Пять изобретений IoT: что предлагают молодые инженеры российскому рынку технологий

29.07.2019

«Микроэлектроника. 157 уровень» — проект, разработанный БФ «Система» совместно с ПАО «Микрон» в июле 2018 года и направленный на объединение вузовской теории с практикой и требованиями рынка. 80 студентов из ведущих технических вузов России за год работы в рамках образовательной программы познакомились с устройством и технологическими процессами крупнейшей микроэлектронной фабрики России, получили инженерные навыки, научились самостоятельно управлять циклом разработки продукта и под руководством наставников разработали аппаратное и программное обеспечение для актуальных приложений интернета вещей. В мае текущего года по итогам демо-дня пять команд из МИЭТ, ТПУ, ТГУ и ДВФУ, представивших наиболее перспективные технологии, разделили грантовый фонд от БФ «Система» в размере 1 млн рублей.

О том, каковы перспективы у предложенных командами разработок, рассказывает эксперт образовательной программы «Микроэлектроника. 157 Уровень», директор по стратегическому развитию ПАО «Микрон» Карина Абагян.

Система контроля утечки газа (команда ТГУ)

«Мы долго сомневались на чем сфокусироваться, анализировали различные варианты. Но трагические события в Магнитогорске, связанные со взрывами газа в квартирах, подтолкнули нас на создание целой системы датчиков-газоанализаторов на основе mesh-сети, детектирующей утечку газа», - говорит Михаил Политов, научный руководитель команды.

Прототип системы состоит из сети датчиков, снабженных телекоммуникационными модулями, встроенного ПО и ПО для сервера и мобильного приложения. Система реагирует на молекулы природного газа. По беспроводной сети все датчики соединены с сервером, который в случае утечки отправляет информацию владельцу помещения, управляющей компании и службам спасения. Сервер посылает команду на перекрытие подачи газа и команду на включение усиленной вентиляции в месте, где обнаружена утечка. Решение может быть соединено с системой кондиционирования, с электроприводами, открывающими форточки или окна здания, с системой оповещения. Сходное решение может быть использовано для мониторинга уровня концентрации углекислого газа и своевременного проветривания помещений.

Карина Абагян: «ТГУ один из сильнейших технических вузов страны, с которым «Микрон» ведет сотрудничество как в области образования, так и в области новых разработок. Этот проект сделан в новой телекоммуникационной архитектуре, так называемой ячеечной сети, которая оптимально подходит для умных домов и сектора ЖКХ, где плотность датчиков на объем достаточно высока. Благодаря этой технологии, сеть газоанализаторов может быть развернута с минимальными затратами на эксплуатацию и с небольшим энергопотреблением. Эти два критерия важны для большинства проектов IoT. В серийной версии системы будут использованы датчики, разработанные ТГУ, и чипы «Микрона»».

Маяк для контроля грузового контейнера (команда ДВФУ)

На старте образовательной программы команда ДВФУ проводила исследования физических возможностей сбора энергии с электромагнитного излучения. После консультаций со специалистами в рамках Зимней школы «Микроэлектроники» и изучения рыночного спроса команда решила переориентироваться на активную RFID-метку.

«В России производство пассивных меток налажено достаточно хорошо, а вот с активными есть проблемы, - рассказывает капитан команды Владислав Бобров. - После четырех месяцев проработки частей мы получили небольшой прототип активной RFID-метки со встроенными в нее сенсорами: акселерометрами, барометрами, датчиками температуры. В своей основе она использует радиомодуль, который поддерживает Bluetooth 5.0 и NFC».

Эта технология проста в использовании и в перспективе доступна любому бизнесу. Маяк крепится на любой контейнер, и по показаниям с его сенсоров можно отслеживать состояние контейнера на протяжении всего пути. Если в процессе происходит внештатная ситуация: неправильная погрузка, удар, вибрация, открытие дверей, – все это фиксируется. Владельцу достаточно поднести к датчику телефон со встроенным приложением и считать информацию. Единственное, о чем еще предстоит подумать команде, — это защищенность систем. Грант позволит студентам поработать уже над улучшенной версией BTLE-маяка.

Карина Абагян: «Отмечу нацеленность этого проекта на локального потребителя. Владивосток является крупнейшим портом и важным звеном Северного морского пути. Поскольку планируется увеличение товарооборота через Северный морской путь – этот продукт может найти действительно массовый спрос».

