В России разрабатывается прибор, с помощью которого можно будет расшифровать геном

Генные горки: за счет чего расшифровка генома подешевела в три миллиона раз за 10 лет

История первых массовых технологий секвенирования ДНК.

Расшифровка человеческого генома — один из самых масштабных и амбициозных проектов в истории науки, — была закончена в 2003 году. На реализацию проекта «Геном человека», по самым скромным оценкам, было потрачено более $3 миллиардов.

Уже через 10 лет, в 2013 году, калифорнийский стартап 23andMe начал продажу генетических тестов по цене $99 за штуку. Всего за 10 лет процедура расшифровки генома перекочевала из дорогих и огромных лабораторий в коммерческие предприятия и стала доступной представителю среднего класса. Такого быстрого скачка не знала, пожалуй, ни одна другая технология в мире — даже компьютерные процессоры дешевеют медленнее, чем тесты ДНК.

В генетическом алфавите всего четыре буквы — А, Ц, Г и Т. Каждой букве соответствует свое основание в молекуле ДНК — ими зашифрована вся информация об организме. В генетической «книге» каждого человека более трех миллиардов букв (для сравнения, количество символов в «Войне и Мире» не дотягивает до трех миллионов).

Прочитать 10 миллионов томов «Войны и мира», каждый из которых на порядок меньше толщины человеческого волоса, — задача сама по себе нетривиальная. За последние десятки лет ученым удалось усовершенствовать методы расшифровки генома настолько, что сегодня этим занимаются автоматические лаборатории без участия человека.

Начиналось все с метода Сэнгера, изобретенного в 1970-е годы. В сильно упрощенном виде он выглядит так: сначала необходимый участок ДНК многократно размножают с помощью химической реакции, затем делят на случайные куски и окрашивают гены светящимися веществами-маркерами, после чего считывают лазером их последовательность. Полученные повторяющиеся куски «текста» генома анализируются компьютерным алгоритмом — он ищет совпадающие места и «сшивает» буквы, воссоздавая их изначальную последовательность.

Метод Сэнгера до сих пор считается одним из самых надежных, но для коммерческого использования он слишком дорогой и громоздкий. В 2004 году американское правительство запустило программу «$1000 за геном»: почти сто исследовательских групп получили гранты общей суммой в $230 миллионов. Все деньги пошли на разработку новых методов расшифровки ДНК.

Задача решилась за 10 лет — к 2014 году стоимость полной расшифровки генома человека действительно упала до тысячи долларов, то есть на 6 порядков. С коммерческой точки зрения самым успешным оказался метод ДНК-микрочипов.

Микрочип представляет собой твердую полупроводниковую подложку с прикрепленными к ней микроскопическими фрагментами ДНК, которые называются зондами. ДНК-зонды помечены светящимися маркерами, и каждый из них служит для определения одной последовательности нуклеотидов. Метод напоминает перевод книжки на незнакомом языке со словарем, когда приходится искать уже знакомые последовательности символов («слова»), с той лишь разницей, что микрочип позволяет все делать быстро и автоматически.

Именно ДНК-микрочипы стали технологической основой бизнеса компании 23andMe и многих других подобных коммерческих предприятий. Хотя список прорывных методов этим далеко не исчерпывается — например, большой вклад в дело расшифровки геномов новых видов внес метод пиросеквенирования.

У человека с бананом 30-40% общих генов. У человека с шимпанзе — 95-98%. Двое людей из разных популяций совпадают генетически на 99,9%. Несмотря на внешние различия, мы все очень похожи.

Представьте, что есть два издания «Войны и мира» и точно известно, что они отличаются примерно на 3 тысячи опечаток. Если нужно отыскать их все, то придется проверить весь текст. Однако если интересны только какие-то конкретные опечатки (например, слово «волна» вместо «война»), то можно взять оригинальный текст «Войны и мира» и найти все места, где нужное слово встречается.

В случае генома таким «оригинальным» текстом, по которому можно проверять остальные, выступает так называемый референсный геном или «золотой стандарт». Его первый вариант был результатом завершения программы «Геном человека». С тех пор он постоянно уточняется — на сегодняшний день полностью прочитаны геномы примерно 250 тысяч людей, а в референсном геноме насчитывается всего около 200 пропусков.

В большинстве случаев, когда человек хочет сделать тест, достаточно посмотреть только те участки ДНК, о которых точно известно, что в рамках одной популяции они более или менее часто (хотя бы у 1%) отличаются. Такие участки называют снипами (или полиморфизмами) — и именно они ответственны за наследственные различия внутри одного вида.

Данные о снипах набираются из статистики. Причем, чем больше статистика (включающая не только ДНК, но и актуальные данные о пациентах — болезни, привычки, склонности и так далее), тем точнее и достовернее информация о снипах.

В 2000 году жена основателя Google Сергея Брина Энн Войжицки — по образованию биолог, по профессии инвестор, — загорелась идеей создать проект, который мог бы помочь собрать ДНК всего населения планеты. Ну, или по крайней мере позволил бы стремиться к этой цели.

Так родилась компания 23andMe — самый успешный на сегодняшний день коммерческий сервис по расшифровке генома. Первым инвестором компании стал Сергей Брин, вложивший в бизнес жены $4 млн. В 2007 году компания впервые вышла на рынок с тестами по цене $999. Фирма предлагала проверить около полумиллиона снипов и узнать много нового о своем организме — от склонности к героиновой зависимости до консистенции ушной серы.

В 2013 году в проект инвестировал $50 млн Юрий Мильнер, и 23andMe удалось снизить цену тестов до $99. Когда расшифровка генома стала стоить как семейный ужин в ресторане, число клиентов компании начало исчисляться сотнями тысяч. Для проведения теста не нужно даже выходить из дома — пробирка с консервантом приходит клиенту по почте. В емкость нужно старательно поплевать, запечатать и отправить обратно. Через месяц результаты ждут на сайте.

Большая база клиентов 23andMe стала хорошим способом привлечения еще большего числа покупателей тестов. Так компания создала что-то вроде закрытой генетической социальной сети.

