Информация о региональном этапе
Всероссийского конкурса научно-технологических проектов «Большие вызовы» в Томской области в 2020-2021 учебном году
Региональный этап Всероссийского конкурса научно-технологических проектов «Большие вызовы» в Томской области в 2020/2021 учебном году проводится в соответствии с Соглашением о сотрудничестве между Образовательным Фондом «Талант и успех» и ОГБУ «Региональный центр развития образования» (Томским региональным центром выявления и поддержки одаренных детей).
Региональный конкурс является отборочным этапом Всероссийского конкурса научно-технологических проектов «Большие вызовы», организуется и проводится при методологической поддержке Образовательного Фонда «Талант и успех».
Региональный конкурс проводится в целях выявления и развития у обучающихся творческих способностей и интереса к проектной, научной (научно-исследовательской), инженерно-технической, изобретательской, творческой деятельности, пропаганды научных знаний и достижений.
Организатором регионального конкурса является ОГБУ «Региональный центр развития образования» (Томский региональный центр выявления и поддержки одаренных детей). Региональный конкурс проводится совместно с Департаментом общего образования Томской области.
Региональный конкурс проводится с 10 ноября 2020 года по 15 мая 2021 года.
В региональном конкурсе принимают участие обучающиеся из Томской области, являющиеся гражданами Российской Федерации, осваивающие образовательные программы основного общего и среднего общего образования (уровень 7-11 классов); обучающиеся из Томской области, являющиеся гражданами Российской Федерации, осваивающие образовательные программы среднего профессионального образования (1-2 курсы).
Сроки проведения регионального конкурса:
1. Отборочный этап проводится с 10 ноября 2020 года по 20 марта 2021 года:
- ноябрь 2020 года – информирование потенциальных участников регионального конкурса о порядке, содержании и сроках проведения Всероссийского конкурса научно-технологических проектов «Большие вызовы», регионального конкурса;
- ноябрь 2020 года – февраль 2021 года – сопровождение проектных команд/дистанционный образовательный курс «Сезон проектов_2020/21», проведение индивидуальных и групповых консультаций для участников регионального конкурса;
- до 1 марта 2021 года – приём заявок на участие во Всероссийском конкурсе научно-технологических проектов «Большие вызовы» (региональном этапе). Заявки и проекты принимаются в системе «Сириус.Онлайн» (http://online.sochisirius.ru).
2. Финальный этап проводится со 2 марта по 26 марта 2021 года:
- со 2 по 20 марта 2021 года – проведение индивидуальных и групповых консультаций для участников регионального конкурса; техническая и содержательная экспертиза (заочная) проектов участников регионального конкурса;
- 3 декада марта 2021 года – итоговая проектная смена в рамках регионального конкурса. Очная защита проектов.
Победители и призеры конкурса включаются в Государственный информационный ресурс о детях, проявивших выдающиеся способности (ГИР). Победители (авторы лучших проектов) получат приглашение для участия в программе «Большие вызовы» в Образовательном центре «Сириус» (Федеральная территория «Сириус»), где смогут погрузиться в проектную работу и создать инновационную разработку под руководством ведущих российских экспертов.
Направления
регионального этапа Всероссийского конкурса
научно-технологических проектов «Большие вызовы»
в 2020/2021 учебном году
1. Агропромышленные и биотехнологии
Сельское хозяйство – это ключевая отрасль мировой экономики, которая обеспечивает население едой. Россия богата землями, а это значит, что мы легко можем обеспечить себя продовольствием. Однако и проблем в сельском хозяйстве достаточно. С помощью новейших технологий исследователи находят ответы на множество насущных вопросов:
— Как вдохнуть жизнь в отработавшие и уставшие почвы?
— Как повысить урожайность любых ценных культур, а в самих культурах – содержание полезных и питательных веществ?
— Как защитить растения от болезней, вредителей, засухи и наводнений?
— Как сберечь урожай во время долгого зимнего хранения?
— Как выращивать продукцию на городских фермах?
Отвечая на вызовы, мы возлагаем большие надежды на новые технологии, в том числе для изучения процессов на клеточном и молекулярном уровне, беспилотный транспорт. Последние позволяют обрабатывать поля и собирать урожай автоматически, поливать растения выверенным количеством воды в зависимости от температуры, влажности и стадии роста растений, вносить оптимальное количество удобрений. Беспилотные летательные аппараты смогут удобрять почву и следить за полями. Умные информационные системы подскажут, какие культуры выгоднее выращивать в данном климате и почвах, а также подберут идеальное время посева и сбора урожая.
