Ежегодно на промышленных предприятиях фиксируются тысячи пожаров и взрывов, многие из которых происходят из-за электростатических разрядов. При трении о волосы и внутренние детали защитной экипировки накапливается опасный заряд, который может воспламенить горючие газы, пары или пыль. Для решения проблемы сегодня создают антистатическую спецодежду. Однако для защитных касок таких решений практически нет: основное внимание разработчиков сосредоточено только на ударопрочности и эргономике. Ученые Пермского Политеха впервые предложили новый способ улучшения электростатических характеристик защитной каски. Эксперименты показали, что он снижает опасный заряд до нуля всего за две секунды — этого достаточно, чтобы предотвратить искру и исключить риск взрыва.

Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.

В настоящее время для выращивания сельскохозяйственных культур используют минеральные и органические удобрения. Проблема в том, что неорганические соединения со временем закисляют почву и при длительном или избыточном внесении способствуют накоплению в ней тяжелых металлов. Органические удобрения могут содержать болезнетворные бактерии и антибиотики, которые вредят почвенной микрофлоре. Поэтому в качестве альтернативы ученые рассматривают возможность использования в качестве удобрения микроводорослей, обитающих в пресных и морских водах. Однако их массовому применению в сельском хозяйстве мешает высокая себестоимость производства. Ученые Пермского Политеха впервые нашли способ сделать такое удобрение более доступным. Они вырастили микроводоросли на дымовом газе, имитирующем газовые выбросы промышленных предприятий, который обычно выбрасывают в атмосферу. Испытания показали, что длина и масса проростков увеличились на 13 процентов, всхожесть выросла до 97 процентов, а скорость прорастания — на шесть процентов. При этом новое удобрение более безопасно: оно не накапливает токсины, полностью разлагается и не содержит патогенов и антибиотиков.

При лечении сложных переломов голени врачи часто используют специальные металлические конструкции — аппараты, которые крепятся к кости через мягкие ткани с помощью спиц. Главная опасность в том, что при неправильной фиксации они могут задеть или сдавить артерию, что часто приводит к кислородному голоданию тканей или к отмиранию мышц. Сейчас хирурги ориентируются на стандартные медицинские схемы, где отмечены безопасные зоны для ввода спиц. Однако эти данные усредненные и не учитывают индивидуальные анатомические особенности, а значит, риск неправильной фиксации конструкции до сих пор сохраняется. Ученые Пермского Политеха впервые создали компьютерную модель, которая позволяет заранее рассчитать, как фиксация конструкции повлияет на кровоток в голени. На ее основе разработали алгоритм, который поможет хирургу еще до операции рассчитать безопасные зоны для ввода спиц и избежать повреждения сосудов.

Железнодорожные мосты — самая уязвимая часть транспортной инфраструктуры России: от их технического состояния зависят жизни пассажиров и безопасность движения поездов. Традиционная диагностика требует остановки движения и ручного обследования труднодоступных элементов. Даже современные дроны с нейросетями не решают проблему до конца: они не привязывают обнаруженные дефекты к инженерному чертежу, что приводит к необходимости снова вручную искать место повреждения по видео, сводя на нет преимущества автоматизации. Ученые Пермского Политеха впервые создали комплексную систему, которая от полета беспилотника до готовой карты трещин и коррозии работает полностью автоматически — без многочасового просмотра видео и риска пропустить повреждение. Предложенный подход к мониторингу железнодорожных мостов не имеет аналогов.

Проблема непереносимости глютена затрагивает до 150 миллионов человек во всем мире. Единственный выход — полностью исключить этот компонент из рациона. Однако существующий безглютеновый хлеб практически не содержит белка и клетчатки, быстро повышает уровень сахара и черствеет. При этом существующие зарубежные рецептуры разработаны под импортное сырье и технологии, что не позволяет применять их к российскому сырью. Ученые Пермского Политеха разработали новые рецептуры безглютенового хлеба и исследовали влияние многокомпонентных мучных композиций и добавок на его качество. Они впервые в России создали смеси, в которых по сравнению с существующими отечественными аналогами в два-три раза больше белка и жиров, а углеводов — на 30-50 процентов меньше.

Чтобы оценить нефтеносность пласта и способы извлечения нефти, геологи используют керн — цилиндрический образец породы со дна скважины. Это главный, а часто и единственный источник данных о пористости, проницаемости и поведении породы в агрессивной среде. Но керна всегда мало: из многокилометровой скважины получают десятки метров, а каждое серьезное испытание (кислота, горячая вода, газ) разрушает образец. Компьютерное моделирование дает лишь приблизительные расчеты, а 3D-печатные реплики искажают структуру и свойства. Ученым Пермского Политеха впервые в России удалось разработать технологию воспроизведения фильтрационно-емкостных свойств керна, обеспечивающую точность совпадения копии с оригиналом не менее 95%.

