Цифровая трансформация производства, в которую сегодня активно включился наш регион, требует подготовки специалистов нового уровня. Именно с этой целью в ЮУрГУ создавались «умные» мини-фабрики – фаблабы. Учебно-производственная лаборатория (фаблаб) «Электроника» была открыта в университете в 2021 году при финансовой поддержке программы «Приоритет-2030». Лаборатория функционирует при Высшей школе электроники и компьютерных наук.
О самых ярких и интересных проектах лаборатории, реализуемых в 2024 году, мы беседуем с заведующим фаблабом «Электроника», ведущим инженером кафедры «Радиоэлектроника и системы связи» Николаем Гудаевым, доцентом кафедры РЭСС Николаем Дударевым, старшим преподавателем кафедры РЭСС Дмитрием Пискорским, магистрантом направления «Фундаментальная информатика и информационные технологии» Артемом Голенищевым.
Николай Гудаев
– Основная задача фаблаба «Электроника» – изготовление прототипов плат управления и электронных изделий. Главная цель при этом – научить студентов применять полученные знания на производстве, превращая их в полезные продукты, в дальнейшем востребованные рынком.
Сегодня в лаборатории постоянно занимаются студенты ВШЭКН. Лаборатория «Электроника» оборудована современными компьютерами, оснащенными всем необходимым для разработки программного обеспечения, паяльными станциями, комплектами измерительных приборов, слесарным столом. Оборудование позволяет студентам еще на этапе обучения получать уникальный опыт работы со специализированными промышленными приборами. Студенты могут, используя инструменты для разработки и проектирования микроэлектроники, создавать собственные изобретения.
Активное участие в работе со студентами принимают сотрудники Высшей школы электроники и компьютерных наук, наставники студенческих проектов Сергей Пашнин, Василий Спицин, Дмитрий Пискорский, Александр Коленчук, Николай Дударев и другие.
В 2024 году в лаборатории был успешно реализован ряд студенческих проектов, связанных с курсом «Проектирование электроники» и не только. Проекты относятся к самым разным сферам промышленности и производства. Это, например, управляющая электроника, генерация, передача и обработка информации, системы сбора информации, охранные системы, системы контроля, системы слежения и навигационные системы, роботы и дроны, системы искусственного интеллекта, электроника для «умного» дома, силовая электроника и т.д. Мы готовы рассмотреть любой проект, в котором присутствует хотя бы пара электронных деталей, и всевозможные радиотехнические системы.
Так, в 2024 году в лаборатории реализовывались, к примеру, такие проекты, как «Нагреватель пищевых продуктов», «Разработка специального оптоволоконного интерферометра в рамках исследований ЮУрГУ», «Разработка пульта управления системой поворотных зеркал для драйверов», «Разработка демонстраторов водородных технологий полностью многоразовых перспективных ракет-носителей вертикального взлета и посадки» и др.
В начале 2025 года в лаборатории стартует курс «Проектирование электроники» у группы КЭ-310 (кафедра «Радиоэлектроника и системы связи»). В рамках курса не менее 15 студентов целый день будут работать в лаборатории.
.jpg)
О наиболее интересных проектах рассказывают их авторы и руководители.
Доцент кафедры РЭСС Николай Валерьевич Дударев
– Небольшой творческий коллектив студентов кафедры РЭСС, в состав которого входят Деев Д.А. и Черников В.И., в фаблабе «Электроника» занимается исследованиями в рамках прикладной научно-исследовательской работы «Блок определения пространственного местоположения квадрокоптеров». Непосредственно со студентами работает руководитель мини-группы, аспирант Станислав Сергеевич Лысов. Я осуществляю общее руководство проектом.
В рамках проекта разработан алгоритм, модель работы ГВЦ-модуля, который позволяет осуществлять позиционирование беспилотного объекта на этапе посадки. Сегодня уже возможно провести позиционирование объекта, то есть определить его местоположение, его угловые положения (наклон относительно зоны посадки).
