«Батарейка» на основі бактерій, екозамінник пластику, робот-сміттєприбиральник — учні Малої академії наук створюють розмай ековинаходів. Сьогодні, у Всесвітній день охорони довкілля, розповідаємо про три таких проєкти. Їхні юні автори-науковці вже встигли зібрати нагороди на престижних світових конкурсах. Гайда дізнаватися, як їм це вдалося!
Як це — винайти екологічну альтернативу пластику: історія Давида Степаненка
Юний дослідник створив біоплівку для пакування на основі кальцію альгінату — речовини з водоростей Laminaria. Зі своїм проєктом Давид цьогоріч здобув срібло на Міжнародному фестивалі інженерії, науки та технологій в Тунісі «I-FEST».
Про що твій проєкт?
Коли друзі питають, чим я займаюсь, я кажу, що створюю пакети з водоростей (сміється — прим. ред.). А якщо серйозно, то я створюю біополімери (природні макромолекули, які складаються з багаторазово повторюваних груп атомів — прим. ред.). Це біологічний аналог пластику, який розкладається в будь-якому середовищі, зокрема в ґрунті, менш ніж за пів року і при цьому не завдає великої шкоди довкіллю.
Існує чимало матеріалів, з яких роблять біополімери: декстрин, різні види крохмалю, пектин. Мені було цікаво попрацювати саме з екстрактами водоростей, бо їх мало використовують у виробництві матеріалів для пакування. Знаю лише, що кальцію альгінат додають в обгортку для ковбаси.
Крім того, уже є аналоги, наприклад із кукурудзи, але не всі з них можемо широко використовувати. І ще є «зелені» пакети — такий собі маркетинговий хід. У структуру звичайних пакетів із поліетилену додають біорозкладні матеріали для того, щоб пришвидшувати період їхнього розкладання. Але насправді для повного розкладання їх треба компостувати на спеціальних пристроях. Створення таких компостувальних станцій потребує значних коштів, тому я думаю, що ліпше зосередитися на виробництві біополімерів: їх можна швидко утилізувати без особливих витрат.
Чому ти взявся за цей проєкт?
Мене турбує проблема накопичення сміття на планеті. Це як мінімум неестетично: коли йду вулицею і бачу пляшки й пакети, це муляє око. А інший бік цього — те, що таке сміття дуже довго розкладається й виділяє мікропластик у довкілля. Виходить, що навіть вода, яку ми споживаємо, містить частинки мікропластику. Вони накопичуються в організмі й можуть викликати хвороби.
Думаю, якщо немає змоги сортувати сміття, треба принаймні практикувати раціональне споживання: не купувати непотрібних речей і надлишку їжі, бо так користуємося і зайвим упакуванням. Ну і сподіваюся, що цю проблему хоча б частково розв’яже мій проєкт.
Ми вже завдали екології великої шкоди. Якщо зараз не почнемо над цим замислюватись, то для майбутніх поколінь може бути й запізно.
Як ти втілював свій проєкт?
Я почав із добору матеріалів: вирішив використати ті, які легко знайти під час війни, недорогі та знайомі всім. Крім кальцію альгінату, взяв агар-агар і крохмаль — вони є чи не в кожної господині в кухні. Отож я створив три типи біоплівки: перша — суто з кальцію альгінату, друга — з додаванням агар-агару, а третя, крім попередніх двох компонентів, має у складі крохмаль.
Я дослідив, як ці матеріали поводяться в розчинах, приміром, лугів чи кислот. Потім — як вони горять і що залишається після горіння. А найважливішою частиною було дослідження того, як вони розкладаються в ґрунті.
Я закопував плівку в землю і що два тижні викопував, аби сфотографувати, в якому вона стані. Плівка розкладалася: з’явилися дірки, краї стали нерівними. Після появи значних ушкоджень я зробив знімки під мікроскопом. Було дуже цікаво спостерігати у структурі плівки різні спори грибів та мікроорганізми. Найшвидше — за три місяці — розклалася плівка третього типу. Гадаю, це саме через уміст крохмалю, бо агар-агар, навпаки, додає міцності матеріалу.
