James Dyson Award 2020: устройство для домашнего скрининга рака молочной железы и инновационный материал для генерации возобновляемой электроэнергии заняли первое место на международном этапе

2020 год стал рекордным для премии James Dyson Award, в рамках которой призовые деньги уже получили 250 многообещающих изобретений молодых инженеров и учёных со всего мира. В их числе — победители национального этапа из России, Анастасия Балабанова и Артемий Зенкин, которые разработали умную зубную щётку Health Care Toothbrush. Несмотря на сложившиеся обстоятельства, качество всех проектов-участников было исключительным, что подчёркивает неординарность мышления молодых изобретателей. Сегодня мы рады представить двух международных победителей, каждый из которых получил 30 тысяч фунтов стерлингов. Они решили важные проблемы мирового значения: помогли женщинам не пропускать скрининг рака молочной железы и создали экологически рациональные методы эффективного производства возобновляемой энергии.

Победители

The Blue Box — международный победитель James Dyson Award 2020. Изобретение 23-летней Худит Хиро Бенет открывает новый способ распознавания рака молочной железы в домашних условиях.

AuREUS — первый в истории конкурса победитель James Dyson Award 2020 в области устойчивого развития. Этот новый материал, изобретённый 27-летним Карви Эреном Мейгом, состоит из переработанных сельскохозяйственных отходов и производит возобновляемую электроэнергию из ультрафиолетового излучения.

Финалисты

The Tyre Collective — устройство, которое крепится к колесу автомобиля и собирает отрывающиеся от шин микрочастицы. Впоследствии их можно переработать для повторного применения. Технологию изобрела команда студентов из Имперского колледжа Лондона и Королевского художественного колледжа (Великобритания).

Scope — новые жидкокристаллические линзы для камер, позволяющие выполнять зум без снижения качества изображения. Технологию разработали студенты Университета Ватерлоо (Канада).

Комментируя итоги James Dyson Award 2020, сэр Джеймс Дайсон отметил: «Молодые люди хотят изменить мир, а инженеры, научные сотрудники и дизайнеры, которые участвуют в конкурсе James Dyson Award, показывают, что это возможно. Мы получаем растущее число заявок в сферах здравоохранения и устойчивого развития. Было бы несправедливо выбирать победителя только в одной из этих благородных сфер. Поэтому в этом году мы впервые вручили два главных приза, чтобы поддержать два равнозначных изобретения. Худит и Карви — очень яркие личности, чьи изобретения могут стать настоящим прорывом. Надеюсь, что премия James Dyson Award станет для них трамплином к будущему успеху».

 
Международный победитель — The Blue Box, изобретение Худит Хиро Бенет

Проблема
В этом году международную победительницу James Dyson Award подтолкнул к изобретению диагноз её матери — рак груди. Худит поняла, что по всему миру существует потребность в комфортной и доступной технологии скрининга рака молочной железы. Сейчас для проверки на это заболевание женщинам приходится проходить инвазивную, иногда болезненную и часто дорогостоящую процедуру в больницах и других медицинских учреждениях. Из-за этого, по оценкам экспертов, 40% женщин пропускают маммографический скрининг рака молочной железы. В результате в каждом третьем случае диагноз ставится на поздних стадиях, что снижает вероятность выздоровления .

• Рак молочной железы — самое распространённое онкологическое заболевание у женщин .
• За 2018 год рак молочной железы обнаружен у 7000 женщин в Москве .
• За 2017 год от рака молочной железы умерли 2278 женщин в Москве3.

Решение
Худит Хиро Бенет из Таррагоны (Испания) изобрела The Blue Box — биомедицинское устройство для проверки на рак молочной железы в домашних условиях. Применяя алгоритм на основе искусственного интеллекта, по образцу мочи оно распознаёт ранние признаки заболевания. Решение позволяет женщинам заботиться о здоровье с помощью неинвазивной, безболезненной, необлучающей и недорогой альтернативной технологии, которую можно регулярно использовать дома.

Устройство выполняет химический анализ образцов мочи и отправляет его результаты в облачное хранилище. Алгоритм на базе искусственного интеллекта распознаёт специфические метаболиты в урине и быстро передаёт пользователю диагноз. Устройство синхронизируется с приложением, которое отвечает за все коммуникационные функции и позволяет мгновенно связаться со специалистом, если результат теста положительный.

