книги2 / MNPK-566

НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ В УСЛОВИЯХ ЦИФРОВИЗАЦИИ: ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ И ПРАКТИЧЕСКИЙ АСПЕКТЫ

скорости обработки продукции, повышения эффективности работы предприятий и, что самое главное, безопасности как производимых на производстве продуктов и материалов, так и самих производственных процессов.

Стандартная система машинного зрения состоит из следующих элементов:

–устройств считывания изображений, например камер и оптических датчиков;

–устройств передачи считанных данных;

–различных источников освещения таких как светодиодные лампы и ленты, флуоресцентные лампы;

–датчиков различных типов, контролирующих как сам процесс «машинного видения», так и производственные мощности;

–специального программного обеспечения, содержащих приложения для подсчета пикселей, сегментации, рисования, инверсии цветов, обнаружения краев и других методов обработки изображений;

–вычислительного устройства, позволяющего обрабатывать изображения

изапускать на нём необходимое программное обеспечение, к таки относятся персональные компьютеры и сервера.

–также в состав системы могут входить устройства для сортировки или утилизации бракованных изделий.

Впромышленности принцип работы технологии машинного зрения легко понять. Датчики осматривают объекты, которые обычно перемещаются по конвейеру, и посылают сигнал на устройство формирования изображения определённое количество раз за единицу времени, число раз устанавливается исходя из технологии производства товаров. Камера делает снимок и отправляет его в компьютер. Правильное освещение выделяет части объекта, что позволяет компьютеру более эффективно и точно выполнять обработку данных. С помощью методов обработки изображений компьютер определяет, есть дефект у изделия или нет, и отправляет информацию в систему.

Также в промышленности системы машинного зрения также могут выполнять специфические функции. Так как с их помощью на передовых кондитерских фабриках украшают торты, пироги, пирожные, покрывают кондитерские изделия шоколадом и глазурью. Системы машинного зрения могут сортировать фрукты и овощи по цвету плодов и листьев или рыбу по видам во время её обработки на траулере, они могут выполнять выборочную мойку овощей и фруктов, а также выявлять продукты, утратившие товарный вид. Применение машинного зрения включает в себя более 20 областей деятельности.

По факту обработка является основным этапом работы системы машинного зрения. И так как конкуренция среди производителей различных продуктов требует производить обработку максимально быстро и качественно, то ни одно производство не может обойтись без новейшего программного обеспечения и оборудования, в число которого входит машинное зрение.

121

АГЕНТСТВО МЕЖДУНАРОДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ● https://ami.im

Сегодня «умные» камеры занимают большую часть рынка технологий машинного зрения, поскольку они сочетают в себе и камеру, и процессор, обрабатывающий поступающую информацию. Данные камеры могут интегрироваться в производственные процессы и стоят дешевле аналогов, требующих для своей работы полноценный компьютер.

Изучив спрос на различные типы систем машинного зрения, можно прийти к выводу, что половина всех машин используется для проверки продуктов на наличие дефектов. Такая проверка называется визуальным контролем изготовления, цвета и качества поверхности продукта, упаковки, этикеток и т.д. Машины такого типа чаще всего встречаются в пищевой промышленности и фармацевтике. Также системы машинного зрения популярны в автомобилестроении, где они контролируют каждый этап производства. Они проверяют блоки цилиндров, сварные швы, поверхности окрашенных автомобилей и другие компоненты на наличие дефектов. В электронной промышленности машины заменяют людей, которые контролируют качество изготовления микросхем и пластин.

Системы машинного зрения для проектов автоматизации и внедрения роботов составляют около 34 процентов спроса. Они значительно упрощают различные виды высокоточных работ, таких как сборка и демонтаж, сортировка, окраска, сварка и утилизация продукции. Они облегчают обработку грузов и используются в системах учета.

Различные типы систем распознавания составляют 23 процента спроса. Сегодня с помощью оптических систем распознавания символов многие книги переводятся в цифровой формат. Это позволяет нам искать слова или фразы, сохранять текст в компактном формате, редактировать его, переводить в электронный вид и т.д. Другие машины распознают штрих - коды. Более того, в этой категории есть третий тип систем машинного зрения, они выполняют задачи идентификации. Охранные структуры активно используют разработки в области машинного зрения для идентификации людей, детекторов движения, распознавания номерных знаков.