Плануєш продовжити роботу з біополімерами?
Так! Хочу перевірити, як впливають зразки біоплівок на воду, чи не буде якогось негативного впливу від розкладання. Якщо ні, тоді точно можна буде сказати, що це на 100% безпечний матеріал. А ще, оскільки в біоплівці є крохмаль і агар-агар, маю гіпотезу, що вона може не просто розкладатися в ґрунті, а й навіть стати поживним середовищем для мікроорганізмів.
Крім того, планую розширити спектр використаних матеріалів. Наприклад, випробувати гліцерин. Він може додати еластичності плівці — вона стане гнучкішою і витривалішою. Але це також треба перевірити.
У перспективі мені б хотілося перетворити свій проєкт на стартап — можливо, разом із бізнес-інкубатором МАН «Ukrainian Future». Мій матеріал дуже-дуже легко виробляти, тож він точно стане конкурентним на ринку продуктом!
Для виготовлення зазвичай потрібні лише два розчини: перший — це розчин сухих компонентів, як-от агар-агар, крохмаль і натрію альгінат, а другий — кальцію хлорид. Коли ми діємо першим розчином на другий, відбувається процес полімеризації й утворюється плівка.
Цю просту технологію можна використовувати так: людина йде до крамниці й купує два цих розчини в окремих пляшках. А потім удома, наприклад, кусає яблуко і не доїдає його. Щоб фрукт не зіпсувався, вона почергово занурює його в перший і другий розчини — і на поверхні яблука утворюється тонка плівка. Із моїм винаходом його можна спокійно покласти в холодильник :)
Як це — розробити автоматизовану систему поливання рослин: історія Володимира Думайла
Хлопець створив екосистему поливання кімнатних рослин дощовою водою. Зі своїм винаходом виборов срібло на Міжнародному конкурсі інновацій «PRIX EIFFEL» у межах Міжнародної виставки «Global Industrie» та почесну нагороду на Міжнародному фестивалі інженерії, науки та технологій в Тунісі «I-FEST-2023».
Як виникла ідея проєкту?
Моя мама — вчителька інформатики, її учні створюють різні проєкти та беруть з ними участь у наукових конкурсах, зокрема й конкурсах Малої академії наук. Коли я був у 9 класі, мама порадила і мені спробувати свої сили. Я тоді ще навіть не вивчав програмування, але самотужки створив сайт і з цим проєктом поїхав на обласний етап Конкурсу-захисту у Львові (Конкурс-захист науково-дослідницьких робіт МАН — наймасштабніший науковий захід в Україні, під час якого учні представляють свої проєкти у 12 відділеннях і 66 секціях — прим. ред.). Не виграв, але було дуже цікаво.
Пізніше науковий керівник порадив мені інші напрями проєктів на вибір, і я вирішив поєднати програмування з біологією. Щоправда, спершу, у 2021 році, працював над іншою системою для поливання рослин, яка контролювала рівень кислотності ґрунту (з цим проєктом Володимир виборов срібло на Міжнародній виставці винаходів «INOVA-2021» — прим. ред.). А ще вона була зручнішою для великих полів і теплиць. Та я порадився зі своїм науковим керівником і врешті вирішив зробити систему для кімнатних рослин, щоб полегшити повсякденний догляд за ними.
Кімнатні рослини не тільки перетворюють вуглекислий газ на кисень, а ще й поглинають багато хімікатів із нашого забрудненого повітря. Як наслідок, маємо менше навантаження на легені, нам легше дихається. Тому, як на мене, охорона довкілля — це насправді турбота про наше здоров’я.
Як працює твій винахід?
Систему я створив за допомогою платформи «Arduino Uno» (пристрій на основі мікроконтролера, який можна програмувати, поєднувати з комп’ютером чи іншими мікроконтролерами — прим. ред.). Втілив винахід у вигляді двох резервуарів для води, насоса, динаміків і системи датчиків. Логіка роботи системи така: дощова вода збирається в резервуарі на зовнішньому підвіконні, звідти завдяки насосу потрапляє у внутрішній резервуар, а вже з нього й відбувається поливання.