Часть теста 23andMe (ее можно заказать и отдельно) посвящена генетическому родству. Она включает анализ не только ядерной ДНК клеток, но и ДНК митохондрий — это внутриклеточные образования, доставшиеся людям еще во времена одноклеточных предков.

Тест предлагает узнать о принадлежности к какой-либо народности, процент родства с другими людьми и даже долю ДНК, который достался вам от неандертальцев. У европейских народов доля ДНК неадертальцев в среднем составляет около 2% (есть гипотеза, что именно ей люди обязаны светлым цветом кожи), у чистокровных африканцев ее нет вовсе, а у азиатов, помимо неандертальской, есть еще примесь загадочных денисовцев, про которых пока мало что известно.

Дав согласие на обработку своей информации, в базе компании можно найти информацию о ближайших генетических родственниках. К примеру, если прабабушка клиента была из Финляндии, то с некоторой вероятностью в базе 23andMe он найдёт в этой стране своих четвероюродных братьев или сестер (степень генетического родства с ними будет более 1%).

Если в семье, например, есть легенда про французского предка из 19 века, то и это можно проверить. В этом случае генетических родственников скорее всего найдется даже больше, но степень родства с ними будет меньше.

Сегодня 23andMe на международном рынке предлагает только тесты на родство — именно они пользуются самой большой популярностью. В США и некоторых европейских странах можно также сделать тест на здоровье, в который входит проверка более полумиллиона различных снипов. Хотя, по мнению докторов и американских чиновников от медицины, польза от этого теста сомнительна.

В 2013 году немецкому программисту Лукасу Хартману пришел результат теста 23andMe, в котором у него была выявлена конечностно-поясная мышечная дистрофия — редкое заболевание, которое приводит к параличу. Оправившись от шока, Хартман начал искать у себя симптомы болезни и не нашел ни одного. В ходе разбирательства стало ясно, что в компании ошиблись с анализом данных.

Этот случай объясняет, почему в профессиональном сообществе генетиков сложилось противоречивое отношение к 23andMe. Если одни ученые и медики поддерживают амбициозную цель проекта собрать генетическую информацию миллионов, то другие акцентируют внимание на том, что тесты дают людям ложное представление о генетике. Скепсис существует в отношении именно медицинской части теста — она предоставляет информацию, которая с клинической точки зрения почти ничего не значит, при этом клиенты часто принимают ее чуть ли не за заключение врача.

Простой пример: из результатов генетического теста можно узнать, что риск заболеть диабетом на 5% выше, чем в среднем по популяции. Эта информация с врачебной точки зрения ничего не значит. Единственный совет специалиста, который можно получить в данной ситуации, — что следует здорово питаться и вести активный образ жизни.

Такие вещи, как многофакторность заболевания, недостаток информации о прямой связи между тем или иным геном и болезнью, отсутствие комплексного анализа, сильно снижают полезность медицинских генетических тестов.

Практика показывает, что два анализа, сделанные в разных лабораториях, вполне могут выдать противоположные результаты по тем или иным болезням. Поэтому специалисты советуют подобные исследования проводить только по направлению доктора, а интерпретацию результатов доверять врачам-генетикам.

В 2013 году Управление по продуктам и лекарствам США (FDA) начало воевать с сервисом 23andMe. В FDA хотели, чтобы компания либо перестала позиционировать свои услуги как медицинские, либо привела свою методологическую базу в соответствие со строгими американскими требованиями к медицинским тестам.

Спор между 23andMe и регулятором сразу же приобрел мировоззренческий контекст — можно ли давать пациентам доступ к своей генетической информации, не опасаясь того, что они ей неправильно воспользуются? Или стоит оградить людей от знаний, которые они не в состоянии правильно интерпретировать, чтобы те не занимались опасным самолечением?

Хотя за компанию вступились ученые-генетики, в 23andMe в итоге решили отказаться от медицинских рекомендаций и предоставлять американцам только «голые» данные по снипам. В 2017 году сервису все же разрешили подробнее сообщать о 10 наиболее значимых болезнях, а также проверять мутации генов, способных повлиять на потомство.

Исключение сделано для жителей Канады, Великобритании, Ирландии, Нидерландов, Дании, Швеции и Финляндии. Для жителей остальных стран и вовсе доступен только тест по родству.

Российское законодательство делает для наших граждан пользование услугами 23andMe весьма затруднительным. Дело в том, что закон запрещает россиянам пересылать за границу «генетический материал» — никто, правда, точно не может сказать, попадает ли под запрет пробирка со слюной, но 23andMe на всякий случай посылки в РФ не отправляет.

Можно сделать отправление из другой европейской страны. Но, пожалуй, удобней всего воспользоваться сервисом, предоставляющим виртуальный почтовый адрес в США (самый популярный — Shipito.com). Так вы сможете купить тест по американской цене (она ниже, чем в Европе), а также заказать не только тест по родству, но и по здоровью. Здесь есть подробная инструкция, как это сделать, а задать вопрос можно в группе во «ВКонтакте» — отвечают там редко, но по делу.

Еще проще воспользоваться аналогичным отечественным сервисом и заказать ДНК-тест в России. Но заплатить придется больше.

Российская компания Genotek предлагает полную расшифровку генома за 375 тысяч рублей, что заметно больше американской тысячи долларов. Стоимость тестов Genotek для определения родства, а также наборы по разным категориям здоровья выйдет в 20 тысяч рублей каждый.

В компании «Атлас» комплексное исследование по родству и здоровью обойдется в 30 тысяч рублей. Компания «Мой Ген» — первопроходец российского рынка — также предлагает комплексное исследование за 30 тысяч рублей.

Зато можно представить, что будет с рынком в целом. Цена тестов будет снижаться и дальше, хотя темпы снижения уже не будут такими впечатляющими. Качество тестов будет расти, как и качество анализа данных. Причем не только из-за развития технологий, но во многом благодаря набору статистики.

Довольно скоро генетические данные будут в медицинской карте большинства людей наравне со всеми остальными. В России уже постепенно вводят в обращение электронные медкарты, что облегчит доступ к генетической информации для врачей.

Дело за спонсором. 16-летний школьник изобрел бюджетный гаджет для слепых

Очки и насадки на обувь для людей с ослабленным зрением разработал 16-летний школьник из Волгодонска.