Измеряя магнитные поля с помощью специальных магнитометров, можно предсказывать аварии на электросетях, находить залежи руды и даже диагностировать болезни сердца без операций. Но главная проблема таких приборов в том, что точные модели — громоздкие, а компактные — ненадежные: они ошибаются из-за помех и быстро ломаются. Для решения этой проблемы ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из ПНППК и Дальневосточного государственного университета путей сообщения разработали волоконно-оптический миниатюрный магнитометр, который в два раза эффективнее аналогов.

Ежегодно тысячам людей устанавливают титановые эндопротезы суставов. Успех приживления зависит от микрорельефа: идеальная шероховатость помогает костной ткани врастать в имплант, а хаотичная или слишком гладкая поверхность приводит к отторжению в 5% случаев. Для создания нужного рельефа применяют электроэрозионную обработку — с помощью искр выплавляют нужную геометрию даже на сверхпрочных сплавах. Но они бьют случайно, а чтобы предсказать форму каждой ямки, нужны сложные расчеты, которые требуют суперкомпьютеров и много времени. Поэтому производители действуют методом проб и ошибок. Ученые Пермского Политеха впервые в России разработали 3D-модель, которая с точностью 98% прогнозирует изменение поверхности импланта. Это позволяет за секунды рассчитать режим обработки и получить идеальный рельеф до запуска станка.

Сегодня на здоровье человека влияет множество факторов одновременно: загрязненный воздух, некачественная питьевая вода, вредные производственные условия. Для их оценки существуют различные рейтинги и шкалы опасности, например, качества городской среды. Чтобы создать такие инструменты, используют статистику и машинное обучение. Однако эти методы только выдают цифру — например, вероятность заболевания, — но не объясняют, с чем именно это связано. В результате специалисты не могут точно определить, на какой именно фактор воздействовать в первую очередь, чтобы устранить главный источник вреда. Ученые Пермского Политеха разработали уникальную математическую модель, которая позволяет оценивать совокупный риск от нескольких факторов и выявлять главный источник вреда для здоровья. Проверка показала, что точность прогнозов достигает 92-95%. Модель утверждена Роспотребнадзором и может использоваться для планирования профилактических мероприятий — от очистки воды до модернизации условий труда.

Знаете ли вы, что подсолнечник нельзя возвращать на одно и то же поле в течение шести–семи лет? А пшеницу — минимум один–два года, иначе ее поражают корневые гнили. Таких жестких правил — десятки. Все это называется севооборот — научное чередование культур, которое сохраняет почву и повышает урожай. Но вручную составлять севообороты долго, утомительно и чревато случайными ошибками. Готовые компьютерные решения не анализируют важные параметры: историю полей и влияние пестицидов, которые могут сохраняться в почве годами. Ученые Пермского Политеха создали программу, которая учитывает все основные правила и автоматически составляет идеальные севообороты за девять секунд.

Геологи используют оптоволоконные кабели в медной оболочке, чтобы предсказывать извержения вулканов и землетрясения по изменениям лазерного «эха». Однако при создании волокна, в процессе его остывания, медь сжимается сильнее стекла и создает микроизгибы. Это искажает сигнал: меняется время задержки и падает интенсивность, из-за чего специалист может пропустить первые признаки надвигающейся катастрофы. Причина этих деформаций кроется в неточных компьютерных моделях, которые игнорируют разную температуру застывания кварца и металла. Чтобы решить эту проблему, ученые Пермского Политеха разработали трехмерную модель, которая впервые учитывает разные тепловые режимы застывания слоев.

Возьмите два вымышленных слова: «буола» и «кикета». Какое из них, по-вашему, обозначает круглое мыло, а какое — острый механизм? 86% опрошенных дали одинаковый ответ. В этом и заключается феномен звукосимволизма: наш мозг связывает сигналы, воспринимаемые в разной модальности (слух, зрение, осязание, вкус), с определенными звуками речи. Раньше этим явлением занимались в основном зарубежные лингвисты. Ученые Пермского Политеха решили восполнить этот пробел и провели масштабное исследование на русском материале. Результаты исследования помогут маркетологам создавать названия, которые подсознательно нравятся покупателям, разработчикам — обучать голосовых помощников естественнее понимать русскую речь, а психологам и логопедам — точнее диагностировать нарушения восприятия.

Из одного барреля нефти (159 литров) получают бензин, керосин, дизель, пластик, асфальт и даже помаду. Чтобы разделить сырье на эти компоненты, его нагревают: легкие вещества испаряются при низких температурах, тяжелые — при высоких. Границы между ними до сих пор определяли методом XIX века с погрешностью до 10–15 °C. При этом температуру начала кипения измерить сложно, а конца — часто невозможно. Из-за этого тяжелые фракции попадают в бензин, а легкие уходят в дизель или мазут. В результате заводы теряют сотни тысяч тонн сырья в год, а у водителей затрудняется запуск двигателя зимой и растет расход топлива. Российские ученые разработали новый математический метод, который рассчитывает эти показатели с точностью до 3 °C, позволяя инженерам корректно настраивать процесс и получать топливо стабильного качества.

