NUSTMISIS

Российские космонавты провели эксперимент на борту Международной космической станции, доказав, что с помощью 4D-биопринтера в условиях невесомости можно сформировать эквиваленты полых органов, таких как сосуды. С научной точки зрения, уникальность события в том, что на орбите впервые использовались материалы с эффектом памяти формы, которые под воздействием температуры и магнитного поля свернулись из ровной пластины в «трубочку».

Магнитный 4D-биопринтер «Орган.Авт», разработанный российской компанией «3Д Биопринтинг Солюшенс», был доставлен на борт МКС в конце 2018 года. Тогда же космонавт Олег Кононенко провел на нём эксперимент по созданию эквивалентов щитовидной железы мыши и хрящевой ткани человека. Впервые в мире, между прочим. Новый опыт с формированием аналогов трубчатых органов является логичным продолжением исследования возможностей биофабрикации в космосе. И мы снова всех опередили!

25 марта ракета-носитель Союз МС-25 доставила на российский сегмент МКС специальные контейнеры для биопринтера, подготовленные специалистами компании «3Д Биопринтинг Солюшенс» и Университета МИСИС. В кюветах находились металл-полимерные пластины, содержащие на поверхности клеточный слой. Этот материал, обладающий эффектом памяти формы, возвращается к своему первоначальному виду под воздействием внешних сил, даже если он был предварительно деформирован. Влиять может температура, свет, влага или магнитное поле. От обычных материалов он отличается возможностью программирования под желаемую форму и время фиксации. Учеными на Земле был задан узкий температурный диапазон воздействия: при комнатной температуре пластины были плоскими, а в магнитном поле при достижении 36 градусов (как в человеческом теле) они сворачивались.

Эксперимент «Магнитная биофабрикация» провели Олег Кононенко, рекордсмен по суммарной продолжительности пребывания в космосе, и первая белорусская женщина-космонавт Марина Василевская.

Сворачивание конструкции в магнитном принтере — первый этап эксперимента на МКС. Далее учёные на Земле проведут гистологическую и иммуногистохимическую оценку, а также исследуют морфологию конструкции.

Партнерами по космическому эксперименту выступают: Госкорпорация Роскосмос, ПАО «РКК «Энергия», АО «ЦНИИмаш» и ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина», АО «Организация "Агат"».

Если появятся вопросы, то мы готовы ответить! Как всегда) Или встретиться лично на экскурсии в Институт биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС!

С Днем космонавтики!

Привет всем любителям робототехники! Меня зовут Настя, я — руководитель Студенческого конструкторского бюро НИТУ МИСИС и капитан команды BlackOut, которая в 2023 году участвовала в первой «Битве роботов» и… получила бесценный опыт) Многие знают про когнитивное искажение «ошибка выжившего», когда делают неверные выводы из историй победителей. Я расскажу про ошибки «невыжившего» и поделюсь советами для будущих участников чемпионатов по робототехнике.

Суть соревнований, как понятно из названия, состоит в том, чтобы нанести как можно больше урона противнику. Проще говоря, нужно спроектировать неубиваемую тумбочку. Вроде ничего сложного, но пока не увидишь вживую, что такое «Битва Роботов», не поймешь, что выдержит, а что — нет. На соревнованиях может случиться что угодно, и не всегда победу приносит дорогая электроника или прочная рама. Несколько команд проиграли не из-за поломки робота, а из-за неудачного застревания в покрытии арены.

Начнем с самого робота. Выбирайте любого: колёсный, гусеничный, летающий, шагающий, ползающий. Орудия на нём могут быть пневматическими (флиппер, кирка) или чаще с подвижным крутящимся элементом (с горизонтальной или вертикальной осью вращения). Но никто не запрещает использовать хоть огнемёт.

А теперь хит-парад типичных проблем на «Битве роботов» с вариантами решения.

1.Проблема: Робот пошел на взлет. Это не шутка. Скорость вращения орудия может быть больше 10.000 об/мин. Из-за таких высоких скоростей возникает гироскопический эффект, то есть робот начинает «подлетать», на поворотах его заносит и он может перевернуться.

Решение. Мощные магниты на дне робота, которые притягивают его к полу и не дают «улететь». После производства деталь необходимо отцентровать. А все почему? А потому, что важно иметь сбалансированный вращающийся элемент. Можно рассчитать форму орудия в CAD-программах, чтобы вычислить, в каких местах возникнет наибольшее напряжение или какую часть устройства можно облегчить.