Продукция сельского хозяйства, прошедшая длинный путь промышленной обработки, попадает к нам на стол. Качество этой пищи – ключевой вопрос продовольственной безопасности. Поэтому необходимы простые диагностические системы и тесты, которые позволят быстро оценить качество продуктов питания. И это еще одно огромное поле для исследований и творчества. Например, участники конкурса могут исследовать параметры роста растений (скорость прохождения стадий, прирост массы, увеличение размера) и факторы, влияющие на него, а после предложить и в эксперименте опробовать условия, при которых томаты и огурцы максимально быстро растут и плодонос дома, в помещении.
2. Беспилотный транспорт и логистические системы
У беспилотных летательных аппаратов – большое будущее, поскольку их ждет работа в области связи, транспорта, сельского хозяйства, картографии и мониторинга разного рода. Эти несложные устройства могут сильно облегчить человеческий труд. А для России с её огромными территориями и местами неразвитой инфраструктурой они и вовсе станут палочкой-выручалочкой.
Создание беспилотников для разных целей требует ярких идей и конструкторских решений, использования новых устройств связи, энергетических и автоматизированных систем, новых материалов и алгоритмов управления как отдельными аппаратами, так и их роями, группами.
Школьникам вполне по силам спроектировать и построить беспилотники для автоматического мониторинга местности, создания 3D-карт, точного земледелия, доставки небольших грузов, обеспечения связи на удаленных территориях и многого другого.
Однако можно не только создавать, но и изобретательно приспосабливать существующие промышленные беспилотники к решению конкретных задач.
Один из примеров проекта, который школьники могут создать в рамках конкурса, – разработка системы отслеживания беспилотных аппаратов в реальном времени. Такая система будет включать в себя передатчик, устанавливаемый на коптер, приемную станцию, программное обеспечение с картой, на которой отображается путь, проделанный беспилотным аппаратом. Польза от такой разработки очевидна: беспилотные устройства подлежат обязательной сертификации, а значит, необходима система автоматизированного учета существующих аппаратов. Мы должны видеть их в любой момент времени. Так почему бы не создать такую систему?
3. Большие данные, искусственный интеллект, финансовые технологии и машинное обучение
Мы вступили в эпоху больших данных (BigData). Камеры видеонаблюдения, информация о перелетах и переездах людей, истории болезней, транзакции, сотовая связь, покупки в магазинах – все это и многое другое формирует базы данных, которые постоянно пополняются и стремительно разрастаются.
Все эти данные – большая ценность, ресурс для анализа и прогнозов, пища для алгоритмов машинного обучения. Сегодня без них уже невозможно построить систему с по-настоящему высокой точностью.
BigData-исследования находятся на стыке наиболее востребованных направлений, это, можно сказать, сердце междисциплинарных исследований. Здесь и искусственный интеллект, и машинное обучение, и нейронные сети на службе медицины, биологии, экономики, социологии, логистики, физики, генетики, финансов; а также сложные семантические алгоритмы для поиска информации в интернете и нестандартные подходы к обеспечению безопасности программно-аппаратной инфраструктуры.
Технологии обработки больших данных и машинного обучения успешно трудятся в области поиска информации, прогноза погоды и игры в Го, они предсказывают спрос на товары, помогают распознавать изображения и звуки. Использование современных методов машинного обучения на действительно больших объемах данных позволяет конструировать системы с обширными возможностями.
Один из примеров системы, которую можно сделать в рамках конкурса, – создать алгоритм, рекомендующий фильмы, музыку и литературу конкретному пользователю, на основе оценок, которые поставили другие пользователи этого сервиса. Алгоритм сравнивает их и делает предсказание, какую оценку фильму поставил бы этот пользователь, если бы его посмотрел. Алгоритм может использовать информацию с популярных сайтов, таких как Кинопоиск, IMDB, litres или Википедия.
4. Генетика, персонализированная и прогностическая медицина
Каждый из нас уникален. Эту уникальность в человека закладывает в том числе его геном, который во многом определяет предрасположенность к тем или иным болезням, образу жизни и питания, возможным физическим нагрузкам. Вот почему усредненное лечение часто не дает желаемого результата – мы слишком индивидуальны и каждому требуется персональный подход.
По мнению специалистов, будущее медицины в персонализации, когда каждому пациенту будет предложено наиболее подходящее лекарство в оптимальной для него дозе, а в перспективе специалисты создают индивидуальный препарат, редактируют геном, выращивают новые не отторгаемые органы из клеток пациента на замену вышедшим из строя.
Не менее важны и прикладные аспекты проблемы – устройства для ранней диагностики заболеваний и мониторинга биометрических параметров.
Участникам конкурса по этому направлению предлагается исследовать биологическую активность организма. Примером школьного проекта может быть исследование концентрации в слюне различных ферментов, соотнесение результатов эксперимента с физиологическими данными участников эксперимента, полученными в ходе анкетирования участников, и интерпретация полученных данных.
