Супервинаходи, зроблені у Швейцарії 2022 року

Студенти Федеральної вищої технічної школи Лозанни (EPFL) винайшли пристрій, який використовує штучний інтелект для запису та ідентифікації звуків тварин, що блукають ночами схилами Альп. synature / epfl.ch

Швейцарія належить до найінноваційніших країн світу. Скажете: які ваші докази? Ну, приміром, 2022 року швейцарські вчені винайшли паперову батарейку, яка біорозкладається, а ще - мікрофон зі штучним інтелектом, здатний виявляти вовків, а також - повністю електричний літак. Нижче до вашої уваги неповний перелік топ-винаходів, зроблених у Швейцарії за рік, що минув.

Швейцарія — одна з небагатьох країн, яка інвестує у Науково-дослідні та дослідно-конструкторські роботи (НДДКР) приблизно 3,15% свого річного ВВП (станом на 2019 рік). У міжнародному рейтингу найінноваційніших країн Альпійська перлина посідає почесне сьоме місце. Тут створено унікальне інноваційне середовище на перетині академічної науки, владних структур, венчурного капіталу, стартап-компаній та традиційного бізнесу. У Швейцарії діють 12 університетів, включно з двома Федеральними вищими технічними школами в Цюріху та Лозанні, дев’ятьма Вищими школами прикладних наук і мистецтв, кількома десятками науково-дослідних інститутів.

Паперова батарейка

Вчені Швейцарської федеральної лабораторії з випробування та дослідження матеріалів й технологій (EMPA) винайшли, як вирішити проблему відпрацьованих звичайних батарейок з металу. Науковці створили паперове джерело енергії, яке працює на основі солі та чорнила.

Така паперова батарейка має ті ж основні компоненти, що й стандартні батарейки, а ось їх компонування відрізняється кардинальним чином. Після створення та випробування сотень прототипів команда експертів зупинилася на технології виготовлення катода батарейки на основі графітового чорнила, а для анода вони пропонують використовувати чорнило на основі цинку. Вся ця конструкція наноситься на просочений сіллю папір, що виступає як джерело електроліту. Додаючи воду, отримуємо батарейку з постійною напругою 1,2 вольт.

Впродовж наступних двох-п’яти років ця технологія може отримати найширше застосування у малопотужній електроніці, включно з медичними діагностичними пристроями та розумною упаковкою.

«Розумний мікрофон», що вистежує вовків

Дійсно, вовки у Швейцарії – це не просто герої казок. Все більш сприятливі екологічні умови призвели до різкого збільшення популяції вовків. Одночасно загострився конфлікт інтересів між фермерами, у яких вовки часто «реквізують» корів або вівців, кожна з яких коштує як малолітражка, і городянами, які за продуктами ходять не в поле, а в магазин, проте виступають із «зелених» позицій і вимагають “не чіпати бідних диких тварин”. Тому технології моніторингу навколишнього природного простору щодо виявлення непроханих сірих гостей стають все більш актуальними. Щоправда, методи спостереження за дикими тваринами, такими як вовки, вже застаріли.

Keystone

Отож нещодавно студенти Федеральної вищої технічної школи Лозанни (EPFL) винайшли пристрій, який використовує штучний інтелект для запису та ідентифікації свисту, вию та інших звуків тварин, які блукають ночами схилами Альп. Отримані дані автоматично надсилаються через мобільний телефон на комп’ютер, де вони оброблюються та аналізуються. «Розумний мікрофон» може точно визначити вовчий клич та локалізувати місцезнаходження хижака з точністю до 500 метрів. Цей пристрій набагато ефективніший і мобільніший, ніж традиційні фотопастки. Крім того, і коштує він набагато дешевше – приблизно 450 швейцарських франків. Цей винахід вже був цілком успішно протестований на слонах у Південній Африці. 

Детектор вірусів, які передаються повітряно-крапельним шляхом

Вчені Вищої технічної школи Цюріха та Федеральної лабораторії матеріалознавства EMPA вже давно працюють над датчиками, які могли б «бачити» та «відчувати» небезпечні «летючі» віруси. Потім почалася пандемія, і зрозумілим чином їхня робота в пріоритетному порядку переорієнтувалася на спроби створення технології, що виявляє наявність у повітрі вірус SARS-CoV-2. І ось восени 2022 року вчені оголосили про створення так званої «CAPS», біосенсорної системи «кількісного виявлення вірусу в закритих приміщеннях» (quantitative virus detection in indoor areas), здатної, приміром, надавати медичним працівникам у лікарнях або будинках для людей похилого віку неоціненну допомогу.

Keystone / Gaetan Bally

Датчик CAPS виявляє вірус, що переноситься повітрям, забирає з атмосфери аерозолі, які потім поміщають в спеціальний розчин. Біосенсор аналізує його та заміряє кількість COVID-19-специфічної РНК. Система вже продемонструвала свою ефективність, яку можна порівняти з ефективністю ПЛР-тестів. Результати вимірів відразу стають доступні медичному персоналу. Система також дає оцінку ризику зараження вірусом.