2.Проблема: Перегрев электроники и взрыв двигателя. На «Битве роботов» был случай, когда у одного из участников перегорели литий-полимерные аккумуляторы, а потом — и вся электроника. Это произошло из-за того, что орудие начало вращаться на большой скорости. Конструкторы не предусмотрели, что при таком количестве оборотов орудия возникнет обратная электродвижущая сила (ЭДС) и батарея не выдержит нагрузок. А полыхают LiPo-батареи так, кстати, что их невозможно потушить. Поэтому придется ждать пока они до конца не прогорят. Кроме нагрузок, электроника будет все время подвержена ударам.

Решение. Мотор надо подбирать в зависимости от желаемого kV. Этот параметр показывает на каких оборотах мотор будет генерировать обратную ЭДС 1В. То есть, мотор 4000kV будет генерировать обратное напряжение 1В на скорости 4000 об./мин. Важно подумать о безопасности электроники. «Мозг» робота упаковать в пенку, специальные кейсы или другие демпфирующие элементы. Но здесь тоже не все так просто. Из-за больших нагрузок и больших токов электроника будет нагреваться, поэтому нужно продумать хороший теплообмен и «проветривание», чтобы избежать взрывов.

3.Проблема: Застревание или подбрасывание робота из-за высокого клиренса. Несколько команд проиграли не из-за того, что механизм повредился, а из-за неудачного застревания в покрытии арены выступающей деталью. Часто противники цепляются за дно робота орудием и подбрасывают его.

Решение.  Маленький клиренс. Также стоит подумать о возможной тактике нападения флипперов. Необходимо минимизировать различные выступы, из-за которых вас может подбросить.

4.Проблема: Недостаточно прочная обшивка и рама. Материал – основа всей конструкции. Участники соревнования постоянно спорят, какой лучше. По роботу бьют, его кидают, режут, пытаются пробить. Можно сделать «непробиваемую тумбочку» из стали хардекс 500, но и это не дает стопроцентной гарантии. В «Битве роботов» каждая неточность может стать роковой. Вплоть до расположения отверстий и подбора крепежа. Имейте в виду, болты М8 с высоким классом прочности 12,9 разрывает пополам.

Решение. Мне нравится сталь, вязкие сплавы. Классные варианты — титан и карбон-кевлар из-за своей легкости и прочности. Но они дороговаты, конечно. Кроме того, не стоит забывать про технологические процессы по улучшению характеристик базовых материалов: закалка, отпуск, старение, нормализация, электролитическое оксидирование и многое другое, что помогает упрочнить покрытие.

5.Проблема: Слабые и незащищенные колеса. Робот должен ехать всегда! Если он остановился — это автоматическое поражение. Нельзя недооценивать важность колесного узла. Колеса нашего робота не были прикрыты, противник пробил алюминиевый диск и колесо оторвалось. Робот не смог двигаться дальше, нам засчитали проигрыш, хотя все остальные системы остались неповрежденными.

Решение. Прятать колеса и не выносить их наружу. Чтобы усилить колеса, хороший вариант самостоятельно отливать их из полиуретана и производить под них собственный прочный диск. Это дает хорошее сцепление с поверхностью и позволяет сделать абсолютно любую конфигурацию.

6. Проблема: Неудачная компоновка элементов. Чем меньше свободного пространства будет в роботе – тем лучше, ведь иначе возникает тряска, разъединяются коннекторы,  из-за которых могут повредиться моторы, контроллеры, электроника, в целом.

Решение. Плотная компоновка внутренностей и теплопроводящая пенка, которая поможет сохранить «мозг от сотрясения» до конца боя. Также стоит заранее задуматься о ремонтопригодности, чтобы в любой момент была возможность заменить детали.

7. Проблема: У пилота мало практики. Если ты впервые берешь в руки пульт — считай проиграл. Человек, который только что получил права, не обгонит пилота Формулы 1.

Решение. Как можно скорее собрать полноразмерный прототип и начать тренироваться. Нужно учиться «порхать как бабочка и жалить как пчела». Быстро ускользать от соперника и находить его слабые места.