Доступный гаджет

– Мне интересно кому-то помогать и делать что-то полезное. Когда я стал изучать проблемы слепых людей, выяснилось, что кроме белой тросточки для них придумано много других устройств. Но они либо дорогие, либо дефицитные. Вот я и решил создать бюджетную модель, – рассказывает Валера Ильин, как рождался его комплекс устройств «Bat-1». – Произвёл расчёт, учитывая максимум затрат. Получилось, что выпуск одного устройства обойдётся в 3102 рубля.

Насадка на обувь представляет собой ободок-липучку, внутри которого – ультразвуковые датчики и вибромоторы. Первые «замечают» препятствие, вторые – «сообщают» о нём человеку минимум за 60 сантиметров от объекта.

– Чем ближе расстояние, тем сильнее вибросигнал, – уточнил изобретатель. Очки работают по такой же схеме – за счёт вмонтированных в них датчиков и микроконтроллера, которые анализирует информацию о любых препятствиях. Очки и насадки можно использовать как вместе, так и отдельно, дома и на улице. Но самое главное достоинство комплекса – его приемлемая цена. Если пользоваться другими комплектующими, выйдет гораздо дороже.

По словам Валерия, сейчас идёт доработка устройства, проведён патентный поиск. Производители пока мало интересуются изобретением, и не ясно, когда выпуск этого социально значимого проекта удастся поставить на поток. А вот несколько местных жителей уже заказали школьнику такие очки и насадки на обувь. Слепой музыкант Евгений Пащенко по рекомендации городского общества слепых даже испытал изобретение школьника и остался доволен.

Шаг в будущее

Валера Ильин – ученик 11-го класса волгодонского естественно-математического лицея №16. С третьего класса увлекается информатикой и информационно-коммуникационными технологиями. Освоил несколько языков программирования, серьёзно занимается трёхмерным моделированием, создаёт приложения для мобильных устройств. Отлично учится, участвует в предметных олимпиадах школьников, победитель и призёр областных, всероссийских и международных конференций, дважды лауреат премии Президента России.

Изобретать по-настоящему парнишка начал в 2009 году, после участия во всероссийской олимпиаде «Созвездие», где стал победителем. Сейчас он продолжаетзаниматься на волгодонской Станции юных техников у педагога дополнительного образования Ирины Жуковой и кандидата технических наук, доцента волгодонского филиала МИФИ Михаила Винниченко. За два с половиной года придумано и создано уже шесть полезных устройств. До насадок и очков, например, был робот «умная урна». А мастерить Валере приходится не только на СЮТ, но и дома – процесс изготовления какой-нибудь детали занимает порой пять-шесть часов.

Труды Валерия получили признание на престижных конкурсах школьников: дважды он был отмечен стипендией программы и специальным призом «Золотая компьютерная мышь» от МТГУ МИРЭА, также стал победителем в специальной номинации Intel.

Гаждет Валеры Ильина для слабовидящих получил высокую оценку в Москве, на недавней конференции в МГТУ им. Баумана «Шаг в будущее». Там волгодонский школьник получил диплом второй степени за защиту изобретения на английском языке и первой степени – в номинации «Нобелевский приз». Победа ещё на шаг приблизила юного изобретателя из Ростовской области к заветной мечте – стать студентом Бауманки и получить диплом айтишника.

Как красноярский школьник придумал электронную трость-поводырь

Восьмиклассник Данил Люминарский учится в специализированном инженерно-технологическом классе изобретающей школы. Несколько раз в неделю у него по 11 уроков в день, большая часть из которых — физика и математика.

С девяти лет он занимается изобретениями и разбирается в инженерных тонкостях настолько, что даже преподаватели иногда задумываются, могут ли еще быть полезны в его разработках.

«Добрый день. Данил, у меня внучка совсем слепая. Прочитал про твою трость-поводырь и, конечно, захотел опробовать ее на внучке. Если есть такая возможность, сообщи, пожалуйста», — э то и другие сообщения висят на страничках Данила в социальных сетях.

Письма приходят и на адрес школы, где учится мальчик.

Восьмиклассник изобрел электронный аналог собаки-поводыря для слепых и слабовидящих людей.

Я начал думать, как упростить слепым жизнь

— Данил, расскажи, что за электронная собака-поводырь и как она работает?

— Я вмонтировал в обычную трость пульт управления, навигатор и парктроник, затем разработал программу, в которой объединены GPS, карты местности, модули голосового ввода данных и коррекции маршрута человека, которая устанавливается на телефон.

Электронный поводырь работает так: при включении GPS автоматически определяет место нахождения, затем человек называет адрес, куда ему нужно добраться, система обрабатывает звуковой сигнал и самостоятельно прокладывает маршрут. Устройство не просто озвучивает направление, говоря пользователю «Идите прямо», «Поверните налево», но и предупреждает о возможных препятствиях, например о бордюрах или лестницах.

Аппарат издает вибрацию, которая нарастает по мере приближения к опасному месту. Трость можно запрограммировать под пользователя и сохранить необходимые маршруты. В принципе, это электронный аналог собаки-поводыря, которая надрессирована сопровождать слепого человека.

— Откуда возникла идея устройства для людей с ограниченными возможностями?

— Я же живу в городе, гуляю по улицам и вижу слепых людей, которым сложно передвигаться в пространстве. Они спрашивают дорогу у прохожих, часто дезориентируются на местности. Государство для таких людей мало что делает. Светофоры звуковые предусмотрены, больше ничего. И я начал думать, как можно упростить им жизнь.

Оказалось, что живые собаки-поводыри — большая редкость. Их вообще порой только в кино показывают. Использовать живую собаку-поводыря начали еще после Первой мировой войны. Больше ничего нового в этой области придумано не было.

Чтобы воспитать одну собаку, нужно около 8 месяцев и примерно 250 000 рублей. Занимаются дрессировкой только в двух центрах в России.

И я подумал, а почему бы не вмонтировать в трость все те функции, которыми обладает живой пес, ведущий слепого человека по улице. И у меня получилось. Ориентировочная стоимость моего устройства на сегодняшний день 10 000 рублей. В будущем я планирую удешевить его до 5 000 — 6 000 рублей, чтобы оно было доступно каждому желающему.