Щоби все це відбувалося автоматично, я запрограмував спеціальні датчики — дощу й вологості ґрунту. Перший спрацьовує і вмикає насос, коли в зовнішньому резервуарі з’являється вода. Тимчасом другий датчик запускає поливання рослини, коли рівень вологості в горщику недостатній.
У чому переваги твого винаходу?
Рослини корисніше поливати дощовою водою, ніж водою з наших кранів, бо в ній немає хлору й інших шкідливих речовин. До того ж завдяки цій системі можемо берегти цінний ресурс — прісну воду — і натомість використовувати атмосферні опади.
Ще одна перевага моєї системи — автономність, однак я передбачив і втручання людини. У посушливі дні, коли води в резервуарах бракуватиме, вмикатимуться динаміки. Вони сповіщатимуть, що господарі мають полити рослини власноруч.
Як це — досліджувати вплив людей на високогірні екосистеми: історія Марії Клушиної
Дівчина вивчає проблеми збереження свидовецьких озер у Карпатах. Зі своїм дослідженням Марія отримала золото на Міжнародній виставці винаходів «INOVA-2022» і почесну нагороду на Міжнародному фестивалі інженерії, науки та технологій в Тунісі «I-FEST-2023».
Розкажи про свою дослідницьку роботу!
Я досліджую, як зміни клімату й туризм впливають на озерні екосистеми Свидовця. Високогірні озера вразливі до антропогенного впливу, а сюди дуже багато людей приїжджає на відпочинок.
Туристи порушують цілісність ґрунтового й рослинного покриву. Наприклад, навколо озер Герешаска й Драгобратське є безліч доріг, прокладених позашляховиками й квадроциклами, через це зникають деякі види карпатських рослин, як-от рдесник альпійський чи комиш озерний.
Водночас через глобальне потепління деякі види надмірно розростаються. Наприклад, раніше дослідники натрапляли лиш на поодинокі рослини варнсторфії плавучої в наших високогірних озерах, а зараз цей вид утворює цілі угруповання і цим провокує замулення води.
Щоби про все це дізнатися, я закладала пробні площі, наприклад 2 х 2 метри, і вивчала там видову різноманітність. Для цього користувалася довідниками-визначниками рослин і застосунками для їх розпізнавання. Опісля класифікувала знайдені види методом Брауна-Бланке (це основна методологія класифікації рослинності Європи — прим. ред.).
Чому обрала саме цю тему?
Останні декілька років точаться активні дискусії щодо розбудови мегакурорту на Свидовці. Природозахисники навіть створили петицію про надання гірському масиву статусу заказника, щоб заборонити тут забудову, а збирала підписи, зокрема, реперка alyona alyona (петиція набрала 25 000 підписів, і нещодавно на неї відповів Президент України — прим. ред.)
Я була на Свидовці декілька разів, це дуже мальовничі місця, у жодному разі не можна допустити порушення їхнього природного розвитку. Тому я вирішила дослідити, як на озера впливають туристи.
Я вважаю, що на сьогодні охорона довкілля — це і про пом’якшення негативних наслідків зміни клімату, і про охорону біорізноманіття та водних ресурсів. До речі, ООН оголосила це пріоритетними завданнями у світі (йдеться про цілі сталого розвитку ООН — прим. ред.). Але охорона природи має бути не окремим напрямом діяльності певних груп людей, а взагалі способом життя суспільства. Тому я намагатимусь примножувати знання про природні екосистеми та про вдосконалення способів їх охорони.
Розкажи ще про свої майбутні плани: хочеш продовжувати це дослідження чи маєш якісь інші екоідеї?
Я планую розширити дослідження — дізнатися про хімічні властивості води у високогірних озерах із різним ступенем антропогенного навантаження. Хочу охопити такі озера Свидовця і Чорногори, як Ворожеска, Бребенескул, Несамовите, Марічейка та деякі безіменні.
Більше історій про проєкти МАНівців — у попередніх матеріалах на платформі:
«Як українські підлітки перемагали на Міжнародній науковій виставці в Тайвані: історії призерів».
Ілюстрації: Анастасія Василенко