Вчені та інженери сподіваються, що їхній винахід можна буде розміщувати у громадських місцях, таких як залізничні станції, з метою виявлення можливих локацій з високою концентрацією небезпечного вірусу.

Очищувач води, що працює на сонячній енергії

Проблема доступу до чистої питної води стає дедалі актуальнішою та гострішою у багатьох країнах світу. Лише в Україні зараз від ударів російських ракет багато систем очищення та подачі питної води вийшли з ладу. І ось вчені з Лозаннської EPFL розробили простий, але високоефективний фільтр для очищення води, який працює із використанням сонячної енергії.

L. Forro, EPFL

Зумівши створити комбінацію дроту з діоксиду титану та вуглецевих нанотрубок, команда інженерів створила композитний фільтруючий матеріал. При взаємодії з ультрафіолетовим світлом він виробляє групу молекул. Їх називають реактивними кисневими сполуками (ROS) — перекис водню, гідроксид і кисень – здатними знищувати бактерії й «великі» віруси у воді, яка проходить через цей фільтр.

Електричний літак, збудований студентами

«Можливість ще під час навчання побудувати літак, а потім побачити, як він піднімається у повітря, викликає просто невимовні почуття», — каже студент Цюріхської ВТШ Моріц Кауліх. Йдеться про так званий «Проект e-Sling». Протягом двох останніх років команда з двох десятків студентів будувала чотиримісний електричний літак на батарейках. Його перший тестовий політ відбувся наприкінці вересня 2022 року.

Корпус одномоторного літака був спроектований у ПАР, а ось електричну силову установку, що живиться від модульної системи батарей та оснащена спеціальною системою охолодження, вже вигадали самі студенти швейцарського вишу. Батареї можна змінювати під час проміжних посадок. Створений ними двигун важить лише 42 кілограми, вага батарей, розміщених всередині площин літака, сягає 224 кг. Літак має запас ходу близько 180 кілометрів, що еквівалентно одній годині польоту.

Мережа віддаленого теплопостачання на основі CO2

У Швейцарії зараз проходить випробування прототип теплової мережі, що використовує як енергоносій не воду, а вуглекислий газ (СО2). Система, потужність якої становить близько 500 кіловат (кВт·год) теплової енергії, змонтована на території технопарку Energypolis у місті Сьон, кантон Вале.

Розробники кажуть, що в майбутньому вони забезпечать можливість транспортувати рідкий та пароподібний CO2 із відновлюваних джерел за допомогою труб, які будуть ще компактнішими й дешевшими. З’єднані в єдину мережу, такі труби здатні стати альтернативою як звичайним тепломережам, так і локальним системам опалення окремих будинків на основі спалювання солярки або мазуту. За оцінками інженерів, вже за два-три роки вони отримають прототип, який буде готовий до представлення на загал.

Гель для лікування раку шкіри

Вчені з Бернського університету розробили гідрогелевий засіб для лікування меланоми – агресивної форми раку шкіри. Нанесений безпосередньо на місце, де знаходиться пухлина, гель активує захисну систему організму. Під час розробки цього гелю вчені використовували елементи БЦЖ (бацила Кальмета – Герена, фр. Bacillus Calmette-Guérin, BCG), вакцини проти туберкульозу, виготовленої зі штаму ослабленої живої бичачої туберкульозної палички Mycobacterium bovis. Спеціально вирощена у штучному середовищі, ця бацила практично втратила вірулентність для людини. Вчені зазначили, що ця вакцина також сприяє стимулюванню протипухлинної імунної відповіді організму.

За підсумками випробувань на тваринах експерти, зокрема, відзначили якісне збільшення шансів на порятунок від даного типу онкологічного захворювання. Наразі розробники цієї технології планують провести клінічні випробування гелю за участю людей.

Реактивація нервових центрів після паралічу

Зазвичай серйозні травми спинного мозку ведуть до паралічу, часткового або повного. Але нещодавно у Швейцарії медики змогли відновити функції опорно-рухового апарату у трьох пацієнтів, нижні частини тіла яких були повністю паралізовані. Ці пацієнти знову отримали можливість ходити, їздити велосипедом і навіть плавати. Допоміг досягти цього результату спеціальний пристрій нервової стимуляції, керований за допомогою планшета з сенсорним екраном та розроблений групою вчених Лозаннської EPFL.

Вони вживили пацієнтам імплантати, які електричними імпульсами стимулювали нервові закінчення. Усі три пацієнти відразу після операції змогли підвестися і навіть зробити кілька кроків, нехай і за допомогою медиків. Протягом наступних шести місяців усі вони відновили свою здатність займатися складнішими видами діяльності — ходьбою, їздою на велосипеді та плаванням, — самостійно керуючи такими пристроями за допомогою планшета.