Около 20 процентов спроса приходится на непроизводственную сферу. В числе которой медицина, нанотехнологические и биотехнологические отрасли. Фирмы - производители заинтересованы в системах машинного зрения, например для автоматического анализа медицинских изображений таких как рентгены, томографии, результаты УЗИ. Визуальный контроль не изменяет объекты, поэтому эта технология хорошо подходит для технических и лабораторных испытаний. С развитием роботизации системы машинного зрения стали популярны и в робототехнике. Ученые предполагают, что машинное зрение вскоре поможет создать роботов и устройства, которые будут независимыми от управления человека.

Начиная с 1991 года на территории России проводится международная конференция «Графикон». В перечень обсуждаемых на конференции тем

122

АГЕНТСТВО МЕЖДУНАРОДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ● https://ami.im

Список использованной литературы:

1.Потапов А.С. Системы компьютерного зрения. Учебное пособие. – СПб: Университет ИТМО, 2016. – 161 с.

2.МИСИС. Использование машинного зрения в производстве [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https: // mst.misis.ru / index.php / jour / search?authors =Yu. % 20AND % 20N. % 20AND % 20Zakharov.

3.Википедия. Машинное зрение [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https:

//ru.wikipedia.org / wiki / Машинное _ зрение.

4.GraphiCon [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https: // www.graphicon.ru/.

Манжос А.И., Житарь Н.А., Каменщиков С.В., 2024

ПетроваМ.А.

бакалавр 3 курса ФГБОУ ВО «КНИТУ» г. Казань, РФ

НосковаД.В.

бакалавр 3 курса ФГБОУ ВО «КНИТУ» г. Казань, РФ

СиразетдиноваЭ.И.

бакалавр 3 курса ФГБОУ ВО «КНИТУ» г. Казань, РФ

Научный руководитель: Галимзянова Р.Ю.,

к.т.н., доцент ФГБОУ ВО «КНИТУ» г. Казань, Россия

УМЕНЬШЕНИЕ КОРРОЗИИ МАГНИЯ (MG) С ПОМОЩЬЮ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ХИТОЗАНА

Аннотация

В данной статье рассмотрена возможность применения хитозана для уменьшения коррозионной способности магния. Было обнаружено, что хитозан, покрытый погружением, взаимодействует с продуктами коррозии (Mg(OH)2 и MgO) посредством водородных связей, обеспечивая физиологическую стабильность и коррозионную стойкость. Электрохимические исследования показывают, что процесс нанесения покрытия положительно влияет на коррозионную стойкость. Однако значения прочности на сжатие (17–72 МПа) и модуля упругости (12–26 МПа) монолита, покрытого хитозаном, указывают на его применимость в качестве опорного, а не самостоятельного имплантационного материала.

Ключевые слова

Хитозан, магний, коррозионная способность.

124

НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ В УСЛОВИЯХ ЦИФРОВИЗАЦИИ: ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ И ПРАКТИЧЕСКИЙ АСПЕКТЫ

Petrova M.A.

3rd year bachelor of FSBEI HE "KNRTU" Kazan, Russian Federation

Noskova D.V.

3rd year bachelor of FSBEI HE "KNRTU" Kazan, Russian Federation

Sirazetdinova E.I.

3rd year bachelor of FSBEI HE "KNRTU" Kazan, Russian Federation

Scientific supervisor: Galimzyanova R.Y.

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "KNRTU"

Kazan, Russia

REDUCING MAGNESIUM (MG) CORROSION WITH THE USE OF CHITOSAN

Annotation

This article discusses the possibility of using chitosan to reduce the corrosive ability of magnesium. The dip - coated chitosan was found to interact with corrosion products (Mg(OH)2 and MgO) via hydrogen bonding, providing the physiological stability and the corrosion resistance. The electrochemical studies reveal that the coating process affects the corrosion resistance positively. However, the values for compression strength (17–72 MPa) and elastic modulus (12–26 MPa) of chitosan - coated monolith indicate its applicability as a supporting, rather than self - standing implantation material.

Keywords

Chitosan, magnesium, corrosion resistance.