8. Проблема: Нет денег на хорошие материалы. Создание робота для Битвы — это дорогое удовольствие. Нужны качественные материалы, электроника, большое количество инструментов и оборудования. С ними выше шансы дожить до финала. Хотя и это не гарантирует победу. Своими силами закупить все необходимое без внешней поддержки практически невозможно, особенно студентам.

Решение. Найти спонсора, обратиться за помощью к университету. Преподаватели
всегда помогут советом. Технологическим партнером нашей команды стал Сбер, а
спонсором выступила группа компаний «Уральская сталь», они выделили средства на
приобретение конструкционных материалов для производства робота. Кроме того, помощь оказал Национальный центр промышленного дизайна 2050.Лаб и несколько подразделений Университета МИСИС: «Кинетика», ФабЛаб, лаборатория робототехники, кафедра инжиниринга технологического оборудования и кафедра инженерной кибернетики.

Если вы придумали другие способы, как решить типичные косяки — пишите в комментариях, обсудим)

Привет, пикабу! Рассказываем вам о новом прорыве Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС!

В Главном военном клиническом госпитале им. академика Н. Н. Бурденко провели первую в мире операцию с использованием биопринтера, который в режиме реального времени печатал биочернилами прямо на человеке. Аппарат состоит из роборуки, системы биопечати и компьютерного зрения. Устройство разработано учеными НИТУ МИСИС и пионерами российской биопечати, компанией 3Д Биопринтинг Солюшенс.

У пациента была обширная рана в области плеча и лопатки. Особую сложность придавало не только то, что эта часть тела была подвижна на протяжении всей операции из-за дыхания пациента, но и рельеф глубокой раны. Однако устройство справилось с этими трудностями благодаря особой системе сканирования дефекта мягких тканей.

В классической 3D-печати органы и ткани создаются отдельно на недвижимой подложке, помещаются в биореактор для «дозревания», а уже потом пересаживаются пациенту. Но ведь лучшим биореактором все-таки является сам человек! Пропуская целую технологическую ступень, биопринтер НИТУ МИСИС напечатал эквивалент ткани сразу в организм пациента, используя его же клетки. Это называется биопечатью in situ - непосредственно в рану во время операции.

Построение 3D-модели раны, расчет траектории подачи биополимера in situ, и саму биопечать робот провел без участия человека! Никаких джойстиков и пультов управления, только код, только хардкор. Но контроль работы устройства, конечно, было необходим, так что за ним следил инженер-робототехник.

Подготовка к операции была такой: хирург забрал из костного мозга клетки пациента, их смешали со специальным гидрогелем на основе коллагена, полученные «биочернила» поместили в шприц внутри биопринтера, а сам биопринтер с системой сканирования был размещен на конце «роборуки». Возможно, в скором времени и забор клеток биопринтер будет способен осуществить вместо хирурга… Следите за новостями!

Немного истории. Вся мировая биопечать началась в 2003 году с первой в истории публикации о трехмерной биопечати. Автором статьи был наш соотечественник Владимир Миронов, который является научным руководителем лаборатории биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и профессором НИТУ МИСИС. Под его руководством компания, ставшая пионером отечественного биопринтинга, в 2014 году представила первый российский биопринтер – Фабион. Он до сих пор входит в топ-5 биопринтеров мира. Уже в 2015 году на нем напечатали первый в мире орган – щитовидную железу для мыши, которая в полной мере функционировала и продуцировала гормон. Затем стали развиваться разные ответвления биопечати, например, космическая магнитная биопечать. Космических магнитных биопринтеров в мире всего четыре – один на МКС, один в музее космонавтики на ВДНХ и два в Университете МИСИС.

Использование роботов для биопечати уже вылилось в отдельное направление биопринтинга. В ближайшие 10 лет станет возможной печать трубчатых органов (кровеносные сосуды, трахея и пр). В НИТУ МИСИС в рамках Передовой инженерной школы "Материаловедение, аддитивные и сквозные технологии", партнером которой является Госкорпорация "Росатом", разрабатываются несколько технологий магнитной биопечати, при которой с помощью магнитного или акустического полей создаются небольшие кусочки кровеносных сосудов. В России – Москве, Санкт-Петербурге, Самаре, Томске – начинают формироваться целые кластеры биопринтинга.