В ближайшие годы победительнице предстоит решить задачи, которые имеют ключевое значение для проекта: Худит вместе со своей командой заканчивает создание прототипа и системы анализа данных в Калифорнийском университете в Ирвайне, готовится к исследованиям на людях и клиническим испытаниям, а также собирается подавать важные патентные заявки.

Худит прокомментировала свою победу на международном этапе: «The Blue Box может сделать скрининг рака молочной железы частью нашей повседневной жизни. Это устройство призвано изменить методы борьбы с раком груди, чтобы уменьшить долю диагностирования на поздних стадиях. День, когда Джеймс Дайсон сообщил мне, что я выиграла международную премию, стал для меня переломным. Призовые деньги помогут активнее оформлять патенты, ускорить проектно-конструкторскую работу и разработку системы анализа данных, которой я занимаюсь в Калифорнийском университете в Ирвайне. А главное, услышав, что он верит в мою идею, я обрела уверенность, которая так необходима на этом важном этапе».

Джеймс Дайсон, основатель и главный инженер компании Dyson, сказал: «К сожалению, я видел своими глазами мучительные последствия рака. Будучи научными сотрудниками и инженерами, мы должны сделать всё возможное, чтобы победить эту ужасную болезнь. Худит впечатляющим образом использует в комплексе искусственный интеллект, аппаратные и программные решения, что позволило ей создать хорошо проработанный продукт, способный сделать скрининг рака частью нашей повседневной жизни. Данные, которые The Blue Box собирает и хранит в облаке, могут стать основой для более точных методов терапии и расширить мировые знания о раке. Худит заслуживает всю поддержку, которую она может получить, ведь сейчас она проходит через сложнейшую систему медицинских разрешений».

Победитель в области устойчивого развития — технология AuREUS, изобретение Карви Эрена Мейга

Проблема
Многие источники возобновляемой энергии работают с большими перерывами: традиционные технологии позволяют преобразовывать энергию ветра и солнца в электричество лишь при определённых условиях. Солнечным батареям обычно нужен для работы видимый свет, и при этом они должны быть развёрнуты к солнцу. Современные «солнечные фермы» строятся только горизонтально и никогда — вертикально. Кроме того, обычно они располагаются на плодородной земле, не позволяя выращивать на ней полезные культуры. Однако существуют тысячи окон и других поверхностей, которые можно использовать для производства энергии из солнечного света.

Решение
Первый в истории победитель премии James Dyson Award в области устойчивого развития решил повысить эффективность производства возобновляемой энергии из света, используя переработанные отходы.

Карви Эрен Мейг из Университета Мапуа (Манила, Филиппины) изобрёл AuREUS — материал, который можно прикрепить к уже существующей конструкции или поверхности. Его частицы собирают ультрафиолетовое излучение и преобразовывают его в видимый свет, производя электричество способом, недоступным для традиционных солнечных батарей. Материал Карви работает и в солнечную, и в облачную погоду. Во время «отдыха» его частицы высвобождают избыток энергии в виде света, который может быть преобразован в электричество. AuREUS может превращать в электричество больше солнечной энергии, чем традиционные аналоги. Последние испытания показывают, что он способен производить электроэнергию 48% времени, а не 10–25%, как обычные фотогальванические элементы , .

Филиппины страдают от сильных погодных катаклизмов, из-за которых фермеры иногда теряют бо́льшую часть урожая. В результате появляется значительное количество отходов. Вместо того чтобы оставлять погибшие растения разлагаться, Карви решил использовать их в качестве поглотителя ультрафиолета для своего субстрата. После испытаний 80 разновидностей местных сельскохозяйственных культур Карви выделил 9, которые обладают высоким потенциалом для долгосрочного использования. В результате удалось создать долговечное прозрачное покрытие, которое можно наносить на различные поверхности, придавая ему необходимую форму. Карви уже ищет новые места применения своего материала помимо окон и стен. Например, на ткани, автомобилях, судах и самолётах.