С такой тростью слепой и в пещеру бы пошел

— А помнишь, как это произошло, сколько времени прошло от идеи до воплощения, к кому ты обратился, кто тебе помог?

— Два года назад, в шестом классе, у нас был урок «Технология». И нам дали задание придумать проект, необычный, которого еще не было. А у меня в голове уже витала мысль про «электронную собаку». Я ее озвучил. Учитель поддержал, и мы сделали презентацию проекта на компьютере. Съездили с ней на несколько выставок, и все, он у меня лежал. Я думал про него, конечно, периодически возвращался, что-то домысливал, но всерьез браться было некогда.

В прошлом году на занятии по робототехнике, где мы из блоков «Лего» конструируем различные механизмы, я взял один такой блок и с помощью преподавателя написал на компьютере программу своего устройства. Мы подали заявку в Краевой фонд поддержки науки. Проект профинансировали, и мы смогли воплотить его в жизнь.

Почти сразу я понял, что он требует доработки, так всегда бывает в процессе, чем дальше, тем больше понимаешь, чего не хватает, что нужно изменить. И уже в этом году мы опять подали заявку на усовершенствование проекта, надеемся, что нам опять помогут с деньгами.

Кроме того, что я хочу удешевить устройство, планирую сделать его уже не из «Лего», чтобы оно было легче, пока сам блок и датчики смотрятся довольно громоздко. Саму трость планирую сделать телескопической, с возможностью настройки под разный размер, рост-то у людей разный.

— А ты испытывал поводыря на слепых людях, ведь только они могут достоверно сказать, удобен он в использовании или нет?

— Да, его пробовал в действии слепой мужчина. Он передвигался с ним в незнакомой местности. Именно он и заметил, что трость должна меняться по размеру. По его словам, с таким устройством он бы и в пещеру один пошел — он занимается спелеологией. Готов приобрести, как только я его доработаю. Мне и в соцсети люди пишут, и в школу приходят письма от слепых и их близких. Оказалось, что это нужно людям.

— Ты наверняка узнавал, есть ли подобные устройства в России и в мире?

— В нашей стране ничего подобного в широком применении нет. В Америке есть, но немного другого плана. Там у них специальные датчики, в которые вшита программа, они надеваются на бейсболки. Но стоят такие датчики довольно дорого, особенно если нам отсюда заказывать. Да и зачем в Америке покупать, чтобы им выручку делать?! К тому же в бейсболке у нас зимой не походишь.

В школе меня ругают, а учитель информатики — защищает

— Изобретательство для тебя хобби или учеба, работа, что-то обязательное?

— Мне всегда нравилось собирать электронные устройства. Что-то спаять, схему самому собрать — это же так интересно. Началось все с младших классов. У нас в школе со второго класса ведется предмет «Теория решения изобретательских задач». Каждому ученику нужно придумать изобретение, над которым он будет работать.

И в 9 лет я придумал свой первый проект. Он касался сортировки мусора на основе спектрального анализа.

С помощью этого анализа мусор, будто по запаху, улавливается и механической рукой рассортировывается на стекло, пластик, бумагу, железо и так далее. Я ездил на самый крупный в Красноярске завод по переработке мусора, смотрел, как там все это дело работает. Вот, думаю, как сортировку неприятно делать: эти шприцы, тухлые помидоры друг от друга отделять.

С этим проектом я тоже выступал на конференциях, но особой популярности он не завоевал. Просто потому, что технически его еще несколько лет назад воплотить было невозможно — спектральный анализ стоил очень дорого. Но прошло пять лет, технологии очень сильно развились. Сейчас его в принципе можно попробовать реализовать.

Были у меня и несколько промежуточных проектов. Например, по ограждению кустов, по озеленению школы. Но плотно пока ими заниматься нет времени. Я пробовал не изобретать ничего. После проекта озеленения у меня был большой перерыв. Но в 6-м классе понял, что мне скучно без проектов. Это и хобби вроде бы, но и существовать без него невозможно.

— А родители тебя понимают, поддерживают или переживают, что ты тратишь на изобретения много времени?

— Мне повезло с родителями. Мы с ними на одном языке говорим. У меня мама работает в Институте молодых ученых, занимается изучением деревьев. Она помогала мне делать описание и презентации моих первых проектов. Мы с ней макеты рисовали, к презентациям готовились.

Папа помогает тем, что спонсирует мои поездки на конференции. Он, как и мама, физик, они вместе окончили институт физики. Но времени я, правда, много трачу на все это. И уроки пропускаю. Вот даже сегодня, чтобы с вами встретиться, два урока пропустил. Хотя и стараюсь после основных занятий в школе заниматься проектами. Электронного поводыря вот на каникулах делал. Все равно учителя, особенно гуманитарных предметов, очень недовольны. Но учитель информатики меня всегда защищает.

Многим взрослым не понятно даже, как мобильный телефон работает. Им сложно все это изучать и проще позвонить по обычному телефону, чем эсэмэску написать.

А мне, наоборот, понятнее и спокойнее, когда я с ноутбуком и с телефоном. Я знаю, как там устроены все процессы, как это работает, какие возможности дает. Мы с друзьями вообще редко звоним друг другу, только когда писать сообщение совсем лень.

Надо искать и не бояться предлагать свое

— Насколько сложно сегодня заниматься разработкой чего-то нового, что для этого нужно?

— Главное — идея и хороший наставник. А придумывать с каждым годом все сложнее. Еще 5 лет назад можно было легко выдумать оригинальный проект. Сейчас уже столько всего придумано. Надо искать, учиться нестандартно мыслить, прислушиваться к себе и не бояться предлагать что-то свое.

— А ты не думал, что из-за твоих разработок люди (да и собаки) могут потерять работу, их заменят механизмы и устройства?

— На 100 процентов собак заменить невозможно. Моя разработка — это все-таки робот, а собака для слепого — еще и друг. Что касается технологии по переработке мусора, то люди там все же будут нужны, за этими устройствами придется следить. Хотя новые разработки действительно подразумевают все меньшее присутствие человека. И от этого никуда не деться.

