складність у виготовленні цих конструкцій полягала в тому, щоб математично розрахувати всі вектори руху щелепи. Розробка вже пройшла клінічні випробування, зараз вчені її сертифікують.
Установка, що допомагає діагностувати рак
Ще одна спільна наукова розробка медиків та інженерів — установка для виявлення онкомаркерів. Пристрій, створений науковцями СумДУ, призначений для досліджень різних патологічних процесів в організмі. При цьому клітини тканини, що досліджується, отримують контрастне забарвлення. Це дозволяє краще роздивитися їх під мікроскопом і провести ефективну діагностику.
Як зазначає керівник проєкту, Євген Кузенко, основна мета цієї розробки — зменшити навантаження на лаборантів з виготовлення гістологічних препаратів. Адже зазвичай цей процес тривалий, вимагає високої концентрації та повної включеності працівників, адже вони мають постійно слідкувати за часом. Тому науковці намагалися повністю автоматизувати цей етап та виключити вплив людського фактора на результати скринінгу.
Як це працює
Прилад може працювати за кількома протоколами фарбування препаратів. Для цього він має 24 місткості з різними розчинами, в яких відбувається необхідна реакція. Щоб працівники краще орієнтувалися в етапах дослідження, які виконує установка, всі її дії супроводжують звуковими сигналами. Усі програми та додаткову інформацію лаборант бачить на екрані. Це допомагає корегувати процеси скринінгу й робити результати точнішими.
Зараз, говорять науковці, Суми — це єдине місто в Україні, де є можливість створювати такі установки. До повномасштабного вторгнення схоже обладнання виготовляли тільки в Маріуполі, який нині тимчасово окупований. Сьогодні прилад працює на базі кафедри патологічної анатомії. У майбутньому його планують модернізувати та зменшити розмір. Установка та її програмне забезпечення запатентовані в Україні.
Насоси, як конструктор «Лего»
Суми — лідер світового масштабу зі складного насособудування. Історично склалося, що в місті та області працюють потужні заводи, а поруч із ними розвивається сфера конструювання та виробництва насосів різного призначення.
Так, кафедра прикладної гідроаеродинаміки СумДУ впродовж 50 років займається розробкою, виготовленням та випробуваннями компресорів, теплогенеруючих агрегатів та, звичайно, насосів. Серед багатьох наукових розробок кафедри — уніфіковані насоси Prime Pump.
— Ми розвиваємо ідею, яку започаткував наш науковий керівник, професор Анатолій Євтушенко — це уніфікація насосного обладнання, — говорить провідний науковий співробітник кафедри Андрій Папченко. — Вона полягає в тому, що насос, залежно від того, в яких умовах його використовують, складається з різних елементів. Тобто є певні типи робочих коліс, ущільнень, підшипникових вузлів, матеріалів і так далі.
Відповідно, якщо врахувати ці параметри, стає зрозуміло, що двох однакових насосів не буває. Тому ми розробляємо механізми, які дозволяють збирати насоси, наче конструктор «Лего», — пояснює науковець.
Як це працює
Практично всі процеси виробництва механізму здійснюються силами фахівців кафедри. Спочатку науковці працюють над розрахунками проточної частини насоса: корпуса, робочого колеса. Потім за допомогою 3D-моделювання вони виконують розробку та конструкторську документацію насосного агрегата.
Далі — передають робочі креслення ливарних деталей партнерам, які виконують литво цих складових частин. Наступний етап — механічна обробка литва та інших заготовок, після чого насос збирають, випробовують та фарбують в лабораторії кафедри прикладної гідроаеромеханіки. Лише тоді механізм передають замовникам.
Уніфіковані насоси Prime Pump, створені сумськими науковцями, використовують для водопостачання, перекачування сиропів і соків у цукровому виробництві, в хімічній та нафтопереробній промисловості. Географія постачання обладнання доволі широка — це Азійський ринок та Україна, де основною сферою використання механізмів є цукрова галузь.
— Ми не порівнюємо нашу продукцію з іншими виробниками, натомість аналізуємо, чи можемо виконати поставлену задачу, обираємо спосіб, щоб замовник отримав максимальний результат. Ми конкуруємо з іншими завдяки високому технічному рівню насосів, тому наш підхід у тому, щоб запропонувати продукт під конкретні параметри, — пояснює науковець.
За словами Андрія Папченка, сьогодні вітчизняні підприємства переважно купують європейську продукцію. Проте певні рішення з виробництва насосів європейські виробники замовляють в сумських науковців.
Винахідник каже, що в такій співпраці головну роль грає прагнення сумських вчених до інноваційних рішень та наукових відкриттів, навіть попри повномасштабну війну
