Физики из Австралии, России и Великобритании создали искусственный двумерный электростатический кристалл, электронные свойства которого можно непрерывно менять электрическим напряжением и магнитным полем.  

Настраиваемый искусственный кристалл сформирован внутри знакомой полупроводниковой структуры — слоя арсенида галлия в арсениде алюминия-галлия. Для этого ученые наложили на двумерный электронный газ (тончайший электронный слой) периодический электростатический рельеф. Меняя напряжения на двух затворах, исследователи смогли в одном и том же чипе перестраивать электронный спектр от «графеноподобного» к «кагоме-подобному», то есть получать разные типы энергетических зон без замены самого образца.

Работа международной группы с участием сотрудников Института физики полупроводников (ИФП СО РАН) опубликована в Nature Physics.

«Главное достижение состоит в том, что в одном и том же полупроводниковом устройстве можно электрически перестраивать искусственный кристалл и переходить от графеноподобных электронных состояний к кагоме-подобной плоской зоне, где на первый план выходят взаимодействия между электронами. Это уже не просто наблюдение отдельных минизон, а управляемая платформа для исследования коллективных квантовых состояний», — пояснил один из авторов работы, старший научный сотрудник Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН кандидат физико-математических наук Виталий Ткаченко.

В кагоме-подобной электронной системе главную роль играет кагоме-решётка. В такой решетке электроны могут почти «застывать» в так называемой плоской энергетической зоне, и тогда на первый план выходят взаимодействия между электронами, их коллективное поведение. Именно при определенном заполнении электронами плоской зоны учёные обнаружили новое коллективное состояние электронов — коррелированный изолятор, свойства которого не удавалось объяснить существующими моделями.

Созданная платформа позволяет моделировать квантовые системы, которые трудно или невозможно воспроизвести в природных материалах. Свойства нового искусственного кристалла можно не только спроектировать заранее, но и перестраивать непосредственно в процессе эксперимента. Работа опубликована в журнале Nature Physics.

Исследование объединило изготовление и измерение образцов, одночастичное численное моделирование и многочастичную теорию. Образцы и транспортные измерения были сделаны в Университете Нового Южного Уэльса; полупроводниковые многослойные структуры арсенида галлия–алюминия галлия арсенида предоставила Кавендишская лаборатория.

Сотрудники Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН кандидаты физико-математических наук Ольга и Виталий Ткаченко сопровождали эксперимент численными расчётами, оптимизировали дизайн трёхмерной полупроводниковой структуры. Многочастичную модель коррелированного состояния развили Олег Сушков и Зеб Крикс из Университета Нового Южного Уэльса.

 «Есть и другие способы создания искусственных кристаллических решеток. Например, их можно “собирать” из атомно-тонких полупроводниковых слоёв, просто накладывая друг на друга как листы бумаги, но с небольшим поворотом. Из-за этого поворота образуется так называемый муаровый узор, как при наложении тюлевых занавесок – он и создает искусственную решетку. Другие исследователи берут за основу двумерный электронный газ, как в обсуждаемой работе, и с помощью травления создают в нем упорядоченно расположенные ямки нанометровых размеров.

Смысл этого направления исследований – усилить энергию взаимодействия электронов друг с другом по сравнению с их кинетической энергией, чтобы создать условия для изучения эффектов коллективного поведения электронов.

Обсуждаемая работа выгодно отличается большей управляемостью искусственного двумерного кристалла с помощью изменения напряжений, прикладываемых к двум металлическим затворам. Этого удалось достичь, объединив усилия по разработке дизайна структур с помощью компьютерного моделирования (ИФП СО РАН, Новосибирск), созданию двумерного электронного газа высочайшего качества (Кавендишская лаборатория, Кембридж) и изготовлению образцов искусственного кристалла (Университет Нового Южного Уэльса)», — комментирует коллега авторов статьи, старший научный сотрудник ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук Алексей Ненашев, специалист в области моделирования квантовых явлений в низкоразмерных материалах.