5. Когнитивные исследования
Когнитивная наука — междисциплинарное научное направление, объединяющее усилия исследователей из таких областей, как нейрофизиология, психология, лингвистика, социология, философия, теория искусственного интеллекта и других.
Многогранность когнитивной науки объясняется сложностью объектов ее исследований — человека, его мозга и процессов, которые в нем происходят. Для изучения этих непростых объектов в современной когнитивной науке применяются психофизиологические и психометрические методы. Исследователей-когнитивистов интересуют такие процессы, как восприятие, внимание, память, речь, обучение и другие. К наиболее актуальным задачам когнитивной науки относятся изучение когнитивных способностей человека в разном возрасте и в разных условиях, возможности по развитию и тренировке когнитивных способностей, создание интерфейсов мозг-компьютер и так далее.
В рамках конкурса школьники могут принять участие, например, в разработке надежных тестов для измерения когнитивных способностей или анализе психоэмоциональных состояний человека при решении различных задач.
6. Космические технологии
Современная космонавтика решает в основном прикладные задачи: фотографирует Землю из космоса, обеспечивает навигацию и связь. Однако и романтика освоения других планет, на время отошедшая на второй план, сегодня вновь будоражит умы и становится мощным трендом, объединяющим человечество.
Пилотируемые экспедиции на Луну и на Марс – дела уже ближайшего будущего. Космос становится все ближе к нам благодаря уникальным исследованиям и новым технологиям. Огромное количество исследователей и инженеров работают над созданием новых материалов для космоса, производством компонентов спутников на орбите, разрабатывают интеллектуальные алгоритмы управления группами космических аппаратов и их автоматического обслуживания, ищут методы борьбы с космическим мусором, предлагают новые сервисы на основе результатов космической деятельности – космических снимков, навигации и связи.
Что же могут сделать школьники в этой высокотехнологичной области? На самом деле многое. Создать небольшую спутниковую систему сегодня довольно просто. Школьники и студенты по всему миру запускают собственные спутники-кубсаты, принимают сигналы из космоса, делают приложения, анализирующие реальные космические снимки, и многое другое.
Отдельным ресурсом для школьных проектов может стать Международная космическая станция, которая регулярно принимает эксперименты от научных и образовательных организаций. На Земле школьники планируют научное исследование, оборудование для которого доставляется на орбиту с одним из грузовых кораблей. Проводят эксперимент уже космонавты.
В рамках конкурса школьники могут создать и испытать собственный реактивный двигатель для маневрирования малого космического аппарата (кубсата). Такой двигатель способен работать по разным принципам, а программное управление уровнем тяги позволит точно ориентировать аппарат в пространстве и поддерживать его орбиту. Для конструирования и наземных испытаний опытных образцов применяют конструкторы спутников и простейшие стенды.
7. Нанотехнологии
Нанотехнологии представляют собой совокупность химических, физических или искусственных биологических процессов, позволяющих контролируемо работать с нанообъектами, формирующими различные материалы, устройства или технические системы.
Особенностью нанотехнологий является широкое использование процессов самоорганизации, самосборки и темплатного синтеза, которые могут в сложно организованной системе привести к формированию необходимых упорядоченных структур (наноструктур), проявляющих требуемые практически важные (функциональные) свойства.
Развитие промышленных технологий, микроскопии, работа с материалами на атомарном уровне не только рождают новые возможности, но и ставят человечество перед новыми вызовами. Знаковым событием в этой области можно считать выступление нобелевского лауреата Ричарда Фейнмана «Внизу полным-полно места», описавшего перспективы развития материаловедения и нанотехнологий.
Несмотря на то, что для решения большинства задач необходимо дорогое и сложное оборудование, очень многие вещи можно сделать и с использованием бытовых объектов. Андрей Гейм и Константин Новоселов, например, были награждены в 2010 году Нобелевской премией по физике за открытие графена и его получение с полоски обычного скотча, к которой был приклеен графит: при отрывании скотча на нем остался моноатомный слой графита – графен.
Также в рамках конкурса школьники могут сравнить разные виды солнечных батарей, элементов или других источников альтернативной энергии.
8. Нейротехнологии и природоподобные технологии
В последние годы ученые все чаще обращаются за вдохновением к природе. Их мотивы понятны: природа отлаживала жизненно важные процессы в течение десятков тысяч лет. Можно у неё поучиться, чтобы сделать нашу жизнь комфортнее и безопаснее.
Биомиметика – это наука о структуре и функциях биологических систем как моделях для разработки и создания материалов и механизмов. Сейчас, с развитием нанотехнологий, она получила мощный импульс. Появились бионические роботы – механизмы, созданные на основе идей, подсмотренных в природе, либо внешне напоминающие живых существ (зооморфы).
