Илья Королёв — инфохимик из Санкт-Петербурга — изучает методы использования искусственного интеллекта для создания «умных» материалов — веществ, которые могут менять свои свойства под воздействием внешних факторов.
Когда Илье было 15 лет, он активно начал заниматься наукой и мечтал попасть в Сириус, однако тогда принять участие в образовательных программах у него не получилось. А в 2022 году он приехал на конкурс «Большие вызовы» и одержал победу в направлении «Генетика и биомедицина».
Сейчас Илья Королёв — студент 3-го курса Научно-образовательного центра инфохимии Университета ИТМО, а также преподаёт «Основы мягкой робототехники» и ведёт программу «Академия естествознания» в региональном центре «Академия талантов».
Секреты кавитационных пузырьков, или Ключ к контролю над составом жидкостей
В старших классах Илья начал проводить исследования в области сонохимии (применял ультразвук к химическим реакциям и процессам). Это привело к реализации проекта на базе Научно-образовательного центра инфохимии Университета ИТМО совместно с «Академией талантов». Проект был посвящён анализу кавитационных пузырьков, которые образуются в растворах при локальном изменении давления и состоят из растворённого газа и паров растворителя.
«Мы исследовали эти пузырьки в водно-спиртовых растворах. С помощью методов машинного обучения нам удалось обучить нейросеть на распознавание концентрации этилового спирта по форме и размеру кавитационного пузыря».
Анализ можно использовать для мониторинга жидкостей со сложным составом в режиме реального времени. Например, бензина в трубопроводах, где важно отслеживать изменения состава жидкости, в том числе из-за добавок и примесей. Это, в свою очередь, помогает улучшать качество нефтепродуктов и соблюдать экологические нормы.
Благодаря этому проекту процессы обработки топлива становятся более безопасными и эффективными, что способствует улучшению экологии и снижению вредного воздействия на окружающую среду.
От кавитации в растворах к решению задач «Газпром нефти»
После публикации научной статьи об анализе кавитации (процесс образования пузырьков в жидкостях) в водно-спиртовых растворах Илья Королёв и его команда активно начали искать практическое применение своей технологии, оснащённой искусственным интеллектом.
Одним из таких кейсов стал запрос от «Газпром нефть». Компания хотела установить мониторинг над уровнем ингибиторов коррозии — веществ, тормозящих разнообразные химические реакции — в бензинах с разными октановыми числами.
«Мы предложили использовать нашу систему, оснащённую высокоскоростной камерой, для анализа формы и размера кавитационного пузырька, образующегося в потоке жидкости под воздействием ультразвукового излучения. Благодаря методам машинного обучения эта система позволяет с высокой точностью определять октановое число бензина в режиме реального времени».
.jpg)
Сенсоры нового поколения для персонализированной медицины и экологического мониторинга состояния окружающей среды
В 11 классе Илья увлекается электрохимией: создаёт сенсоры на основе гибких и печатных материалов. Проект был посвящён созданию ион-селективных электродов. Для этого углеродные волокна модифицировали полимерными материалами, которые могли селективно связываться с ионами вроде калия, натрия и кальция.
«Также возможно создание электродов с помощью проводящих печатных чернил, в состав которых может входить, например, графен (вещество из чистого углерода, которое прочнее стали в 100–200 раз). Эти материалы позволяют изготавливать печатные, гибкие и носимые устройства, с высокоточными сенсорами для мониторинга биологических жидкостей».
Такие устройства могут измерять, например, состав пота и слюны. Их применение возможно в персонализированной медицине, где диагностика и лечение адаптируются под конкретного пациента, а также для контроля состояния окружающей среды, например, для отслеживания уровня загрязняющих веществ в жидкостях и газах.
«Роботизированная перчатка Королёва» для реабилитации после инсульта
Илья Королёв разработал гибкую роботизированную перчатку для восстановления функций организма после инсульта. Устройство было представлено на форуме «Россия» на ВДНХ в 2024 году.
Проект заключается в создании перчатки-тренажёра, оснащённой мягкими актуаторами — подвижными частями, чувствительными к внешним воздействиям. Основной принцип — реабилитация моторики руки за счёт сопротивления движению пальцев в перчатке.
«Перчатка оснащена сенсорами на основе сплавов жидких металлов, которые помогают контролировать усилия, прилагаемые человеком во время тренировки. Эта работа была выполнена в рамках внутреннего университетского гранта ITMO.Collab для интердисциплинарных проектов».
Образование через науку
Илья преподаёт «Основы мягкой робототехники» и «Академию естествознания» в региональном центре «Академия талантов». Говорит, что главный подход к обучению школьников был сформирован давно и доказал свою эффективность, – это «образование через науку».
Обучение через проектные задачи позволяет глубже понять предметную область. Сейчас он использует этот подход в работе со школьниками в «Академии талантов», где они вовлечены в научную тематику и знакомятся с исследованиями на базе НОЦ Инфохимии Университета ИТМО.
«Для меня Академия талантов — это уникальная возможность создать сообщество ребят, которые уже с первого курса смогут, помимо учёбы, погрузиться в научную деятельность. Они начнут писать свои первые научные статьи, подавать заявки на стипендии и гранты, развивая себя и вдохновляя будущие поколения».
На «Большие вызовы» Илья в качестве преподавателя приезжал три раза. В 2022 году он вместе с научным руководителем работал в направлении «Нанотехнологии». Проект, которым он занимался вместе со школьниками, был связан с наноструктурированием кремниевых подложек с использованием заряженных полимеров (полиэлектролитов). Эти материалы имеют широкий спектр применения: от сборки динамиков и микрофонов до создания сенсоров для атомно-силовых микроскопов.
«Сплав знаний» на будущее: интеграция искусственного интеллекта и «умных» материалов в жизнь человека
В будущем Илья планирует создать научную группу, которая будет заниматься исследованием актуальных задач на стыке химии, материаловедения и информационных технологий.
Создание научной группы, по его словам, позволит сосредоточиться на разработке новых подходов в таких направлениях, как нанотехнологии и «умные» материалы, свойства которых изменяются при воздействии внешних факторов.
«Работа с научной группой также позволит мне активнее привлекать молодых специалистов, включая нынешних школьников и студентов, к реальным исследованиям и их внедрению. Таким образом, я смогу не только развивать науку, но и готовить следующее поколение исследователей, которые продолжат эту работу».
Будущее науки и технологий Илья видит в интеграции разных дисциплин, таких как искусственный интеллект и «умные» материалы.