«Путь от первоначальной идеи и расчётов до работающего устройства занял много лет. Решающее значение имели качество нелегированной гетероструктуры, точность нанолитографии и возможность независимо управлять плотностью электронов и силой периодического потенциала. Экспериментаторам удалось реализовать режим, в котором минизонная структура не скрыта беспорядком и становится доступной для детального транспортного исследования», — отметил Виталий Ткаченко.

Пресс-служба ИФП СО РАН

Иллюстрации - пресс-служба ИФП СО РАН

ДНК обычно называют молекулой наследственности. Именно в ней записана инструкция по развитию и работе живого организма: от цвета глаз до того, какие белки синтезируют наши клетки. Но за последние десятилетия ученые научились смотреть на ДНК шире. Оказалось, что она может быть не только «книгой жизни», но и материалом для нанотехнологий — сверхмалых устройств, лекарств, датчиков, логических схем и архивов данных.

Нанотехнологии работают с объектами размером от одного до нескольких сотен нанометров. Один нанометр — это одна миллиардная доля метра. Для сравнения: толщина человеческого волоса составляет примерно 80–100 тысяч нанометров, а двойная спираль ДНК в поперечнике — около двух нанометров. На таком масштабе привычные материалы и механизмы ведут себя иначе: начинают играть заметную роль электрические заряды, химические связи и случайное тепловое движение молекул.

Биология давно освоила этот уровень. Клетка сама по себе — сложнейшая нанофабрика: белки собираются в молекулярные машины, мембраны отделяют одни процессы от других, а ДНК и РНК хранят, считывают и передают информацию. Поэтому ученые все чаще не пытаются просто уменьшить обычные приборы, а используют принципы, которые уже отработала эволюция. ДНК особенно удобна для этого: ее можно синтезировать, программировать последовательностью «букв» и заставлять отдельные цепочки узнавать друг друга по строгому правилу комплементарности.

Молекула-флешка, молекула-сенсор, молекула-лекарство, молекула-конструктор — все это уже не только красивые метафоры. Многие решения на базе ДНК пока находятся в лабораториях, но некоторые из них проходят испытания или уже применяются в медицине и технологиях.

В живой клетке роли обычно распределены довольно строго. ДНК хранит наследственную информацию, РНК помогает ее считывать и передавать, а большую часть химической работы выполняют белки. Белковые ферменты расщепляют пищу, производят энергию, копируют и восстанавливают ДНК, собирают клеточные структуры и запускают тысячи реакций каждую секунду.

Однако ферментом может быть не только белок. Некоторые молекулы РНК способны ускорять химические реакции — такие РНК называют рибозимами. Позже исследователи создали и искусственные каталитические молекулы на основе ДНК — ДНКзимы, или дезоксирибозимы. Они не обязательно существуют в природе, но могут быть отобраны или сконструированы в лаборатории под конкретную задачу.

Главное преимущество ДНКзимов — программируемость. Меняя последовательность нуклеотидов, ученые могут добиваться того, чтобы молекула узнавала определенную мишень и запускала нужную реакцию. Например, ДНКзим можно настроить на распознавание и разрезание конкретной молекулы РНК, связанной с воспалением, опухолевым ростом или наследственным заболеванием. Поэтому такие системы рассматривают как возможный инструмент для терапии астмы, отдельных видов рака и болезней, при которых важно точечно влиять на работу генов.

Пока это не означает, что белковые ферменты скоро исчезнут из биологии или медицины. Белки остаются гораздо более разнообразными и эффективными природными «машинами». Но ДНКзимы могут занять собственную нишу — там, где важны точность распознавания, относительная простота синтеза и возможность быстро изменить конструкцию под новую молекулярную цель.

