Наносистемы и наноинженерия

  • биология
  • физика
  • химия
  • Дает 100 баллов на ЕГЭ

Профиль «Наносистемы и наноинженерия» построен на взаимосвязи физики, химии и биологии в условиях современного научного мира. Для решения задач профиля потребуются знания по нескольким предметам. Финальная задача профиля традиционно предполагает много самостоятельной практической работы участников в лаборатории. 

Во время финала участники синтезируют наноматериалы и собирают прототипы устройств на их основе.

Этот профиль включён в перечень Российского совета олимпиад школьников как олимпиада II уровня и приносит бонусы при поступлении в вузы (какие конкретно — зависит от правил приёма вуза).

 Разработчики

Профиль разрабатывается и проводится командой ООО «СТЕМ-игры» при участии ОАНО “Школа “ЛЕТОВО” и поддержке Новосибирского государственного университета, МИРЭА — Российского технологического университета, Казанского федерального университета, Северо-Кавказского федерального университета.

Все материалы профиля разработаны при поддержке и непосредственном участии ФИОП РОСНАНО.

Группа РОСНАНО реализует государственную политику по развитию наноиндустрии, содействует реализации государственной политики, имеющей целью вхождение России в число мировых лидеров в области нанотехнологий.

Фонд инфраструктурных и образовательных программ РОСНАНО нацелен на развитие инфраструктуры в сфере нанотехнологий, включая реализацию уже начатых РОСНАНО образовательных и инфраструктурных программ.

http://www.rusnano.com/infrastructure

Тел.: +7 (495) 988-53-88

E-mail: info@rusnano.com

Адрес: Россия, 117036, Москва, проспект 60-лет. Октября, 10А

Образовательными партнёрами профиля являются Новосибирский государственный университет, Казанский федеральный университет, МИРЭА — Российский технологический университет, Северо-Кавказский федеральный университет, АОНО «Школа «ЛЕТОВО», ЧОУ «Хорошевская школа».

Отборочные этапы

В рамках первого отборочного этапа участникам предстоит решить задачи по физике, химии и биологии.

Второй отборочный этап будет проходить в форме онлайн-симулятора нанотехнологического производства продуктов, близких по тематике к финальной задаче профиля. Симулятор решается командой и учитываются именно командные результаты.

Задачи не имеют одного правильного ответа и предполагают множество вариантов решения. К каждой задаче прилагаются методические материалы для решения. Симулятор содержит задачи разного уровня сложности, ориентированные на постепенное погружение участника в тематику финальной задачи. 

Параллельно с решением теоретических задач в симуляторе участники второго отборочного этапа получат возможность решить практическую задачу в режиме удаленного присутствия в лаборатории посредством управления “аватаром” — специальным лаборантом-помощником.

Для успешного прохождения второго этапа команде пригодится умение распределять обязанности внутри команды и планировать своё время.

Как готовиться ко второму этапу

Для подготовки ко второму отборочному этапу пригодится развитие следующих навыков:

  1. Эффективная инженерная коммуникация в команде. Умение четко и ясно излагать свои мысли и слушать сокомандников сэкономит много времени и может стать конкурентным преимуществом.

  2. Знание поисковых систем (в том числе для научной литературы). Умение быстро найти корректную информацию пригодится на всех этапах профиля.

  3. Умение описывать экспериментальные зависимости. Некоторые задания симулятора могут моделировать исследовательские задачи.

  4. Планирование и тайм-менеджмент.

Будет полезно освежить следующие элементы школьной программы:

  1. Математика: построение и экстраполяция функций, основы статистики, основы планиметрии, основы алгебры.

  2. Физика: оптика, электричество, основы материаловедения (в т. ч. полупроводники).

  3. Химия: решение расчетных задач, написание уравнений реакции по неорганической химии, общие представления об органических соединениях.

  4. Биология: физика и химия белков и нуклеиновых кислот, строение клетки.

Рекомендуем посмотреть видеолекцию «Введение в наноматериалы».

Заключительный этап

Заключительный этап профиля состоит их двух частей: индивидуальной и командной. Индивидуальная часть представляет собой решение предметных заданий по физике, химии и биологии. Командная часть включает в себя выполнение практической лабораторной задачи (3 дня) и, вероятно, решение командных теоретических задач. Конечным итогов выполнения командной практической задачи должно стать создание работающего устройства. 

Совсем недавно прогресс в исследованиях позволил синтезировать полупроводниковые квантовые точки, обладающие крайне высокими оптическими характеристиками: отличными транспортными характеристиками, более широким спектральным диапазоном и цветовой гаммой, высокими квантовыми выходами и узкими люминесцентными пиками. Более того, удалось оптимизировать методики синтеза, позволяющие быстро и довольно просто получать наночастицы из нетоксичных веществ. Помимо методик синтеза квантовых точек появились и доступные методики синтеза других полупроводниковых соединений.