Студенты в фаблабе «Электроника» работают над макетом устройства, представляющего собой смешанный объект, частично расположенный на беспилотном летательном аппарате (это радиомаяки). Кроме того, проект подразумевает наличие наземного дополнения в зоне посадки. Это непосредственно приемник, расположенный у обрабатывающей периферии (у условного компьютера). Также в проекте подразумевается дополнительный маячок, который связывает всю систему с конкретными координатами на местности, то есть точно определяет местонахождение устройства (местоположение относительно зоны посадки).
Преимущества технологии
Технология определения пространственного местоположения квадрокоптеров может быть применима для различного рода беспилотников (как стандартных беспилотников атмосферного типа, так и для ракетоносителей), так как она универсальна! Она актуальна именно в плане автоматизированной посадки дронов и любых беспилотных объектов, в том числе, ракет.
В сравнении с системой радиомаячной посадки, которая стоит сотни миллионов рублей, эта система экономична и не требует больших расходов. В настоящее время команда находится в поиске индустриального партнера для того, чтобы проект в ближайшем будущем получил практическое применение.
Основная задача фаблаба – научить студентов мыслить творчески и воплощать свои идеи в реальные, работающие проекты, востребованные заказчиками. Один из таких студентов – Артем Голенищев – магистрант второго года обучения ВШЭКН ЮУрГУ, кафедра системного программирования, 02.04.02 направление «Фундаментальная информатика и информационные технологии» (ФИИТ), магистерская программа «Машинное обучение и анализ больших данных».
Артем в настоящее время еще учится на втором курсе магистратуры, но при этом активно участвует в реализации многих успешных проектов лаборатории, в части из них он является исполнителем, в части – автором. Расскажем о них подробнее.
Так, на площадке фаблаба «Электроника» Артемом было реализовано несколько проектов для Лаборатории квантовой инженерии света.
В рамках Лаборатории квантовой инженерии света Артемом Голенищевым была разработана плата с целью ремонта однофотонного датчика.
Еще один проект для лаборатории квантовой инженерии света – прибор измерения температуры с очень высоким разрешением, который может измерить температуру с точностью до сотых долей градусов. Прибор представляет собой измеритель, подключаемый к ПК или к программируемому логическому контроллеру (устройству управления промышленной автоматикой). При подключении к ПК устройство может работать от Type-C кабеля, выполнять измерения и запоминать их в течение длительного времени. То есть оно может использоваться как регистратор.
Кроме того, в фаблабе «Электроника» Артем работал над проектами для Лаборатории сенсорики. Пульт управления системой поворотных зеркал для драйверов осуществляет управление углом поворота зеркал на каждом канале с помощью аналогового напряжения в диапазоне -10…+10 В
с возможностью регулировки диапазона. Также Артем в течение полугода проводил опытно-конструкторские и исследовательские работы над оптоволоконным векторным анализатором спектра в рамках исследовательской работы в ЮУрГУ.
Помимо проектов, в которых Артем Голенищев был исполнителем, на площадке фаблаб «Электроника» он начал несколько собственных проектов, в которых является автором идеи и основным разработчиком.
Среди авторских проектов Артема, созданных на базе фаблаб «Электроника», – «Контроллер для «умных» светодиодных лент адресных светодиодов». Рабочее название для инженерного образца – «Контроллер адресной светодиодной ленты КАСЛ-1». В этом контроллере данные последовательно очень быстро передаются между отдельными светодиодами, обновляя настройки свечения каждого светодиода. За счет этого на лентах можно самостоятельно создавать самые разные световые эффекты.
Это изделие предназначено, в первую очередь, для военного учебного центра ЮУрГУ. Оно создавалось специально для кафедры беспилотных летательных аппаратов, для обучения (маршрутизации) пилотируемых дронов (используется для подсветки трасс). Также эта «умная подсветка» может применяться для наружной рекламы и интерьерных решений. На подобных «умных» гирляндах можно задавать любые световые эффекты. У Артема есть сайт https://golenishchev-electronics.ru/, где представлены разработки, созданные или спроектированные на площадке фаблаб «Электроника». В начале 2025 года Артем планирует запустить свой сервер для размещения баз данных и кроссплатформенное приложение по управлению контроллером для того, чтобы устройства было еще проще и удобнее использовать.