С 2024 года Университет науки и технологий МИСИС первым в России начнет готовить специалистов в области квантового материаловедения, технологий и коммуникаций. Для этого в вузе создан Институт физики и квантовой инженерии. Кстати, наш университет — один из немногих в стране центров, развивающих одновременно все три направления в этой области: вычисления, коммуникации, сенсоры. А всё почему? А потому, что у истоков квантовых исследований вуза стоял нобелевский лауреат Алексей Абрикосов, заведующий кафедрой теоретической физики МИСИС в течение 16 лет, между прочим. Традиции, преемственность, мощная школа.

Директор нового института - Алексей Федоров, разработчик первого квантового блокчейна и квантовых алгоритмов, руководитель лаборатории «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра, один из авторов Дорожной карты развития квантовых технологий РФ.

Немножко ещё себя похвалим) Лаборатория «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ МИСИС стала первой в России выполнять измерения кубитов при сверхнизких температурах. В 2022 году наши ученые впервые продемонстрировали действующий четырехкубитный квантовый процессор. В 2023 году сотрудники Центра НТИ «Квантовые коммуникации» запустили на орбиту первый в стране малый космический аппарат для тестирования лазерного канала связи между ним и наземной приемной станцией. Конечно, мы работаем в сотрудничестве со многими организациями и корпорациями. Всех любим и ценим!

В общем, если кто-то хочет двигать кванты в массы и создавать руками будущее - мы всем рады! Кстати, свежую лекцию Алексея Фёдорова про квантовые технологии можно посмотреть тут.

Если интересно про кванты узнать побольше - кидайте вопросы в комментарии и дайте нам немножко времени на подготовку ответов) Всё будет!

Привет, пикабушники! На связи снова центр Биомедицинской инженерии Университета МИСИС!

Прошло 4,5 месяца как мы презентовали вам и миру тканевой пистолет, сшивающий раны биополимерами. Напомним, что устройство можно применять как в полевых условиях ЧС, так и для специализированной хирургической помощи и реабилитации при лечении обширных ран и ожогов в клиниках. Конструкция позволяет осуществлять ультразвуковую (аэрозольную) сшивку, которой нет у аналогичных устройств, используя шприцы с лекарством объемом 20-25 мл (до 10 мл у иностранных производителей).

С момента первой публикации мы только на Пикабу получили 500+ комментариев. И конечно все ваши замечания по улучшению попали в наши инженерные сердца, и мы стали дорабатывать пистолет, чтобы он был еще лучше и полезнее.

1. Из очевидного – серьезно поработали над эргономикой, чтоб обзору медперсонала ничего не мешало. В этом нам помогли специалисты Главного военного клинического госпиталя имени академика Н. Н. Бурденко. По словам врачей госпиталя, устройство выполняет функции мобильной перевязочной станции, но без бинтов и повязок, что крайне важно для пациентов с обширными ожогами и ранами.

2. Поработав над ультразвуковой системой подачи геля с распылением сшивающего агента, скорость увеличилась более чем в 4 раза. То есть рану площадью 10 см2 пистолет закрывает защитно-лечебным полимерным слоем за 2 секунды.

3. Важная особенность новой версии устройства – возможность использования в работе уже существующих препаратов в зависимости от медицинской потребности.  Подобрать самые эффективные гелевые композиции нам помогли эксперты компании ООО «Колетекс». Пистолет и зарегистрированный гель «Колетекс» уже успешно использовали для лечения пациентов, а первой площадкой для будущего активного внедрения будет ГВКГ им. Н. Н. Бурденко.

4. Поразмыслив над внутренностями корпуса, смогли уменьшить вес устройства с 800 до 350 грамм.  Освободившейся второй рукой врач сможет сделать вдвое больше полезных дел.

5. Главное и самое интересное – название. Каждой версии устройства (вы же помните, что под разные задачи разный функционал?) можно давать новое имя. Для первых версий мы оставили названия «Подорожник» и «Фибробластер», а доработанную назвали «Лекарь».

В общем, мы с коллегами постарались сделать так, чтобы средний медицинский персонал и хирурги смогли поставить на поток обработку ран до того, как пострадавшие будут отправлены на следующий этап оказания медицинской помощи.

Ответы на многочисленные вопросы и комментарии пикабушников можно посмотреть тут и тут.

Наука, как видите, не стоит на месте! Всёпропальщикам большой привет!)