— Чем собираешься заняться в будущем?

— После школы хочу поступить в Аэрокосмический институт на инженера. Планирую довести до конца проект с электронным поводырем, запатентовать и выпустить его в продажу. Попробую восстановить старый проект по переработке мусора. В любом случае, в будущем хочу работать руками и головой.

С бумажками в офисе ни за что сидеть не буду, это ужасно скучная работа. Не хочу ненавидеть свою работу. Офисы вообще скоро не нужны будут, все люди станут придумывать и воплощать идеи с помощью современных устройств. Уже сейчас телефона достаточно, чтобы разработать какой-то простейший проект.

— Мне казалось, что твои сверстники только в соцсетях зависают, но тебя вот еле выловила во «ВКонтакте». Почему?

— Я редко там бываю, сети — вообще только лишь удобный способ поделиться фотками, с друзьями договориться о встрече. Я живое общение больше люблю. Мы с бабушкой и дедушкой в походы ходим, я по две недели вообще без всяких гаджетов живу и не скучаю.

— А как ты отдыхаешь? Погулять, в интернете позависать, просто телек посмотреть есть время?

— Гуляю с друзьями, занимаюсь экстремальными видами спорта: воркаутом — это такие трюки на турниках. На выходных люблю погулять, в кино сходить. Но редко сейчас получается. Сейчас у меня инженерный класс, и домой я прихожу в шесть часов.

Дети предлагают фантастические идеи, потому что инерции мышления у них пока нет

Семен Дубоделов, учитель информатики школы № 22, Красноярск

— Я услышал о проекте Данила, когда он над ним уже работал. Подумал, что моих технических знаний вроде бы хватает, чтобы помочь ему собрать прибор, и предложил свою помощь. Подсказал буквально несколько вещей, где-то что-то соединить и помог программу написать, остальное он все сам делал.

Считаю, что ценность идеи Данила гораздо выше, чем самого устройства. Без идеи устройства просто бы не было. На занятиях по робототехнике собрать такое устройство для человека, который полгода занимается, не составит особого труда. Технически это не сложно. Но я три года занимаюсь с детьми робототехникой, а такой проект ни в чьих головах не родился.

У взрослых есть такое понятие, как инерция мышления, мы привыкли мыслить по инерции в определенную сторону, в определенной области.

А у детей еще только формируется их мышление, мнение, мировоззрение. У них эта инерция не настолько развита, они могут быстро переключаться и предлагать какие-то фантастические идеи, на которые взрослый бы сказал: «Не-е-ет, это нереально».

А потом раз — и через несколько лет оказалось, что это уже где-то применяется. Такие случаи в нашей школе были. Ребята разрабатывали проекты, которые на тот момент технически воплотить в жизнь было нереально. А через какое-то время мы узнавали, что их уже где-то использовали. Например, несколько лет назад у нас был проект не замерзающих зимой фонтанов, на тот момент реализовать его мы не смогли. А позже я услышал, что такое сделали в Канаде.

Данил с педагогом Семеном Дубоделовым

И другие смелые идеи детей-изобретателей

Домофон-оповеститель

9-классник из Новороссийска Михаил Вульф после страшного наводнения в Крымске изобрел новый способ оповещения о чрезвычайной ситуации. Мальчик решил, что если встроить в домофоны небольшие приемники, то на них можно отправлять сигналы о чрезвычайных ситуациях. Предложением заинтересовалось МЧС и российские ученые.

Сохранение информации

10-классники Никита Чернядев, Илья Данилов и Антон Зарубин изобрели совершенно новый носитель информации . Это оргстекло, на котором лазером, выжигая структуры с зашифрованными двоичными комбинациями, наносят информацию. На 1 см² оргстекла поместится до 46,3 Гб информации, а на пластине размером с лист формата А4 — до 28 терабайт.

Беспилотник для армии

16-летний школьник из Ростова Владислав Кожухов создал беспилотник для Минобороны РФ . Изначально мальчик придумал «аппарат для наблюдения за лесным хозяйством», чтобы своевременно обнаружить пожары. Но прибор взяли на вооружение военные.

Искусственная рука

10-классник из Улан-Удэ Тумэн Шаракшанэ изобрел искусственную руку, которая выполняет восемь команд. Она может сжимать и разжимать пальцы и всю ладонь.

Фото автора, видео – ТРК-7 канал

Мальчишка с Луны

Матвей с девяти лет начал заниматься на станции юных техников Пятигорска. Это муниципальное учреждение дополнительного образования, в котором бесплатно посещают разные кружки почти четыреста детей из столицы СКФО и городов Кавказских Минеральных Вод. Вот и юный Матвей после уроков дважды в неделю едет из Железноводска, чтобы паять, клеить и программировать.

Последнее из его изобретений – трость, с помощью которой можно узнать расстояние до ближайших предметов. В основе лежит вспомогательная система бесконтактных датчиков “парктроник”. Она используется в автомобилях для облегчения парковки. Такая трость позволяет замечать препятствия без дополнительных постукиваний. Это изобретение Матвей Гузий представил в финале Всероссийского конкурса “Умник”.

Забавно, но два года назад мальчика не хотели брать в кружок, потому что занимаются там дети постарше – программа занятий рассчитана на школьников седьмых-11-х классов. Но затем пошли навстречу, сказали, что Матвей может пока писать, чертить и вникать в процесс. Долго вникать не пришлось.

– У него с малых лет появился интерес к технике, как она устроена, как работает, – рассказывает мама мальчика Светлана Гузий. – Заниматься в кружке он захотел сам, очень настойчиво просил, так что инициатива полностью от него исходила.
Трость Матвей придумал вместе со своим преподавателем Николаем Жуковым.

– Когда взялись за новый прибор, то решили сделать что-то социально важное и полезное для людей. Разговор зашел о тех, кто плохо видит – представили, как им трудно приходится на наших улицах со своими тросточками. Неожиданно вспомнили о парктронике: автомобиль ведь именно с помощью своего радара может маневрировать в ограниченном пространстве. И тогда Матвей предложил поместить электронные датчики в трость для слепых, – вспоминает Жуков. – Это сейчас экспериментальная модель, а в дальнейшем хотим поставить ультразвуковой датчик. Все-таки парктроник в открытом состоянии слишком подвержен атмосферным помехам.