На финале 2021 года участники будут:

  1. Конструировать свою собственную солнечную ячейку
  2. Самостоятельно синтезировать и готовить к сборке компоненты для солнечной ячейки
  3. Собирать устройство и оптимизировать его работу

Альтернативные источники энергии — один из быстрорастущих рынков, технологии которого активно развиваются сейчас и будут активно развиваться в будущем. На финале вы погрузитесь в тематику солнечной энергетики, получите навыки работы в химической лаборатории. 

Участникам пригодится четкое разделение ролей в команде и высокий уровень навыков каждого члена команды. Вклад каждого члена команды будет сильно влиять на успех. Умение организовывать параллельные процессы с эффективной внутрикомандной коммуникацией станет конкурентным преимуществом.

Как готовиться к финалу

Для качественной подготовки к финалу необходимо внимательно изучить материалы ко второму и финальному этапам профиля за прошлые годы. Полезно будет принять участие в дистанционной теоретической подготовке, организуемой профилем для участников второго этапа. Преимуществом будет умение работать с научной литературой.

Знания:

  • Математика: построение и экстраполяция функций, основы статистики, основы планиметрии, основы алгебры.
  • Физика: оптика, электричество, основы материаловедения (в т.ч. полупроводники), диоды, лазеры. Для индивидуального теоретического тура на финале будет полезно повторить все остальные разделы школьной физики.
  • Химия: решение расчетных задач, написание уравнений реакции по неорганической и органической химии, общие представления о правилах безопасной работы с химическими соединениями и лабораторным оборудованием (понимать, почему надо так, а не иначе. Например, до какой максимальной температуры можно нагревать тот или иной органический растворитель).
  • Биология: физика и химия белков и нуклеиновых кислот, строение клетки. Для индивидуального теоретического тура на финале будет полезно также повторить основы генетики, молекулярной биологии, биохимии, ботаники, зоологии, эволюции, анатомии и физиологии человека.

Hard Skills:

  • Пайка.
  • Простейшие манипуляции с лабораторными приспособлениями (отбор объемов жидкостей мерными цилиндрами, шприцами, пипетками пастера, фильтрование на воронке, умение мыть химическую посуду), работа с автоматической пипеткой, работа с нагревательной плиткой и магнитной мешалкой, аналитическими весами,  лабораторной центрифугой, вытяжным шкафом.
  • Знание и соблюдение принципов безопасной работы в лаборатории.
  • Решение расчетных задач по химии и физике. Будет полезно (но не обязательно) уметь использовать для расчетов Excel или его аналоги.
  • Использование приборов для работы с электрическими цепями (вольтметр, амперметр и пр.).

Soft Skills:

  • Распределять роли в команде. Договариваться и доверять сокомандникам.
  • Читать и понимать инструкции.
  • Работать с научной литературой и поисковыми системами (в том числе специфическими поисковыми системами для научной литературы).
  • Умение описывать экспериментальные зависимости, вести лабораторный журнал.
  • Планирование и тайм-менеджмент.

Численность команды и роли

Для участия на втором и заключительном этапах вам понадобится команда из 2−3 человек:

  • Химик-синтетик. Отвечает за синтез наночастиц оксидов металлов, квантовых точек. Важно уметь соблюдать технику безопасности в лаборатории, решать расчетные химические задачи. Будет полезно иметь базовые навыки работы в лаборатории. Для химика-синтетика будет важно уметь читать и понимать инструкцию, планировать эксперимент и время, которое на него нужно потратить.
  • Инженер-конструктор. Должен будет, используя продукты работы химика-синтетика, сформировать работающее устройство, оптимизировав количество веществ, конструкцию и инженерный дизайн прототипа. Для инженера-конструктора будет важно уметь быстро принимать решение на основе имеющейся ограниченной информации. Нужно будет уметь паять и в целом работать руками.
  • Физик-испытатель. Должен будет осуществлять оценку качества продукта, составлять программу доработки прототипа. Опционально: руководить процессом разработки, осуществлять продуктивную коммуникацию внутри команды. Должен уметь работать с физическими приборами типа вольтметра и пр. Физик-испытатель должен держать в голове полную картину происходящего и выдавать корректное ТЗ инженеру и синтетику.

Общие замечания по командообразованию:

Функции инженера-конструктора и физика-испытателя могут быть перераспределены между ними. Тем не менее, будет полезно четко разделить команду на того/тех, кто занимается химическим синтезом и того/тех, кто занимается разработкой и сборкой устройства. На финале будет необходимо вести работы по этим направлениям параллельно. 

Работа каждого члена команды будет важна и действительно будет влиять на общий успех. Если химик-синтетик не получит вовремя нужное вещество, команда не сможет сделать устройство. Если инженер неправильной пайкой испортит часть расходников, это уменьшит шансы на победу для всей команды. Если физик неверно истолкует результаты испытаний, команда не успеет улучшить прототип. Научитесь доверять друг другу и эффективно коммуницировать. В этом вам может помочь дистанционная практическая подготовка по профилю в декабре при помощи «аватаров» и серия подготовительных хакатонов в январе-феврале.

Материалы для участников

Рынки НТИ

  • HealthNet
  • TechNet