Биодеградируемые имплантаты уже доказали свою клиническую эффективность в ортопедических устройствах. Среди них наиболее перспективными являются металлы на основе магния (Mg) из - за многих преимуществ: повышенная вязкость разрушения, хорошее соответствие модуля упругости и предела текучести при сжатии кортикальной кости человека, пониженная защита от напряжений, малый вес за счет низкой плотность, отличная биосовместимость, биоразлагаемость и биорезорбируемость. [1]

Хотя способность магния к разложению делает его интересным материалом для биомедицинских применений, если ее не контролировать, это приведет к отторжению имплантата и / или, в худшем случае, к смерти пациентов. Поэтому крайне важно контролировать коррозию магниевых сплавов, чтобы установить баланс между способностью к разложению сплава и ростом новых тканей. Другой распространенной проблемой магниевых имплантатов является их низкая биологическая активность. Различные методы, такие как легирование, обработка поверхности и нанесение поверхностных покрытий, используются для контроля

125

АГЕНТСТВО МЕЖДУНАРОДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ● https://ami.im

скорости коррозии магния и улучшения его биологической активности и биосовместимости. Из - за высокой стоимости процесса легирования больше внимания уделяется методам обработки поверхности и нанесения покрытий. [2]

Классификация покрытий

Покрытия на сплавах Mg можно получать механическими, физическими, химическими и биологическими методами.

Механические покрытия могут быть изготовлены путем дробеструйной обработки, трением или истиранием.

Физические покрытия изготавливаются методами магнетронного распыления, лазерной наплавки, технологий электронно - лучевого и ионной имплантации.

Химические покрытия получают путем химической конверсии, электроосаждением, золь - гелем, микродугового оксидирования (МАО) и плазменного электролитного окисления.

Биологические методы включают биоминерализацию и молекулярное распознавание. [3]

Хитозан (CS) представляет собой N - деацетилированный продукт хитина, где хитин представляет собой природный полисахарид, обнаруженный, в частности, в панцирях ракообразных, таких как крабы и креветки, кутикуле насекомых и клеточных стенках грибов. Хитозан является привлекательным материалом благодаря своим свойствам, таким как иммунологическая активность, ранозаживление, биосовместимость, низкая токсичность и биоразлагаемость. Он имеет широкое применение в медицине, косметике, текстиле, бумаге, пищевой промышленности и многих других отраслях промышленности. [4]

Большинство полисахаридов нейтральны или отрицательно заряжены. Однако хитозан заряжен положительно благодаря наличию в его структуре большого количества свободных аминогрупп, способных связывать молекулы кислот, и является единственным основным полисахаридом среди природных полисахаридов. [5]

Хитозан применяется при модификации имплантов, содержащих магний, для улучшения антикоррозионных свойств и биосовместимости. Раствор хитозана наносят на поверхность пористых образцов Mg методом погружения при комнатной температуре. Наличие слоя хитозана улучшит физиологическую стабильность монолита, влияя как на сложный процесс деградации / коррозии, так

ина одновременный потенциал минерализации посредством осаждения ионов (Рис. 1). Действительно, процесс биокоррозии, происходящий in vivo после имплантации сплава Mg, был одобрен как протекающий через одновременные и сложные механизмы, состоящие из образования Mg(OH)2 (из - за растворения Mg и подщелачивания поверхности), дальнейшего обмена с растворимым MgCl2 (что легко способствовало процессу деградации), осаждение Ca2+ и PO4 3 - на нерастворенном Mg(OH)2 и, наконец, образование гидроксиапатита, действующего как защитный слой от дальнейшей деградации.

126

НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ В УСЛОВИЯХ ЦИФРОВИЗАЦИИ: ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ И ПРАКТИЧЕСКИЙ АСПЕКТЫ

Рисунок 1 - Поверхностные и объемные явления непокрытого (вверху)

ипокрытого хитозаном (внизу) Mg - монолита, происходящие до (а)

ипосле (б) имитации инкубации жидкости в организме.

Монолит Mg без покрытия подвергается значительной деградации в искусственной жидкости организма, в то время как хитозановое покрытие замедляет деградацию. Было обнаружено, что среди различных попыток пористости монолит с 40 % пористостью придает максимальную коррозионную стойкость образцу, которая дополнительно улучшается за счет обработки поверхности хитозаном. Было показано, что такой монолит Mg потенциально может использоваться в качестве биомедицинского имплантата, однако в качестве поддерживающего, а не самостоятельного материала для имплантации из - за его ограничений по прочности на сжатие. [1]

Список литературы

1.Сюэнань Гу Разлагаемые биоматериалы на основе магния: обзор: научная статья Бэйханский университет 2014г.

