Подсмотрено у природы: в Тюмени заработал Центр природовдохновленного инжиниринга
Жидкие линзы, фотонные кристаллы и выпадение росы из тумана катализатора — подсматривать у природы блестящие идеи для научных разработок — это полезная научная методика. За рубежом такие технологии называют nature-inspired, дословно «природой вдохновленный». В Тюменском госуниверситете начал работать Центр природовдохновленного инжиниринга (ЦПИ ТюмГУ), где вместе с академической наукой и крупными промышленными предприятиями ведется работа по трем направлениям — химические технологии, оптика, микро- и наноэлектроника.
— Традиционно химическую реакцию часто понимают как кратчайшую прямую между точкой А (сырьем) и Б (продуктами). И ведут эту реакцию, стараясь максимально точно держаться на этой прямой, на что может уходить слишком много ресурсов,— рассказал научный руководитель ЦПИ ТюмГУ доктор технических наук Андрей Загоруйко.— Потому что в реальности все сложнее, очень часто это не прямой путь, а извилистая тропинка. В природе вообще мало прямых линий. Если мы будем, образно говоря, идти по такой тропинке пританцовывая, вальсируя, мы будем лучше готовы к любым поворотам на пути и в итоге сможем добраться до цели быстрее и легче. На этом принципе и основана одна из наших разработок, где вместо традиционной стационарной парадигмы мы переходим к динамическому управлению, не пытаясь удержать все параметры реакции на одном уровне, а, напротив, целенаправленно раскачивая систему. Эта смена философии дает много выигрышей, даже, как ни странно, повышает надежность и устойчивость работы создаваемых технологий.
Гидрофобность лотоса стоит как десять самолетов
Одна из разработок, взятая учеными из природы,— гидрофобная поверхность листьев лотоса. Цветок хотя и растет в воде, но всегда остается сухим. С помощью технологии цветка лотоса можно решать проблему обледенения корпусов самолетов, которое происходит, как правило, при взлете или при посадке. Ведь малейшая задержка жидкости на корпусе приводит к моментальному намерзанию льда и является реальной серьезной угрозой для обтекаемости корпуса, то есть для сохранения скорости и безопасного балансирования воздушного судна. Но для исключения намерзания недостаточно иметь просто очень гладкую поверхность. Она должна именно отталкивать воду и делать это эффективно. Конечно, самолеты и так уже летают, а значит, проблема обледенения корпуса у них как-то решена. Но разработки новых технологий и существуют именно для того, чтобы убрать это «как-то». Другое дело, что идеальная гидрофобная поверхность, как у лотоса, пока что сама будет стоить как десять самолетов. Так что дальнейшая работа исследователей состоит в том, чтобы сделать эту разработку доступной.
Другим примером подсмотренных у природы идей является технология нанесения активного компонента катализатора на носитель — специальную стеклоткань. В традиционной технологии используют пропитку стеклоткани раствором активного компонента, например соединений платины. Но внутри нитей и в пересечениях между ними катализатор недоступен для реагентов. Новая технология, предложенная ЦПИ ТюмГУ и Институтом катализа им. Г. К. Борескова СО РАН, связана с туманом и выпадением утренней росы. Нанесение активного компонента на носитель производят из искусственного тумана — взвешенных микрокапель раствора. Микрокапли осаждаются только на поверхности нитей и остаются доступными для реагентов при использовании катализатора. Это снижает необходимое количество активного компонента в три-четыре раза.
Технологию «вынесли» из университета
Основные направления работ в ЦПИ связаны с нефтегазовой тематикой, поскольку Тюменская область — это крупнейший нефтегазовый регион страны. Директор ЦПИ ТюмГУ Андрей Елышев, окончив ТюмГУ, уже будучи кандидатом химических наук, поступил в магистратуру Новосибирского госуниверситета, чтобы изучить научное направление катализа под научным руководством Андрея Загоруйко из Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН. Так в Тюменском университете возникло целое научно-техническое направление по катализу и химической технологии со штатом научных сотрудников более 30 человек и организацией в ТюмГУ первой лаборатории по цифровому катализу.