Два десятиклассника из инженерного и IT-классов московской школы №2065 собрали дрон с сенсорным носом, который умеет искать тлеющие торфяники. Как они его испытывают и совершенствуют, рассказала педагог школы №2065 Любовь Оболенская — руководитель этого проекта, кандидат химических наук и член добровольной пожарной команды.

Дрон ничего не определяет

С разведкой очагов тления торфяников справится практически любой стандартный дрон. В школу в рамках городских проектов предпрофессионального образования поставили гоночные квадрокоптеры «Технолаб» с обычной защитой для лопастей. Они, по сути, конструкторы. Дети, конечно, сами их собрали, но ничего особенного в этих аппаратах нет.

Хотя дрон для наших целей подходит самый обычный, какие-то модификации ему все равно требуются. Например, мы установили на наш квадрокоптер опору для сенсорного носа, который сами спроектировали и распечатали на 3D-принтере. Датчик должен находиться как можно дальше от самого аппарата, иначе лопасти отбрасывают молекулы газа, по которым он определяет тление торфяников.

Еще мы запитали датчик от аккумулятора самого беспилотника, чтобы не утяжелять дрон. Датчик требует энергии — ему необходим циклический нагрев до температуры 500 градусов по Цельсию.

Запах торфяников

Тлеющие торфяники определяются по запаху. Их разведка ведется в основном пешком и с помощью обычного человеческого носа. Дело в том, что тление, то есть пиролиз, происходит в условиях недостатка кислорода. Во время горения кислород полностью отнимает электроны у вещества, которое горит. Во время тления — не полностью. Отсюда и запах.

Когда молекулы пиролизных газов попадают на сетку сенсора наших дронов и там закрепляются, эта сетка разогревается до 500 градусов по Цельсию. Молекулы, по сути, дожигаются, и выделяют тепло. Его уже легко зафиксировать и посчитать количество молекул в молях. Так собираются данные о концентрации газа, которые передаются на светодиоды. Они светятся зеленым, если концентрация низкая, желтым — если средняя, и красным — если высокая.

Совершенный катализатор

Мы со старшеклассниками синтезируем и усовершенствуем катализатор, без которого нагревать сетку датчика пришлось бы до 1200 градусов. Она бы этого не выдержала, как и дрон, плюс понадобилось бы гораздо больше энергии.

Катализатор же облегчает любой процесс. У нас им служит наноразмерный диоксид олова с добавками. Он позволяет даже при невысокой температуре в 500 градусов по Цельсию дожигать все молекулы пиролизных газов, собравшиеся на сетке.

Если мы решим дальше развивать проект в IT-направлении, это будет работа над передачей данных о концентрации газов по телеметрии, чтобы оператор смог получать конкретные значения и сам делать выводы.

Испытания с пиролизом

Для проверки концепции, мы полностью смоделировали процесс пиролиза. Для этого достаточно обеспечить термическое разложение в условиях недостатка кислорода. В колбу Вюрца, которая с боковым отводом, ребята положили кусочек торфяного горшочка, и герметично ее заткнули. Вывели из бокового отвода шланг в самую примитивную разновидность химической ловушки — стакан с водой. При сильном нагреве колбы, пиролизные газы из нее вылетали, а дрон их фиксировал.

Чтобы такой эксперимент провести в школе, конечно, требуется оборудование. У нас в лаборатории оно все высокотехнологичное. Например, атомно-силовой микроскоп Phywe Compact, спектрофотометр Экрос или комплекты цифровых датчиков. Все это, как и коптеры, нам поставили по городским проектам предпрофессионального образования.

Следующий шаг — проверить наш дрон в реальных условиях, может быть, с коптерной разведкой добровольных лесных пожарных. Для этого нужен прочный датчик, на который мы нанесем сенсорный наноматериал. Датчики мы получаем в готовом виде и вскоре будем его тестировать, правда, он разработан для робототехнического модуля.

Планы на будущее

Я планирую начать проект по созданию системы против запотевания визора в масках замкнутых дыхательных аппаратов, в которых работают пожарные. Пока с запотеванием борются простым дедовским способом, смазывая визоры средством для мытья посуды. Я думаю над тем, как с помощью наноразмерного диоксида титана или сорбента защитить, причем, раз и навсегда, поверхность маски от воздействия влаги.