От бионического моста до шумозащитного блока: проекты школьников для современного города

Строительные технологии постоянно совершенствуются, и московские школьники стремятся внести свой вклад в их развитие. В апреле 2026 года на открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» ученики 7–11-х классов представили более 350 работ в секции «Строительство и архитектура», в том числе необычные строительные материалы и конструктивные решения для зданий и дорог.

В День строителя рассказываем о перспективных разработках учеников столичных школ.

Сделать квартиру тише с помощью… пинг-понга

Жизнь в мегаполисе сопряжена с постоянным шумовым фоном — транспорт, стройки, аэропорты.

Согласно установленным нормам, уровень дневного шума в населенных пунктах не должен превышать 60 децибел (дБ). Это соответствует громкости, с которой два человека могут поддержать разговор на расстоянии около одного метра. Ночью допустимый уровень шума на улицах составляет 50 дБ. В жилых помещениях норма — 40 и 30 дБ в дневное и ночное время соответственно.

На практике эти значения регулярно превышаются. При этом шум негативно влияет на здоровье: повышает давление, нарушает сон, ухудшает когнитивные способности.

Самое слабое звено в звукоизоляции зданий — окна: стандартные стеклопакеты не всегда справляются с низкочастотным шумом. Милена Мальцева, ученица восьмого класса Бауманской инженерной школы № 1580, разработала и протестировала прототип шумозащитного экрана для окон. Устройство создано из обычных шариков для пинг-понга, работающих как акустические резонаторы.

Милена обратила внимание на резонатор Гельмгольца — устройство, изобретенное в 1850 году. Оно представляет собой полость с узким горлышком: воздух в горлышке действует как масса, а воздух внутри полости — как пружина. При попадании звуковой волны нужной частоты система входит в резонанс и гасит звук.

Школьница предположила, что обычный шарик для пинг-понга — это почти готовый резонатор Гельмгольца: у него есть полость, а отверстие для воздуха выполняет роль горлышка. Массив из множества таких шаров, закрепленных на рамке, должен создавать акустическую метаповерхность, способную гасить шум в широком диапазоне частот.

Милена спроектировала 3D-модель шумозащитного экрана и изготовила два экспериментальных образца в масштабе 1:4 от размера стандартного стеклопакета. В первом варианте каждый шар был самостоятельным резонатором с одним отверстием, направленным на источник звука. Во втором шары объединялись в единый массив — каждый шар имел три отверстия, два из которых соединяли его с соседними, а одно было направлено наружу.

Испытания проводились в бытовых условиях. Короб имитировал жилую комнату с открытым окном, внутри находились два шумометра. Источником шума служил ноутбук с записями уличного звука: шума проезжающих машин (около 70 дБ) и сирен и стройтехники (около 80 дБ). Лучший результат показал вариант с шарами, объединенными в массив. Снижение шума относительно «открытого окна» составило 12-15%.

В дальнейшем школьница планирует проанализировать зависимость шумопоглощения от формы, объема и материала резонаторов, а также разработать программное обеспечение для удаленного анализа внешнего шума и выдачи рекомендаций по настройке экрана под конкретное помещение.

Древовидный мост

Татьяна Позднякова, ученица 10 инженерного класса школы № 185, провела исследование, посвященное применению бионических принципов в проектировании мостов.

Биологические структуры, отточенные эволюцией, могут служить идеальными прототипами для современных инженерных решений. Применение бионики в мостостроении позволяет создавать более легкие, прочные и долговечные сооружения, снижая материалоемкость и затраты. Так, использование бионической архитектуры для авиационных деталей увеличивает удельную прочность на 20% при одновременном снижении веса более чем на 10%.

Школьница решила проверить, работает ли этот принцип в мостостроении. Татьяна разработала две 3D-модели: традиционный арочный мост и бионический. Она распечатала прототипы на 3D-принтере, используя для бионической модели «древовидные» поддерживающие структуры.