Уникальность изобретения в том, что данный контроллер позволяет управлять сразу несколькими устройствами. Контроллеры можно использовать по отдельности, можно объединить в группу. Эффекты, запрашиваемые заказчиком, можно задавать для целой группы изделий, например, для подсветки трасс БПЛА, при этом для каждой отдельной трассы можно установить свой цветовой эффект. Это изобретение самое «бюджетное» и готовое к серийному производству. Артем планирует запустить устройства в серийное производство в ближайшее время.
Сейчас основная цель разработчика – выпустить версию приложения с серверной частью, запустив ее на собственном сервере. Собственный сервер гарантирует безопасность данных пользователя.
«Этот проект я начинал, еще работая в УНИД ЮУрГУ в должности инженера-исследователя. Работу в фаблабе «Электроника» я начал, еще будучи магистрантом первого года обучения. Многие мои проекты стартовали именно на площадке лаборатории», – поясняет Артем.
Второй собственный проект Артема – азработка платы расширения для микрокомпьютеров для тестирования машинного зрения для автомобильных ассистентов вождения, использующих специальные камеры. В рамках работы над проектом были изучены интерфейсы для подключения камер «умных» автомобилей и принято решение сделать плату для микрокомпьютера Raspberry Pi, который позволит подключить специальные камеры с соответствующими интерфейсами. Плата, разработанная Артемом Голенищевым, позволяет подключать две камеры одновременно.
.jpg)
В 2024 году на площадке фаблаб «Электроника» команда студентов третьего курса под руководством доцента кафедры Дмитрия Пискорского и руководителя фаблаб «Электроника» Николая Гудаева реализовали на площадке лаборатории проект инновационного портативного ланч-бокса с подогревом.
В составе команды студенты третьего курса – Даниил Петров, Всеволод Скуматенко, Алексей Телегин и Вячеслав Карякин. Между ребятами разделены роли в проекте: в команде есть схемотехник, конструктор и программисты. Ребят пригласили в проект, так как ранее они уже занимались схожей темой и принимали участие в акселераторе ЮУрГУ с темой «Портативный ланч-бокс с подогревом».
Задачу по проекту нагревателя ребятам поставил заказчик – производитель продуктов функционального питания из Челябинской области. По техническому заданию заказчика ребята разработали два вида подогревателя для продуктов питания в индивидуальной упаковке (продукт фракции пять: разные виды каши с мясными компонентами). Для разогрева этого инновационного продукта в реторт-пакетах ребята подготовили прототипы нагревателя в двух вариантах: ланч-боксер (LanchBoxer) и (SnackSprinter).
Ланч-боксер (LanchBoxer) – портативный нагреватель, в который вставляется реторт-пакет. Размер – 20 см по высоте. Устройство имеет несколько режимов подогрева по температуре и индикатор заряда аккумулятора. Внутрь, в капсулу нагревания, помещается реторт-пакет. После разогрева звучит звуковой сигнал, продукт готов к употреблению. Порция способна заменить полноценный прием пищи взрослого человека.
.jpg)
SnackSprinter – карманное устройство для быстрого перекуса на ходу. Механизм нагревателя проточный, он нагревает продукт, который в данный момент находится в специальной трубке.
«Второй этап нашего проекта был завершён в конце ноября, – рассказывает руководитель проекта Дмитрий Пискорский. – Мы с ребятами изготовили опытные образцы каждого из устройств, протестировали и продемонстрировали заказчику. Функционал и параметры разработанных устройств полностью соответствуют требованиям технического задания. На данный момент от заказчика поступило предложение, в рамках третьего этапа, собрать пробную партию из 10 устройств, для демонстрации потенциальным клиентам. Со своей стороны, мы подготовили предложения по доработке устройств, которые можно реализовать в рамках данного этапа. Например, добавить сигнал звукового оповещения по завершении нагрева и датчик температуры, для лучшего контроля качества нагрева продукта».
Основная цель работы фаблаб «Электроника» сегодня – выстраивание процессов полного цикла изготовления изделия: от модели до прототипа, чтобы студенты параллельно учились всему в рамках одного фаблаба. Коллектив лаборатории делает все возможное для успешного достижения этой цели.