В изобретательство попал совершенно случайно
Когда я учился в шестом классе, мы с одноклассниками попали на презентацию инженерного марафона Imake («Аймейк» от англ. слова «make» — делать, создавать). Нам рассказали, что это проект, который проводит в городах своей деятельности компания «Норникель» с целью вовлечения детей в изобретательство и исследовательскую работу. Сейчас о нем знают даже за пределами северных городов, но тогда я услышал об Imake впервые, заинтересовался и решил участвовать. Нас погрузили в сферу мейкерства, рассказали, кто такой изобретатель, что он делает и для кого. Мы узнавали о разных способах генерирования идей, знакомились с теорией решения изобретательских задач (ТРИЗ) и пробовали применить изученные методы на практике.
Спустя три года, уже имея базу знаний, я попал в выездную школу Imake Science Camp. Мы отправились во Владивосток, во Всероссийский центр «Океан», где в течение трех недель продолжали учиться, продумывали свои первые изобретательские идеи и создавали макеты. Завершающий этап каждого сезона проекта — финал с презентацией готовых разработок, который проходит во всех городах, охваченных Imake. На нем я представил свое изобретение — куртку с генератором электроэнергии и в результате вошел в число победителей Imake-2022.
Куртка с электрогенератором. От идеи до реализации
В Норильске я часто сталкиваюсь с проблемой разряженного на морозе телефона. И когда в очередной раз я не смог совершить важный звонок, потому что телефон сел в самый неподходящий момент, я задумался: а как можно было бы решить эту проблему? Тогда у меня возникла идея куртки, которая генерирует энергию прямо от тепла тела человека.
Реализовать задумку я решил с помощью элементов Пельтье — это термоэлектрические преобразователи в виде небольших и легких керамических пластин толщиной меньше сантиметра. Я разместил их прямо в крутке, в кармашках в области груди. Элементы работают на основе эффекта Зеебека. Его суть в возникновении электродвижущей силы от проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах. Если объяснять проще, то электричество в случае с курткой возникает за счет того, что с одной стороны она нагревается от тепла человека, а с другой — охлаждается от температуры окружающей среды. И из-за такой разницы температур, которую испытывают элементы Пельтье, и возникает электричество.
Как это работает: человек застегивает куртку, и пространство внутри постепенно нагревается. По моим подсчетам, температура под курткой составляет примерно +30 градусов (еще 6-7 градусов от тепла тела человека теряется в пустоту). Если снаружи в это время, например, −30, то этот перепад как раз и обеспечит возникновение электродвижущей силы. И пока данные условия выполняются, то есть пока есть тепло и есть холод, у нас непрерывно вырабатывается электроэнергия.
Продумать каждый нюанс
Всего в куртке размещено девять элементов Пельтье — этого достаточно, чтобы хватило мощности для заряда телефона. С правой стороны куртки используется параллельное соединение между элементами, чтобы повысить силу тока, а с левой — происходит накопление напряжения. Между собой все составляющие соединены проводами, которые суммируют получаемую мощность.
Когда я работал над курткой, я буквально бредил элементом Пельтье, изучил теорию и прочитал очень много статей о том, как и в каких условиях он работает. Но предстояло продумать и многое другое. А что будет, если человек упадет? Если куртку стирать, то как снимать элементы? А как быть с проводами? В итоге элементы я закрепил на круговой молнии. Они легко снимаются, и вместе с ними вытаскивается единый основной провод, внутри которого много уже соединенных нужным образом проводков. А чтобы человеку было проще, составляющие легко разъединяются и соединяются между собой через штекер. Также есть отдельный выходной провод, к которому для заряда подключается телефон.
Сейчас куртка на стадии готового макета. Мне удалось полностью воплотить в жизнь первоначальную идею, однако физика бывает жестока к изобретателям: у элементов Пельтье довольно низкий КПД, и чтобы получить от них действительно хорошую мощность, нужна большая разница температур. Соответственно, если на улице −40, телефон от куртки получится зарядить быстрее, а если −20, то это уже отрицательно скажется на мощности и скорости заряда. Поэтому куртку нельзя использовать в умеренно теплых регионах, но для Норильска и вообще для арктических широт она идеально подходит.
В прошлом году благодаря своей разработке я впервые принял участие в международной выставке. Вместе с остальными финалистами Imake мы побывали на форуме инноваторов In’hub, который проходил в Новосибирске и собрал изобретателей всех возрастов из самых разных стран. Наши проекты оценивало жюри, и моя куртка была удостоена бронзовой медали форума, но для меня это была также хорошая возможность получить обратную связь от экспертов, опытных разработчиков и единомышленников. Многие удивлялись моему изобретению, а кто-то предлагал свои идеи, где еще могла бы пригодиться такая куртка. Например, в сфере спорта или туризма, чтобы иметь возможность общаться по радиосвязи или банально запитать фонарик.