Проблема износа тазобедренных суставов с каждым годом становится все актуальнее: малоподвижный образ жизни, лишний вес и старение населения ведут к инвалидизации и снижению качества жизни. Традиционные металлические протезы, которые сегодня ставят миллионам пациентов, со временем расшатываются, вызывают воспаление и требуют повторных операций. Альтернативой оказывается углерод-углеродный композит — биосовместимый и износостойкий материал, который уже доказал свою пригодность для бедренного компонента имплантата. Однако протез состоит не только из него, но и из другой детали, которая работает в более сложных условиях и сильнее подвержена разрушению. Именно эта часть конструкции до сих пор не была изучена, а значит, создавать полноценные композитные протезы сейчас преждевременно. Ученые Пермского Политеха впервые восполнили этот пробел: они создали модель чаши из углепластика и определили, при каких нагрузках в ней начинаются повреждения. Результаты позволят инженерам перейти к проектированию полностью композитных эндопротезов с предсказуемым сроком службы.

25 мая отмечается Всемирный день щитовидной железы. Этот небольшой орган незаметно управляет обменом веществ, работой сердца и мозга. Однако его истинные возможности гораздо шире, чем принято считать. Ученый Пермского Политеха рассказал, почему щитовидку называют древним фильтром, как она помогает адаптироваться к холоду и жаре и каким образом она напрямую задает ритм сердца.

Лесовозные дороги сегодня важны для вывозки сырья и связи между удаленными территориями. Однако из-за слабых грунтов, сурового климата и высоких нагрузок от тяжелой техники они быстро разрушаются. Традиционно их строят из щебня и песка, но на переувлажненной или промерзающей земле такие конструкции деформируются и требуют частых ремонтов. Поэтому для укрепления дорог все чаще применяют геосинтетические материалы — полимерные прослойки, которые удерживают полотно от сдвига и отводят воду. Проблема в том, что действующие российские нормативы учитывают их влияние лишь усредненно, что не позволяет точно спрогнозировать поведение дороги на конкретном грунте. В итоге проектировщики либо закладывают избыточные слои материалов, либо недооценивают нагрузки и получают недолговечную конструкцию. Ученые Пермского Политеха впервые в России разработали методику количественной оценки влияния геосинтетики на прочность путей. Она позволяет заранее рассчитывать, во сколько раз вырастет устойчивость дороги в зависимости от типа грунта и жесткости прослойки. Это поможет не только сократить затраты, но и строить более надежные конструкции даже в сложных природных условиях.

Каждый день поисковые системы, онлайн-кинотеатры, интернет-магазины и банковские приложения обрабатывают миллионы пользовательских запросов — открыть сайт, загрузить видео, выполнить сложный расчет. За этим стоит планировщик (диспетчер задач), который решает, на какой из тысяч серверов отправить каждую задачу, чтобы ответ пришел быстрее и ни один компьютер не перегрелся. Существующие методы используют ограниченную информацию: одни смотрят только на длину очереди, другие ошибаются в прогнозах, третьи применяют искусственный интеллект, но часто требуют больших вычислительных ресурсов и значительных затрат. В итоге одни устройства простаивают, другие перегружены, а пользователи ждут ответа дольше обычного. Ученые Пермского Политеха разработали новый метод распределения задач, который учитывает не только прогноз времени выполнения, но и его достоверность. Это сокращает время отклика на 8-10%, а также улучшает равномерность загрузки серверов на 60-70% без использования дорогостоящего оборудования.

Нефтепроводы — кровеносная система российской нефтегазовой отрасли. Они протянулись через тайгу, тундру, болота и горные хребты, где вечная мерзлота и суровый климат создают дополнительные нагрузки на инфраструктуру. Металл стареет, коррозия истончает стенки, а традиционные методы либо не замечают утечку вовремя, либо слишком часто выдают ложные срабатывания. Чтобы предотвратить такие разливы, ученые Пермского Политеха создали интеллектуальную систему обнаружения утечек. Во время испытаний на реальном объекте система определила место утечки в четыре раза точнее, чем требуют нормативы. Внедрение разработки поможет сэкономить миллиарды рублей на ликвидации аварий и защитить здоровье людей, исключив попадание паров нефти в воздух и воду.

Калийные соли сегодня — стратегическое сырье, без которого невозможно современное сельское хозяйство. Масштабы их добычи в рудниках растут, а вместе с ними и концентрация пыли в воздухе. В замкнутом пространстве шахт она накапливается и создает целый ряд проблем: от хронических заболеваний дыхательных путей у работников до ускоренного износа оборудования. Сегодня с пылью борются при помощи вентиляторов и систем орошения. Однако до сих пор не существовало математических моделей, которые позволяли бы отслеживать и прогнозировать, как меняется соляная пыль и ее размер в зависимости от разных внешних факторов в условиях подземного пространства. Ученые Пермского Политеха впервые в России разработали математическую модель для прогнозирования размерного распределения частиц соляной пыли в зависимости от влажности воздуха калийных рудников. Это позволит проектировать более эффективную и адресную вентиляцию, прогнозировать запыленность, а значит, обеспечить более безопасные условия труда для персонала, сократить износ оборудования и сэкономить десятки миллионов рублей на ремонте.