Еще один перспективный класс молекул — аптамеры. По принципу работы они напоминают антитела: связываются с нужной молекулой, например, с белком, токсином или компонентом опухолевой ткани. Но антитела — это крупные белки сложной Y-образной формы, которые приходится получать в клеточных культурах. Аптамеры значительно меньше: это короткие одноцепочечные фрагменты ДНК или РНК, которые сворачиваются в нужную пространственную форму и работают как молекулярное лассо.

Аптамеры часто называют «искусственными антителами». Их можно получать химическим синтезом, сравнительно быстро модифицировать и подбирать к новым мишеням. Они уже рассматриваются как основа для биосенсоров, диагностики рака, нейтрализации токсинов и адресной доставки лекарств. Но важно различать перспективные лабораторные решения и готовые препараты: многие ДНК- и РНК-аптамеры находятся на стадиях доклинических исследований или клинических испытаний.

Известный пример терапии с участием аптамеров связан с возрастной макулярной дегенерацией — одной из ведущих причин потери зрения у пожилых людей. Однако зарегистрированный в США препарат пегаптаниб относится к РНК-аптамерам, а не к ДНК-аптамерам. Он блокирует фактор роста сосудов VEGF и применяется при влажной форме заболевания, когда патологические сосуды повреждают сетчатку. В обзоре 2025 года отмечается, что пегаптаниб стал первым одобренным аптамером, а в клинической практике уже появились и другие препараты этого класса для лечения возрастной макулярной дегенерации.

Одна из самых зрелищных областей ДНК-нанотехнологий называется ДНК-оригами. Ее принцип похож на сборку конструктора, только детали здесь имеют молекулярный размер. Ученые берут длинную цепочку ДНК — условную «нить основы» — и множество коротких цепочек-«скобок». Каждая скобка узнает свой участок основы по правилу комплементарности: аденин соединяется с тимином, а гуанин — с цитозином.

Если правильно рассчитать последовательности, цепочки сами находят нужные места и складывают длинную нить в заданную форму. Получаются структуры размером в десятки или сотни нанометров: плоские фигуры, коробочки, трубки, многогранники, звездочки и даже простейшие движущиеся механизмы. В научных иллюстрациях часто показывают наноэмодзи и сложные геометрические фигуры, но реальная ценность метода — не в молекулярных картинках.

ДНК-оригами можно использовать как каркас для других молекул. На такой конструкции можно расположить лекарства, ферменты, частицы металла или датчики в строго определенном порядке. В перспективе это позволяет собирать наноконтейнеры для адресной доставки препаратов. Представим условную капсулу, которая остается закрытой в кровотоке, но открывается только после встречи с молекулярным маркером опухоли. Такой подход может помочь уменьшить побочные эффекты терапии: лекарство будет действовать не на весь организм, а преимущественно в нужной ткани.

Другая задача — диагностика. Наноструктура из ДНК может нести несколько «крючков» для разных биомаркеров одновременно. Если все нужные мишени обнаружены, конструкция меняет форму или выдает оптический сигнал. В итоге анализ может стать более чувствительным и точным. Кроме того, ДНК-оригами используют для изучения фундаментальной биологии: они позволяют с нанометровой точностью размещать молекулы и наблюдать, как те взаимодействуют друг с другом.

У метода есть и ограничения. Конструкции должны сохраняться в организме, не разрушаться ферментами, не вызывать нежелательную иммунную реакцию и попадать именно туда, где нужны. Поэтому от эффектного лабораторного прототипа до реального лекарства может пройти много лет. Но сам принцип самосборки уже стал важным инструментом наномедицины и материаловедения. Обзоры исследований описывают ДНК-оригами как подход «снизу вверх», в котором сложные структуры получают за счет самосборки нуклеиновых кислот.

И тут встает вопрос - если ДНК хранит информацию в клетке, почему бы не записывать в нее и другие данные? В цифровом мире все сводится к нулям и единицам. В ДНК же есть четыре химические «буквы» — A, T, G и C. Их можно использовать как алфавит для кодирования текста, фотографий, аудиофайлов или видео.