Обучение на станции идет по принципу от простого к сложному, и постепенно ребята учатся программировать электронную плату, подключать к ней модули и часы, даже метеостанцию или что-то еще – вариантов множество.

– У нас ушло примерно недели две, четыре-пять занятий. Принцип работы ведь достаточно простой. Ультразвуковой датчик подает сигнал, который отражается от препятствия и возвращается назад. Расстояние при этом рассчитывается довольно точно. Работает все примерно как природная эхолокация летучих мышей. Определив расстояние до препятствия, трость подает звуковой сигнал, – обстоятельно рассказывает корреспонденту “РГ” о своем детище Матвей Гузий.

Для системы решено сделать наружный корпус: чтобы погодные условия не влияли на работу датчика. Есть идея встроить еще и GPS-навигатор. Можно будет забить туда несколько маршрутов и по нажатию кнопки выстраивать наиболее часто используемые. Навигатор, как в автомобиле, с помощью голоса будет подсказывать, сколько метров и в какую сторону идти. Кроме того, в рукоять трости Матвей придумал вставить еще и вибродвигатель – в этом случае сигнал прибора можно ощутить рукой, что очень важно на шумных городских улицах.

Процесс идет, понятно, не слишком стремительно, мешают самые разные факторы. К примеру, Матвей сначала хотел сделать временный корпус из фанеры, и его выбор пал на станок для 3D-печати. Однако на станции юного техника такого пока нет – бюджет муниципальной организации не позволяет приобрести дорогостоящий аппарат. Теперь придется обойтись своими силами.

С детства, по словам мамы, юный изобретатель на игрушки почти не обращал внимания – все больше брался за отвертки и плоскогубцы. Однажды к ним в гости собралась крестная из Москвы. Она спросила, что привезти. И к своему удивлению услышала от трехлетнего Матвея, что парнишка мечтает о настоящей шлифовальной. болгарке. А однажды в детском саду разобрал тумбочку, чтобы узнать ее устройство. Затем дошла очередь и до телефона.

При этом у Матвея есть другие интересы, помимо тяги к конструированию. У парня два велосипеда, на которых он любит кататься. Но и тут конструктор в нем перевешивает – в ближайшее время на одну из машин поставит бензиновый двигатель: комплект для усовершенствования байка уже заказан. Еще увлекается рыбалкой, весной хочет поехать в Астрахань, говорит, там клев лучше.

В школе отметки разные, мальчик бывает так увлечен своими занятиями, что немного отпускает ситуацию с уроками. Тогда родителям приходится вмешиваться.

– А на последний Новый год заказал целую паяльную станцию – довольно круп-ное приспособление. Теперь на занятия в кружок приходит со своим аппаратом, – улыбается его мама.

Матвей признался, что решил, куда будет поступать после школы: его выбор пал на МГТУ имени Баумана. Определено и будущее направление – “проектирование и производство ракет и ракетно-космических комплексов”. Говорит, именно выпускников вуза, имеющих такую специальность, берут на работу в Ракетно-космическую корпорацию “Энергия”, а оттуда – в отряд космонавтов.

Трость – далеко не первое, что Матвей собрал на занятиях в кружке. До этого был роботизированный автомобиль на основе платформы Arduino, а еще игра, в которой по сигналу нужно нажать на кнопку – кто первый нажмет, тот и победил.

Из ближайших планов – поездка в начале марта в Ставрополь на выставку “Таланты XXI века”. На ней Матвей собирается представить не только трость, но еще и градусник для слепых – над его созданием он сейчас усиленно трудится. Проект пока не реализован, поэтому еще предстоит разработать его концепцию.

– Несмотря на то что Матвей еще маленький – краевые конкурсы в основном идут от 14 или 16 лет, – его работы организаторы с удовольствием принимают в первую очередь из-за социальной составляющей. Трость, надеюсь, не последнее изобретение, – говорит директор станции юных техников Сергей Федорович.

Кстати, еще один ученик станции работает над интересным проектом – “Говорящая голова”. Сделана она будет из фанеры, но сервоприводы приведут ее в движение, а динамики позволят говорить. Главное – так запрограммировать технику, чтобы она еще и правильно двигалась. По словам Николая Жукова, ее можно будет использовать даже для чтения лекций, чтобы заинтересовать детей практически любой темой.

Алексей Пересада, заместитель директора станции юного техника Пятигорска:

– Мы делаем все возможное, чтобы начатый проект был доведен до конца. Такой подход учит детей добиваться результата, соблюдать дисциплину. Ребята выбирают идею, прорабатывают и реализуют, а потом обязательно представляют работы на конкурсы и выставки. Это, с одной стороны, дополнительное образование, которое помогает ребятам определиться с выбором профессии еще за школьной партой. Стараемся самых талантливых ребят “продержать” у себя хотя бы до 10-го или 11-го класса. К сожалению, на поступление в вузы достижения такие почти не влияют – добавляют всего несколько баллов к ЕГЭ. Хорошо, если бы при поступлении в технические вузы на лучших выпускников – таких же, как мы, станций юных техников – обращали особое внимание. А тех ребят, кто добился уже успехов на уровне России, может, принимали бы и без экзаменов. Ведь именно такие ребята, как наш Матвей Гузий, – надеюсь, у него большое конструкторское будущее, – со временем вырастут в Гагариных и Королевых.

Школьник из России создал прибор для слабовидящих

Алтайский школьник изобрел умную трость-поводырь для слабовидящих

Десятиклассник из Барнаула Константин Биковец создал умную трость для слабовидящих, с помощью которых человек с проблемным зрением может ориентироваться в пространстве. О своем изобретении он рассказал порталу “Гордость России”.

Молодец человек признался, что идею ему подкинули мама Татьяна Биковец, преподающая математику в школе, и доцент Алтайского государственного педагогического университета Алексей Ушаков. Они же стали научными руководителями проекта, работа над которым длилась два года.