2.Вонг, ХМ; Юнг, KWK; Лам, КО; Тэм, В.; Чу, ПК; Лук, КДК; Чунг, KMC Биоразлагаемое полимерное покрытие для контроля характеристик ортопедических имплантатов из магниевого сплава. Биоматериалы 2010г.

3.Гуан С.К., Вонг Х.Т. Коллоиды и поверхности В: Биоинтерфейсы 2011г., с. 254 - 259

4.Мохамед Р.Р.Ацетилтиомочевина - хитозан как экологически чистый ингибитор плавления мягкой стали в сернокислой среде: Электрохимика Акта

2010г.

5.Ян Ли, Хуан Ван Обзор: Применение хитозана и его производных в медицинских материалах: Международный журнал биологических макромолекул

2023г.

©Петрова М.А., Носкова Д.В., Сиразетдинова Э.И., 2024

127

АГЕНТСТВО МЕЖДУНАРОДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ● https://ami.im

ПетроваМ.А.

бакалавр 3 курса ФГБОУ ВО «КНИТУ» г. Казань, РФ

НосковаД.В.

бакалавр 3 курса ФГБОУ ВО «КНИТУ» г. Казань, РФ

СиразетдиноваЭ.И.

бакалавр 3 курса ФГБОУ ВО «КНИТУ» г. Казань, РФ

Научный руководитель:Галимзянова Р.Ю.

к.т.н., доцент ФГБОУ ВО «КНИТУ» г. Казань, Россия

ГИДРОГЕЛИ ИЗХИТОЗАНА В 3D - ПЕЧАТИ ДЛЯ МЕДИЦИНСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Аннотация

3D - печать — это передовая технология биопроизводства, которая позволяет создавать индивидуальные каркасы с очень сложной геометрией, в которых размещаются клетки и биологически активные агенты для ускорения регенерации тканей. Сами гидрогели хитозана широко используются для различных биомедицинских применений из - за их широкой доступности, структурных особенностей и благоприятных биологических свойств.

Ключевые слова

3D - печать, хитозан, гидрогель.

Petrova M.A.

3rd year bachelor of FSBEI HE "KNRTU" Kazan, Russian Federation

Noskova D.V.

3rd year bachelor of FSBEI HE "KNRTU" Kazan, Russian Federation

Sirazetdinova E.I.

3rd year bachelor of FSBEI HE "KNRTU" Kazan, Russian Federation

Scientific supervisor: Galimzyanova R.Y.

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "KNRTU"

Kazan, Russia

CHITOSAN HYDROGELS IN 3D PRINTING FOR MEDICAL USE

Annotation

3D printing is an advanced biofabrication technique which can generate patient - specific scaffolds with highly complex geometries while hosting cells and bioactive agents to accelerate tissue regeneration. Chitosan hydrogels themselves have been widely used

128

НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ В УСЛОВИЯХ ЦИФРОВИЗАЦИИ: ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ И ПРАКТИЧЕСКИЙ АСПЕКТЫ

for various biomedical applications due to its abundant availability, structural features and favorable biological properties.

Keywords

3D printing, chitosan, hydrogel.

Технологии 3D - печати

Аддитивное производство и, в частности, технологии 3D - печати используют компьютерное проектирование для создания 3D - модели и последующего преобразования ее в формат STL. Этот формат STL представляет собой треугольную сетку объекта, которая затем разбивается на несколько 2D - слоев, связанных друг с другом [1]. Затем используется 3D - принтер для печати компонента посредством автоматического нанесения чернил на подложку слой за слоем. Наиболее распространенными технологиями 3D - печати являются струйная, экструзионная и световая 3D - печать.

Струйная 3D - печать.