Обе модели имели одинаковые параметры: длина — 200 миллиметров, ширина — сто миллиметров, высота — 60 миллиметров, одинаковую площадь опор и были изготовлены из одного материала — АБС-пластика, прочного и жесткого инженерного пластика, который состоит из трех химических частей: акрилонитрила, бутадиена и стирола. К верхней части каждой конструкции прикладывалась нагрузка в 20 килограммов, и программа рассчитывала деформацию и напряжения.

Сравнительный анализ показал, что бионическая модель почти в два раза легче обычной. При этом максимальная деформация снизилась более чем в пять раз, максимальные напряжения уменьшились почти в 4,6 раза, а запас прочности — соотношение предела прочности материала к возникающим напряжениям — вырос с 19 до 89 раз. Это свидетельствует о том, что бионическая конструкция почти в пять раз надежнее обычной.

Школьница также оценила стоимость строительства гипотетического моста длиной 120 метров и шириной 6 метров. Бионический вариант оказался почти в три раза дешевле за счет более простой конструкции, меньшего расхода стали и отсутствия сложных архитектурных элементов, требующих специализированного проектирования и монтажа.

Природа использует оптимальные формы: арки, ребра жесткости, механизмы перераспределения нагрузок. В бионической конструкции нагрузка распределяется равномерно по всему объему, тогда как в традиционной возникают локальные концентрации напряжений — слабые места, где может начаться разрушение.

Так, бионический подход позволяет создавать конструкции, которые работают так же эффективно, как природные системы — кости, стволы деревьев или листья.

Шумозащитный «конструктор»

Ольга Мясищева, ученица 10 класса школы № 1577, разработала строительный блок, который сочетает в себе шумоподавление и возможность быстрого возведения конструкций. В основе замысла — использование эффекта рассеяния звука. Когда звуковая волна попадает на выпуклую или вогнутую поверхность, она отражается под разными углами и теряет энергию.

Ольга спроектировала строительный блок, у которого на лицевой поверхности расположены вогнутые пирамидальные полости. Звук, попадая в такую полость, многократно отражается от стенок, каждый раз теряя часть энергии. Полости могут быть заполнены звукопоглощающим материалом, что усиливает эффект. Наружная поверхность блока остается плоской и гладкой — это решает проблему травмоопасности, характерную для версии с выступающими пирамидами, которую используют повсеместно.

Блок оснащен системой соединения «шип-паз» на боковых гранях, позволяющей быстро и точно стыковать элементы без раствора, как детали конструктора. В этом случае выступ, или шип, на торце одной детали плотно входит в паз, вырезанный в другой, обеспечивая прочное и долговечное соединение. Внутри блоков предусмотрены вертикальные сквозные каналы для арматуры и заполнения монтажной пеной, что добавляет теплоизоляцию и усиливает звукопоглощение.

Модель была разработана в программе 3D-моделирования и напечатана на 3D-принтере из экологичного пластика. Из-за крупных габаритов блок разделили на три части, которые после печати склеили в единое целое. Получился полноценный прототип.

В дальнейшем Ольга планирует продолжить работу над проектом. Она хочет создать силиконовую форму для отливки блоков из гипса или цемента, а затем провести акустические испытания. Ожидаемые преимущества: высокое шумоподавление, теплоизоляция, быстрота возведения и простота конструкции.

Открытые городские научно-практические конференции «Инженеры будущего», «Старт в медицину» и «Наука для жизни» проходят в Москве с 2015 года. Они помогают школьникам выйти за рамки учебной программы и продемонстрировать свои проекты и исследования экспертному сообществу — представителям вузов и работодателей, обсудить свои идеи и получить рекомендации. За успешную защиту проектов старшеклассники могут получить до 10 дополнительных баллов к результатам единого государственного экзамена при поступлении в вузы — партнеры предпрофессиональных классов столичного Департамента образования и науки.

Узнать подробнее о предпрофессиональном образовании в Москве можно на сайте «Поступай в предпроф!» и в канале «Моспредпроф» в мессенджере «Макс».