Загрузчик кремниевых пластин (команда МИЭТ)

На производстве микроэлектроники используются кремниевые пластины, которые в процессе формирования микросхем обрабатываются десятками единиц оборудования. Между установками пластины перемещаются в специальных СМИФ-контейнерах для защиты от пыли и механических повреждений. После установки СМИФ-контейнера в робот-загрузчик, он автоматически подает пластины в установку, обеспечивая при этом максимально чистую среду, минимальные вибрации и сверхточное позиционирование пластин. При этом определяется необходимая пластина в соответствии с записанным техпроцессом. На одном производстве нужно иметь сотни таких загрузчиков.

По словам капитана команды Александра Лазарева, 100% подобного оборудования закупается за рубежом – в Америке и странах Азии. Те, что производятся у нас в России, достаточно сильно уступают по техническим характеристикам. Более того, на некоторые производства их просто невозможно адаптировать, отмечает Александр.

Карина Абагян: «Машиностроение – это область, которая в России пострадала больше всего и сейчас находится в достаточно тяжелом положении. Санкционные ограничения со стороны западных стран прежде всего направлены на поставку оборудования для микроэлектроники. Команде МИЭТа удалось создать аналог зарубежного загрузчика пластин роботизированной установки, которая имеется на каждой единице производственного оборудования. В данном оборудовании очень высока цена ошибки, потому что стоимость одной пластины может доходить до десятков тысяч евро. И если робот разобьет пластину – пользователь понесет значительные убытки. Команда не просто сделала аналог, но перевела загрузчик на доступные компоненты и открытые интерфейсы, что показывает очень хороший уровень подготовки студентов и их наставника».

Разработка отечественного нейростимулятора (команда ДВФУ)

Под руководством врача-нейрохирурга Артура Биктимирова команда из ДВФУ разработала прототип нейростимулятора, задача которого заменить импортный образец нейростимулятора, традиционно используемый в российской медицинской практике.

«Из-за высокой стоимости зарубежных приборов — около 1 млн рублей — за год в России проводится не более 1 тыс. операций, хотя помощь требуется 25 тыс. пациентам», - делится капитан команды Михаил Лямаев. – Мы предлагаем отечественный продукт, который будет доступнее и сможет помочь большему количеству людей».

Прибор представляет собой небольшой генератор, который врач имплантирует под кожу пациента в районе ключицы. Электроды вводятся в головной или спинной мозг в зависимости от места поврежденных нейронов. Когда подается определенный сигнал, вокруг электрода образуется магнитное поле. Внутри него нейроны уже не могут передавать сигнал друг другу и просто отключаются. Таким образом, можно избежать опасных и болезненных операций по удалению нейронов.

«Нейростимулятор должен помочь людям, страдающим от болезни Паркинсона, хронических болей в спине, при эпилепсии, спастичности. Управлять устройством можно будет извне»,- рассказывает Михаил Лямаев.

Карина Абагян: «Нейростимулятор – это проект, нацеленный на импортозамещение. Сейчас в России существует два поставщика таких приборов. Оба представляют США. Такая монополизация рынка позволяет держать довольно высокие цены. Ценно, что проект создан в рамках университета, в котором также есть и медицинский факультет, и собственная клиника. Поэтому часть, касающаяся клинических испытаний и интеграций микроэлектроники и медицины, выполняется без задержек, с надлежащим качеством».

Система автоматизации рабочего расписания производства (команда ТПУ)

«Идея проекта заключается в том, что система автоматически планирует расписание производства и оптимально использует его ресурсы. Тенденция роста объемов обрабатываемой информации на современном производстве такова, что человек перестает справляться с обработкой задач, которые еще нужно уметь оптимально планировать с точки зрения распределения производственных мощностей, максимизации прибыли и прочих факторов», - рассказывает куратор проекта Александр Зарницын.

Студенты из ТПУ в рамках образовательной программы по микроэлектронике создали программный продукт для автоматизированного планирования производственных потоков. Это будет особенно актуально и полезно для тех видов производств, где ошибки в планировании приводят к убыткам, например, в случае простоя производства. Чтобы протестировать работоспособность системы команда использовала данные, предоставленные «Микроном».

Карина Абагян: «Прототип системы использовал не просто синтезированные данные, а близкие к данным реального производства. Это позволило реалистично оценить потенциал решения с точки зрения повышения производительности предприятия. На большинстве современных предприятий производственный цикл достаточно сложный, используется множество видов технологического оборудования и установок, и эффективное планирование их загрузки без использования компьютерного моделирования практически невозможно. Совершенствование алгоритма расчёта загрузки установок даст прирост мощности без капитальных затрат».