Нейроинтерфейс, в широком смысле слова, это система, осуществляющая взаимодействие между мозгом человека и машиной, что позволяет производить обмен информацией. В современном мире используются однонаправленные нейроинтерфейсы, когда человек посылает сигналы и команды для компьютера. А вот, двунаправленные интерфейсы, позволяющие осуществлять обоюдное взаимодействие – пока дело будущего, хоть и ближайшего.
Один из примеров проекта, который школьники могут вести в рамках конкурса, – создание устройства для отслеживания психофизического состояния человека по движению его зрачков. Для такого устройства понадобятся: камера, разработка корпуса и метода обработки информации. Областью применения установки могут стать профессии с высоким уровнем психофизического напряжения, исследовательские центры, медицинская диагностика.
9. Новые материалы
Создание новых материалов определяет прогресс человеческой цивилизации на протяжении многих тысячелетий. Вся история человечества связана с разработкой и открытием новых материалов: каменный век, бронзовый век, железный век, век полимеров и наноматериалов. Но только с развитием фундаментальных наук и экспериментальной техники материаловедение из искусства превратилось в науку, значение которой возрастает с огромной скоростью. Изменения укладов жизни человечества связаны с открытием и освоением производства новых материалов.
Материалы – это ступени развития нашей цивилизации, а новые материалы – это трамплин для прыжка в будущее.
Разработка новых материалов одно из важнейших направлений, определяющих развитие всех отраслей промышленности, медицины и сферы услуг.
Уже в ранние исторические эпохи — в каменном, бронзовом и железном веках — появление новых материалов позволяло расширить пределы человеческих возможностей. В 21-м веке требования, возникающие к материалам в передовых отраслях промышленности, в таких, как аэрокосмическая, автомобильная, электронная, требуют все новых и новых материалов.
Одним из направлений, которому во всех промышленно развитых странах уделяется особое внимание, являются "умные” материалы, из которых изготавливаются конструкции с адаптивно изменяющимися свойствами. Разрабатываются “умные” обшивки корпусов морских судов, самоупрочняющихся лопастей вертолетов, звукопоглощающих промышленных конструкций.
Способность получать вещества и материалы с заданными свойствами — это неотъемлемое условие развития человечества. Когда у природы не хватает «фантазии» сделать продукт с нужными качествами, человеку приходится создавать его искусственно. И эти материалы и технологии их получения предстоит разрабатывать вам в недалеком будущем.
10. Освоение Арктики и Мирового океана
Мировой океан – это непрерывная водная оболочка, которая составляет 94% от всей воды на поверхности нашей планеты. Остальные 6% – это воды суши, но и они связаны с Мировым океаном через круговорот молекул.
Мировой океан занимает 71% поверхности Земли. Конечно, от состояния этой огромной территории зависит благополучие всей планеты. На всех этапах развития человеческой цивилизации Мировой океан был одним из важнейших источников поддержания жизни на Земле. Хорошо известен его вклад в стабилизацию климата, круговорот веществ, обеспечение кислородом, поддержание биоразнообразия.
В обозримом будущем Мировой океан может стать основным источником ресурсов, включая энергетические, а также средой постоянного обитания части человечества.
Основной путь решения проблемы использования Мирового Океана – рациональное природопользование, сбалансированный, комплексный подход к его богатствам, основанный на объединении усилий всего мирового сообщества. Спектр вызовов, для обеспечения такого подхода, обширен:
— безопасное судоходство, включающее цифровую навигацию (E-navigation) и связь;
— инновационное судостроение;
— освоение подводных ресурсов: картирование рельефа морского дна для упрощения морской геологоразведки, разработка подводной робототехники, подводная связь;
— экологический мониторинг поверхности Мирового океана;
— аквакультура, эффективное рыбоводство и рыболовство.
По этим разделам школьникам предложены проекты, в результате выполнения которых, будут найдены новые решения актуальных проблем освоения Мирового океана.
11. Современная энергетика
Энергия это то, без чего не может существовать наша цивилизация. Растущее население Земли, новые высокотехнологичные производства, «оцифровывание» человечества требуют все больше и больше источников энергии. Это не только традиционная энергетика, но и современная низкоуглеродная генерация, к которой можно отнести атомную, солнечную, ветровую энергетику. Важным направлением развития отрасли является аккумулирование энергии для ее дальнейшего использования как стационарными, так и мобильными потребителями. Кроме того, в настоящее время происходит активное внедрение цифровых технологий в энергетическую отрасль. Создание цифровых двойников, систем управления, основанных на новой элементной базе и принципах работы, позволит значительно повысить конкурентоспособность и увеличить темпы развития современной российской энергетики. Не надо также забывать, что энергетика должна быть экономичной, доступной в любом уголке планеты и безопасной для окружающей среды. В рамках направления участникам предстоит исследовать работу различных источников энергии, создавать прототипы генераторов, работать с новыми материалами, конструировать накопители энергии, программировать системы управления энергетическими сетями.