Шарф с клапаном для отвода конденсата
У меня есть еще одна разработка — это шарф с клапаном для отвода конденсата. У этого изобретения похожая предыстория: я заметил, что на морозе шарф, намотанный на лицо, начинает намокать от дыхания уже через несколько минут. Мне это мешало и даже раздражало, а потом я подумал, а что если пропускать водяной пар, который возникает при дыхании, не через ткань, а сделать в шарфе отверстие и разместить в нем клапан?
Я разработал проект и напечатал клапан нужной формы на 3D-принтере. Он состоит из двух частей: одна располагается снаружи, другая — с обратной стороны шарфа. Конструкция съемная опять же для того, чтобы можно было постирать шарф. Чтобы её снять, достаточно отделить две части друг от друга. Внутри клапана находится мембрана, которая открывается, когда человек выдыхает теплый воздух, и закрывается, чтобы не впустить этот теплый воздух обратно. Это препятствует активному образованию влаги, но от физики снова никуда не убежать, и конденсат всё же образуется и скапливается. Но происходит это уже не через несколько минут, а где-то через час и прямо в самом клапане. По истечении этого времени его можно легко снять и стряхнуть воду.
Сейчас я создал три прототипа и одним из них пользуюсь сам, гуляю по Норильску и больше не мучаюсь с мокрым шарфом. Это пример простого изобретения, но которое решает довольно актуальную проблему. И изобретать действительно может быть не так сложно, как кажется на первый взгляд. Главное, чтобы идея решала поставленную задачу и помогала людям в какой-либо области. Лучше всего начать с себя — подумать о какой-то бытовой проблеме, которая мешает тебе самому, и найти ей оригинальное решение, а потом отклик найдется и среди других людей.
Норильские разработки — в Индонезии
С шарфом я участвовал еще в одном международном форуме, но который проходил уже в Индонезии на острове Бали — Indonesia Inventors day-2023. Мы поехали туда командой Imake в составе пяти человек из Норильска, Мурманска и Читы. Перед поездкой я, конечно, думал о том, что жюри в Индонезии будет сложно понять суть моего изобретения и проблему, которую оно решает, но всё же, несмотря на иной климат, я поехал именно с шарфом.
Подготовил презентацию с фотографиями зимнего Норильска, а кроме этого, разработал специальный шарф для летнего сезона из более легкой ткани, но с тем же клапаном для отвода конденсата. В южных странах, и в Индонезии в том числе, часто пользуются шарфами, чтобы спрятать лицо от пыли во время поездок на байках. И клапан в этом случае поможет не накапливать тепло под тканью и не даст лицу потеть.
Люди на форуме проявили большой интерес к Норильску и зимнему варианту шарфа, но летняя версия особенно привлекала внимание, потому что это действительно актуально. На этом конкурсе я получил серебряную медаль и опять же большой опыт общения с изобретателями из других стран, которые работают в совершенно разных сферах. Например, представители Индонезии и Таиланда создают разработки для борьбы с наводнениями. Южная Корея специализируется на высокотехнологичных решениях. Изобретатели из этой страны создали гидрант, который помогает эффективно тушить электромобили, или, например, противопожарный гель для розеток, который спасет от возгорания в случае замыкания.
Изобретательство стало частью жизни
Благодаря тому опыту, который у меня есть, я понял, что хочу связать свою будущую профессию с изобретательством. Сегодня оно стало частью моей жизни, потому что это интересно, полезно, важно и потому что это про людей, про общие интересы, взаимопомощь и поддержку. В перспективе я хотел бы освоить инженерную специальность, погрузиться в сферу ИТ и программирования и изучать больше математику и физику.
С другой стороны, я бы также хотел участвовать в производстве «Норникеля» и жизни Норильска. Сейчас я учусь в 10 классе и пока решаю, останусь ли я здесь для дальнейшей учебы и поступлю в наш Заполярный государственный университет или поеду в другой город. Хотя я уверен, что Норильск — это место возможностей, город реализации себя, своих идей и проектов. Здесь можно заявить о себе, сказать, что я настроен быть полезен для общества и это точно заметят. Несмотря на удаленность, Норильск ни в чем не обделен. Конечно, во многом это благодаря «Норникелю» и его проектам, нацеленным на то, чтобы сделать город максимально привлекательным. С помощью того же Imake здесь воспитывается целое поколение будущих инженеров и людей, которые креативно мыслят. У нас в школах есть примеры, когда ребята целыми классами участвуют в этом проекте и поголовно увлекаются изобретательством.
А лично для меня эта история важна еще и потому, что она связана с развитием. Изобретательство всегда вызывает желание достичь большего. И если говорить о своей будущей цели более глобально, то я бы хотел сделать жизнь человека проще. Моя мечта — стать автором какой-то прорывной идеи, принести пользу обществу и оказать положительное влияние на мир.
Кристина Иванова специально для Newslab, фото из личного архива героя статьи