Принцип работы умной трости основывается на ультразвуковом дальномере, который фиксирует приближение предметов и передает сигнал на смартфон. Тот в свою очередь направляет полученные данные на специальный наручный браслет, который синхронизируется с телефоном через Bluetooth. Браслет, оборудованный вибромоторами, оповещает хозяина о приближении предмета. Причем вибрация будет сильнее или слабее в зависимости от расстояния до объекта.

По словам Биковца, его изобретение уже было замечено на федеральном уровне — он занял с ним 4-е место на Всероссийском конкурсе научно-технических работ, который проводился Российским химико-технологическим университетом имени Д.И. Менделеева.

“К сожалению, мне не хватило одного балла до третьего призового места. Но и конкуренты были очень достойные — большинство изобретений имели патенты. Мое участие в этом конкурсе ценно тем, что я получил рекомендации по дальнейшему развитию моего изобретения. Опускать руки и останавливаться на достигнутом я не собираюсь, еще очень много работы”, – сказал школьник.

Он пояснил, что большой интерес вызвал используемый в устройстве способ передачи информации. Именно его он планирует в перспективе усовершенствовать.

“Я планирую доработать изобретение в части радиочастотной идентификации объектов. Иными словами, любой человек с тростью сможет определять предметы и передавать информацию на браслет. То есть будут закодированы определенные данные, вероятно, в виде какой-то азбуки. Представьте ситуацию, что человек идет по улице — как он узнает, что рядом с ним находится табличка Брайля? При помощи трости. Таким же способом можно будет определять любые предметы, например, телевизор, чайник, да что угодно!” — пообещал 16-летний Биковец. Кроме того, он думает дополнить изобретение отпугивателем для собак.

Школьник из Казани изобрел устройство для слепых и слабовидящих

Текст: Камилла Абашник · 28 мая 2018

Сколько раз тебе приходилось слышать, что молодое поколение потеряно и вообще непонятно, что будет с миром дальше? Наверняка такие «умники» уже очень надоели, им почти невозможно что-то доказать. Но мы же знаем, что у нас самая умная молодежь. Вот, например, Дмитрий Галимуллин, ученик девятого класса из Казани, изобрел устройство, которое поможет слепым ориентироваться в пространстве. Изобретение представляет собой «ультразвуковой глаз», он надевается на голову и сканирует окружающее пространство.

Как это работает?

Прибор посылает ультразвуковое излучение туда, куда направлено лицо человека. Волны отражаются от препятствия и попадают обратно на устройство, которое при этом начинает вибрировать. Чем ближе предмет, тем сильнее вибрация.

Есть ли аналоги у этого устройства?

Подобных устройств в мире пока нет. Существуют ультразвуковые трости и фонарики, но они находят препятствия только на уровне пояса. Изобретение Димы позволит оценивать все окружающее пространство.

А будет ли это удобно?

Как уточняет ИА «Татар-информ», поверх устройства можно будет надеть кепку или шапку, они не будут мешать работе устройства. Вполне возможно, что после усовершенствования прибора его вообще почти не будет видно.

Интерактивная версия журнала ElleGirl

Журнал ElleGirl

Твой любимый журнал в удобном формате

Журнал для девочек ElleGirl.ru – твой проводник в мир моды, красоты и драйва. Если тебя интересует актуальный гардероб, модный макияж, новости кино, шоу-бизнеса, жизнь звезд, личные отношения и их перспективы – твой виртуальный журнал для девочек всегда под рукой. Один клик и ты узнаешь, как будут развиваться отношения героев сериала, как выглядят в реальной жизни любимые актеры, где их можно увидеть в ближайшее время, какие молодежные мероприятия ждут тебя, как к ним подготовиться и многое другое. Чтобы быть в курсе модных событий достаточно читать самый модный журнал для девочек – ElleGirl.ru.

© 2020 ELLEGirl, Hearst Shkulev Publishing / OOO «Хёрст Шкулёв Паблишинг». Все права защищены.

Маленький гений: школьник из Ставропольского края конструирует приборы для слабовидящих и слепых

Новые технологии оказывают неоценимую помощь людям с ограниченными возможностями в самых разных сферах. Причем такая поддержка может проявляться в неожиданных формах, что подтвердил и 11-летний Матвей Гузий. Юный изобретатель предложил концепцию трости с ультразвуковыми датчиками. Причем он не только сформулировал идею в теории, но и реализовал ее на практике.

1. История маленького гения
2. Разработка концепции
3. Реализация проекта
4. Улучшение изобретения

История маленького гения

Матвей – талантливый мальчик из Железноводска (Ставропольский край), который с 9 лет посещает пятигорский клуб юных техников. После уроков два раза в неделю он отправляется туда заниматься любимым хобби – изобретательством. Примечательно, что ребята столь юного возраста не являются целевым сегментом учащихся клуба. Программа занятий ориентируется на старшеклассников, так как в процессе обучения им приходится осваивать весьма сложные дисциплины наподобие программирования. Тем не менее настойчивость Матвея взяла свое и преподаватели не смогли отказать ему в желании заниматься техникой на их учебной платформе.

Разработка концепции

В рамках кружка с мальчиком занимается Николай Жуков – один из преподавателей, также ведущих проекты ребят на разных стадиях. По мере обучения от простых вещей к более сложным Матвей со своим наставником рассматривал разные варианты практического применения знаний. В итоге победила концепция социально полезного прибора для незрячих людей. Идея обрела конкретные технические очертания достаточно быстро – решено было модернизировать стандартный инструмент слепых людей – трость. Принципиальным же отличием изобретения маленького гения являлось наличие специальных датчиков, которые бы посылали сигналы о приближении трости к ближайшим объектам. Как только инструмент переходит черту критического расстояния, сразу же раздается соответствующий звук.

Реализация проекта

На текущий момент о полном воплощении задуманного говорить рано, но основная функция индикации расстояния была обеспечена. Ее мальчик решил реализовать за счет автомобильного парктроника. В частности, используются ультразвуковые датчики расстояния, подающие сигналы разного тона в зависимости от дистанции до ближайшего объекта. Но на этом не все. Поскольку сенсоры чувствительны к погодным условиям, было решено также продумать специальный корпус для устройства. В идеале автор проекта хочет сделать уникальный защищенный блок на 3D-принтере, но пока ввиду финансовых ограничений приходится ограничиваться лишь кусками из фанеры.