«Технология AuREUS производит сильное впечатление тем, как экологично в ней используются переработанные сельскохозяйственные отходы. Но я особенно восхищён решительностью и целеустремлённостью Карви. Хотя ему не удалось пройти национальный этап премии в 2018 году, он не сдался и продолжил развивать свою идею. Это умение очень ему пригодится, когда он ступит на долгий путь коммерциализации. Я желаю Карви больших успехов, ведь как фермер я всегда переживал из-за того, что приходилось занимать солнечными батареями богатую плодородную сельскохозяйственную землю. Изобретение Карви демонстрирует убедительный способ производства «зелёной» электроэнергии с помощью окон и других существующих городских конструкций», — отметил Джеймс Дайсон, основатель и главный инженер компании Dyson.

Целеустремлённость
В первый раз Карви отправил свой проект на премию James Dyson Award в 2018 году, но не занял призовое место. Тогда технология могла применяться только на окнах, а ключевым компонентом материала был синтетический химикат. Спустя два года — когда новые разработки помогли расширить область применения AuREUS и использовать переработанные сельскохозяйственные отходы — изобретение Карви получило первую в истории награду James Dyson Award в области устойчивого развития. Изобретатель проявил настойчивость, улучшая технологию, и извлёк уроки из своих ошибок. Это иллюстрирует идею Джеймса Дайсона о том, что неудача — один из важнейших этапов в процессе проектирования. Тот же принцип используется в компании Dyson.

После разговора с Джеймсом Дайсоном Карви сказал: «Победа в James Dyson Award — одновременно начало и конец. Вместе с ней для меня закончились годы сомнений в том, что моя идея получит мировое признание. И вместе с ней, наконец, начался путь распространения технологии AuREUS по всему миру. Я хочу создать улучшенный метод производства возобновляемой энергии с применением натуральных материалов. Близкое к людям решение, которое откроет новые возможности, доступные каждому, и приблизит экологически рациональное будущее с технологиями вторичного использования».

• По данным Международного энергетического агентства, на ископаемые виды топлива по-прежнему приходится более 81% мирового производства энергии .
• По оценкам экспертов, если мы будем продолжать использовать ископаемое топливо такими же темпами, к 2060 году мировые запасы газа и нефти истощатся. В приоритете должны быть доступные, эффективные, экологически чистые и возобновляемые альтернативные источники энергии .
• Солнечные батареи могут преобразовывать в электричество 15–22% солнечной энергии. Этот показатель зависит от их расположения, ориентации в пространстве и погоды .

Международные финалисты James Dyson Award

Scope — Ишан Мишра, Холден Беггс, Чжэнь Ли Цао, Фернандо Х. Пена Канту, Алиша Бханджи из Университета Ватерлоо (Канада).

Проблема
Камеры смартфонов не позволяют получать высококачественные фотографии с увеличением, поскольку линзы не поддерживают оптический зум, как в обычных фотоаппаратах.

Решение
Scope — линзы с жидкокристаллическими ячейками. Когда на них подаётся напряжение, оптический волновой фронт линзы динамически меняет форму без перемещения в пространстве, что позволяет выполнять зум без потери качества изображения.

The Tyre Collective — Шивон Андерсон, Хэнсон Чэн, М Дипак Маллая и Хьюго Ричардсон из Имперского колледжа Лондона и Королевского художественного колледжа (Великобритания), магистерская программа инновационного проектирования.

Проблема
При каждом торможении, разгоне и повороте автомобиля шины изнашиваются, а их мельчайшие частицы поднимаются в воздух. В одной только Европе ежегодно отделяется около полумиллиона тонн таких фрагментов . Они достаточно малы, чтобы оставаться во взвешенном состоянии и негативно воздействовать на здоровье. На частицы шин приходится до 50% загрязнений уровня PM2.5 от дорожного транспорта, а к 2030 году их доля в общем количестве взвешенных загрязнителей PM2.5 составит 10%. Ещё больше смывается в океаны и другие водоёмы, в конечном итоге попадая в пищевую цепь .

Решение
Технология The Tyre Collective может уменьшить загрязнение воздуха, улавливая частицы уже там, где они отделяются от покрышки. Устройство закрепляется на колесе автомобиля и притягивает их с помощью электростатического заряда, используя потоки воздуха, образующиеся при вращении. Собранные частицы шин могут перерабатываться и повторно использоваться для производства новых покрышек, чернил и других продуктов.