Струйная 3D - печать — это тип нанесения порошкового слоя, который в основном подразделяется на термическую и пьезоэлектрическую струйную 3D - печать. При термоструйной 3D - печати в качестве тонкопленочного резистора используется нагревательный элемент. При подаче электрического импульса через этот резистор проходит большой ток и испаряет соседние чернила в пузырьки. Пузырьки пара расширяются в резервуаре с чернилами и создают давление, которое принудительно выбрасывает капли чернил из сопла. При пьезоэлектрической струйной 3D - печати подача внешнего напряжения на пьезоэлектрический преобразователь вызывает резкое изменение объема чернильной камеры. Это объемное изменение вызывает волну давления внутри чернил, в результате чего капли чернил выбрасываются из сопла [2]. Пьезоэлектрическая струйная печать может генерировать точные и однородные размеры капель и совместима с более широким спектром материалов, поскольку отсутствует тепловое воздействие или стресс чернил по сравнению с термоструйной печатью. Термоструйная печать, с другой стороны, имеет более высокую скорость печати и более низкую стоимость деталей.

3D - печать на основе экструзии.

3D - печать, основанная на экструзии, представляет собой движение дозирующей головки по осям X и Y, управляемой роботизированной системой, для нанесения чернил на предметный столик в виде непрерывной нити. Затем трехмерную конструкцию изготавливают послойно, либо перемещая головку вверх или вниз по оси Z, либо перемещая столик под сопло, пока головка зафиксирована. Экструзионную 3D - печать в основном подразделяют на две подгруппы: процессы, основанные на плавлении материала, и процессы без плавления материала. Моделирование методом наплавления (FDM) — наиболее широко используемый метод 3D - печати, основанный на экструзии и плавлении материала. В процессе FDM используется прижимной ролик или механизм

129

АГЕНТСТВО МЕЖДУНАРОДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ● https://ami.im

винтовой подачи для подачи сырья (термопластика) в разжижитель, а затем выдавливание стойки из сопла, управляемого компьютером [3]. Температура материала поддерживается на уровне, чуть превышающем его температуру плавления, чтобы термопластичный материал можно было легко выдавливать через сопло, позволяя нитям сплавляться вместе во время печати. Сразу после экструзии через сопло материал охлаждается и затвердевает за счет самопроизвольного контакта с воздухом, в результате чего происходит послойное осаждение материала.

Методы экструзионной 3D - печати без плавления материала можно разделить на две категории в зависимости от механизмов нанесения: пневматические и механические (шнековые и поршневые). При пневматической 3D - печати используется давление воздуха или газа для выбрасывания чернил из сопла с контролируемой объемной скоростью потока. В пневматической 3D - печати можно использовать чернила широкого диапазона вязкости благодаря возможности регулировать давление воздуха [2]. В 3D - печати на основе поршня и винта используется линейно движущийся поршень и вращающаяся конфигурация с винтовым приводом для механического выталкивания чернил из сопла соответственно. Механическая 3D - печать обеспечивает лучший пространственный контроль над потоком материала, а благодаря большей силе осаждения можно печатать чернилами с еще более высокой вязкостью. Однако большие движущие силы и конфигурация шнека могут повредить клеточные мембраны в процессе дозирования.

Световая 3D - печать

3D - печать на основе света — это технология без сопел, в которой используется источник облучающего света для подачи необходимой энергии для индукции фотополимеризации и затвердевания светочувствительных полимерных чернил и выполнения послойной печати. Наиболее часто используемые технологии 3D - печати на основе света — это стереолитография (SLA), цифровая обработка света (DLP) и двухфотонная полимеризация (2 PP). Основные различия между всеми этими технологиями 3D - печати заключаются в источнике света и системе формирования изображения; тогда как система управления и шаговая система аналогичны. SLA — это технология однофотонного фотопроизводства, в которой используется облучение ультрафиолетовым светом поверхности светочувствительной полимерной смолы по точному рисунку. Платформа для сборки погружается в полимерную смолу, а затем свет отслеживает границы и заполняет двумерное поперечное сечение модели, оставляя тонкую пленку, приклеенную к платформе, на которой будет формироваться следующий слой. Затем платформу отодвигают от поверхности на определенную высоту, построенный слой повторно покрывают жидкой смолой и затвердевание слоя за слоем повторяется до тех пор, пока не будет изготовлена 3D - конструкция [4]. 3D - печать DLP основана на проецировании изображения - маски, очень похожем на SLA, с использованием цифрового светового проектора для отображения

130