Новые материалы

Профиль «Новые материалы» предлагает участникам разработать инженерное решение по созданию новых полимерных материалов с заданными свойствами. Состав синтезируемого материала определяется с применением нейросетевых моделей, построенных на базе экспериментальных данных, предоставленных в задании.

Создание новых материалов с необходимыми потребительскими свойствами — одна из ключевых задач нефтегазохимической промышленности. В числе 18 приоритетных направлений технологического развития России до 2030 года обозначены искусственный интеллект, квантовые коммуникации, водородная энергетика, а также разработка перспективных материалов и веществ. Полимерные и композиционные материалы с заданными свойствами востребованы во всех высокотехнологичных отраслях — от медицины и машиностроения до оборонной промышленности. Они позволяют варьировать широкий спектр механических, физико-химических и эксплуатационных характеристик.

Современные цифровые технологии позволяют существенно сократить трудоемкость и временные затраты, связанные с экспериментальным этапом разработки новых материалов. Поэтому особенно актуальны исследования в области создания интеллектуальных систем, способных прогнозировать состав и свойства материалов на основе заданных требований.

На первом отборочном этапе участники решают предметные задачи по химии и информатике, а также задания инженерного тура. Задачи направлены на проверку базовых знаний, необходимых для дальнейшего участия и работы с обучающими материалами второго этапа.

Инженерные задания первого этапа ориентированы на специфику профиля. Они имеют упрощенный формат и предназначены для индивидуального выполнения. Основное внимание уделяется знаниям о полимерных материалах и их свойствах.

На втором отборочном этапе участники объединяются в команды и представляют коллективное решение. В рамках заданий команде предстоит:

• построить нейросетевую модель на основе экспериментальной базы данных;
• проанализировать физико-химические свойства полимерных материалов;
• разработать технологию синтеза полимерных и композитных материалов.

Участники получают массивы экспериментальных данных в начале этапа, а также предварительный доступ к видеолекциям и методическим материалам по нейросетям, технологиям синтеза и анализу свойств материалов.

Каждый член команды принимает на себя роль в соответствии с уровнем своих компетенций. Теоретические задания охватывают следующие темы:

• технологическая схема получения композитного материала;
• материальный баланс;
• влияние добавок на строение и физико-химические свойства полимеров;
• влияние добавок на реологические свойства полимерных расплавов;
• методика приготовления композитных материалов;
• строение и свойства полимеров и композитов;
• построение и применение нейросетей;
• определение состава синтезируемого композита с помощью анализа базы данных и нейросети.

Заключительный этап профиля включает два блока:

• индивидуальные теоретические задачи по химии и информатике;
• командную инженерную задачу.

В рамках инженерного задания команда разрабатывает новый композитный материал с заданными свойствами. Решение включает:

• выбор базового полимера и добавок;
• создание нейросети для прогноза состава;
• разработку технологической схемы синтеза;
• оценку физико-химических свойств полученного материала.

Распределение ролей в команде:

• Информатик — обучает нейросеть, выбирает оптимальный наполнитель из предложенного набора.
• Технолог — разрабатывает операторную и технологическую схемы процесса, определяет параметры синтеза.
• Синтетик — на основе данных информатика и технолога получает образцы композита (не более двух вариантов).
• Аналитик — проводит лабораторные исследования для подтверждения свойств полученного материала.

Компетенции, необходимые для участников заключительного этапа:

• работа в химической лаборатории;
• проведение экспериментов;
• построение технологических схем;
• анализ и обработка больших массивов данных.