Улучшение изобретения

Останавливаться на достигнутом даже в рамках уже найденного решения мальчик не хочет. Рассматривается идея будущего снабжения трости навигационным модулем GPS, который предоставит гораздо больше возможностей для безопасного маневрирования незрячим людям. Объединив несколько функциональных модулей в ультразвуковой трости, можно будет получить на выходе полноценный прибор-ассистент в формате «умного» поводыря. К акустическим и голосовым сигналам Матвей также рассчитывает добавить и вибродвигатель с целью расширения возможностей чувственного взаимодействия с гаджетами.

Ультразвуковая трость – это не единственное изобретение мальчика. Он также параллельно занимается градусником для незрячих людей. Участие в нескольких выставках для изобретателей подтверждает серьезность амбиций Матвея Гузия и свидетельствует о том, что уже в самом юном возрасте люди могут предлагать значимые для общества идеи и разработки. Конечно, на данный момент пока не идет речи о серийном производстве продуктов, созданных по проектам 11-летнего изобретателя из Железноводска. Однако в будущем, возможно, не только в России, но и по всему миру люди будут пользоваться техникой, придуманной Матвеем.

Российский школьник выиграл грант от Google за изобретение устройства, которое помогает глухим озвучивать свои мысли

Даниил Казанцев из Екатеринбурга выиграл грант от Google на обучение в размере 15 тысяч долларов. Он придумал устройство, которое помогает глухим и слабослышащим людям выражать свои мысли.

В финале конкурса Google Science Fair оказались 24 юных ученых из 14 стран мира.

Премию Lego Education Builder получил десятиклассник физико-математического класса лицея №12 Верх-Исетского района города Екатеринбурга Даниил Казанцев.

Придуманное им автономное устройство на самом простом уровне на данный момент заменяет сурдопереводчика, оно самостоятельно может интерпретировать пока что небольшой язык жестов.

С раннего детства Даниил увлекается электроникой, программированием и разработкой технических решений.

На мысль об изобретении Даниила натолкнула ситуация, когда органы опеки в одном из городов Свердловской области разлучили дочерей с матерью из-за того, что она с рождения страдала от нарушений слуха и не могла позаботиться о них без помощи сурдопереводчика.

После этого случая начинающий изобретатель всерьез озаботился проблемами людей с нарушениями слуха и решил создать устройство, способное эффективно интерпретировать язык жестов без помощи посторонних.

Он разработал методику определения положений руки в пространстве с помощью электромиографии. Созданное им устройство можно использовать с любым жестовым словарем, оно не требует специальной подготовки от пользователя.

По мнению Даниила, эта технология даст возможность высказаться каждому, кто нуждается в этом.

«Объявление победителей прошло в присутствии судей Google и партнеров: Lego Education, Scientific American, Virgin Galactic и National Geographic. Благодаря научной экспертизе жюри мы смогли выбрать следующее поколение ученых, которое будет решать важнейшие мировые проблемы, – рассказали организаторы конкурса. – За каждым талантливым школьником стоят его родители и учителя, которые оказывают поддержку и вдохновляют учиться дальше. Спасибо им за это. А всем участникам хотим сказать: ребята, вы крутые! Мы с нетерпением ждем ваших следующих изобретений».

Старт конкурса был объявлен прошлой осенью. Юным ученым организаторы предложили направить свое любопытство и изобретательность на решение проблемы, которой они увлечены больше всего. Из тысяч участников были выбраны 24 финалиста из 14 стран мира.

В финал вышли проекты, посвященные решению проблем экологии, здравоохранения, безопасности и доступной среды. Кроме того, организаторы познакомились с разработками на базе точных наук – от способа выявления заболеваний у растений с помощью искусственного интеллекта до новых методов диагностики болезней сердца.

Кроме екатеринбургского школьника, победителями в разных премиях стали:

• Гран-при: Фионн Феррейра из западной части графства Корк, Ирландия. Изобретение: удаление частиц микропластика из воды с помощью ферромагнитной жидкости;
• Премия Virgin Galactic Pioneer: Селестин Венарди из Индонезии. Изобретение: экономичное неинвазивное средство для отслеживания концентрации глюкозы в крови человека с помощью интерферометра и тепловой технологии;
• Премия Scientific American Innovator: Туан Дольмен из Турции. Изобретение: цифровой сельскохозяйственный модуль, позволяющий генерировать электроэнергию за счет использования колебания деревьев;
• Премия National Geographic Explorer: Аман К А и А У Начикет из Индии. Изобретение: экологичный коагулянт для натурального латекса.

Стоит отметить, что за плечами Даниила Казанцева из Екатеринбурга уже несколько побед.

Так, в мае этого года Казанцев стал лауреатом Second Grand Award в секции системного программирования на всемирной ярмарке научных достижений школьников Intel ISEF, которая завершилась в городе Финиксе (штат Аризона, США); в феврале 2019 года – завоевал специальный приз на юбилейном XV Балтийском научно-инженерном конкурсе в Санкт-Петербурге; ранее Даниил получил диплом I степени на Приволжском конкурсе научно-технических работ POCT-ISEF.

Использование устройства не требует специальной подготовки.

Там очень большое и подробное описание, так что, пожалуйста, прежде чем писать комментарии и вопросы — ознакомьтесь с этим материалом.

Итоговый вид экспериментальной установки:

Оборудование и ПО, использованные для создания устройства:

1. Ноутбук.
2. USB-Осциллограф Instrustar ISDS205X.
3. Паяльная станция с регулируемым температурным режимом.
4. Нейронная сеть типа Inception v3 из библиотеки Google TensorFlow.

Может ли сейчас данная технология полностью заменить сурдопереводчика?

На текущем этапе работы нет. Устройство позволяет точно классифицировать жест, который показывает пользователь, однако пока не способна конструировать предложения на основе переведённых слов.

Именно в этой области Даниил хочет продолжить работу над проектом, совершенствовать метод.

Сейчас его мечта — довести технологию до состояния, когда она сможет полностью компенсировать нарушения речевого аппарата, потому что каждый из нас нуждается в том, что бы быть услышанным.