Сначала файл переводят в цифровую последовательность, затем заменяют комбинации нулей и единиц на фрагменты ДНК. После этого нужные цепочки синтезируют и сохраняют. Чтобы прочитать запись, молекулы секвенируют — определяют порядок букв — и снова переводят его в цифровой файл. Идея кажется экзотической, но эксперименты уже показали, что на ДНК можно надежно записывать и извлекать разные типы данных.

ДНК особенно привлекательна для долгосрочного архивного хранения. Ей не нужно постоянное питание, как серверу; она не требует регулярной замены носителей, как жесткий диск; а при правильных условиях может сохраняться очень долго. В природе именно долговечность ДНК позволяет ученым читать генетический материал древних людей, животных и растений. Конечно, для надежного хранения искусственную ДНК нужно защищать от влаги, кислорода, света и ферментов, но в сухом и прохладном виде она может быть крайне устойчивой.

Один из самых известных экспериментов состоялся в 2017 году. Специалисты закодировали в ДНК записи двух концертных композиций с джазового фестиваля в Монтрё: «Smoke on the Water» группы Deep Purple и «Tutu» Майлса Дэвиса. Записи удалось затем восстановить без потери качества. Архив фестиваля внесен в программу ЮНЕСКО «Память мира», а эксперимент стал наглядной демонстрацией возможностей ДНК как носителя культурного наследия.

Но говорить, что ДНК уже готова заменить флешки и облачные хранилища, пока рано. Синтез больших объемов ДНК остается дорогим, а запись и чтение данных занимают время. Поэтому ближайшее применение технологии — не повседневные файлы, а редкие, особо ценные и долговечные архивы: фонды библиотек, музейные коллекции, государственные документы, научные базы данных. По оценке одного из обзоров, теоретическая плотность хранения ДНК чрезвычайно высока: в одном грамме вещества можно было бы разместить до 215 петабайт информации.

Отдельное направление — ДНК-криптография. В этом случае нуклеотидные последовательности используют не просто как носитель информации, а как элемент защиты. Сообщение можно зашифровать, скрыть среди множества других последовательностей или сделать доступным только при наличии конкретного молекулярного «ключа». Такие методы пока в основном исследовательские, но они интересны как пример того, как биологические принципы могут работать в информационной безопасности.

Наконец, существует идея ДНК-компьютеров. В обычном процессоре логические операции выполняют электронные элементы на основе кремния. В ДНК-вычислениях вместо электрических сигналов используют связывание и разделение цепочек, а также другие биохимические реакции. Такие системы не предназначены для замены ноутбука или смартфона. Их сильная сторона — способность параллельно обрабатывать огромное число молекулярных вариантов. В будущем подобные вычисления могут пригодиться для решения отдельных задач в химии, биологии, диагностике или поиске оптимальных комбинаций.

ДНК остается молекулой, созданной природой для хранения генетической инструкции. Но человек постепенно учится использовать ее как универсальную наноплатформу. Она может узнавать цели, переносить лекарства, собираться в заданные конструкции, защищать сообщения и хранить цифровые архивы. И, возможно, однажды семейные фотографии, редкие фильмы или данные научных экспедиций действительно будут передаваться потомкам не на дисках и серверах, а в нескольких почти невидимых крупинках синтетической ДНК.

Сергей Исаев

Изображение сгенерировано нейросетью

Как уже сообщали российские СМИ, в феврале этого года на Форуме будущих технологий Президент РФ Владимир Путин объявил о начале реализации нового Национального проекта, связанного с биоэкономикой.  Правительству было поручено оперативно подготовить и разработать долгосрочную стратегию развития биоэкономики на период до 2036 года и на дальнейшую перспективу (возможно, до середины столетия). В соответствии с этими поручениями правительство должно обеспечить разработку и принятие комплекса мер, направленных на поддержку прикладных проектов в области биоэкономики на всех этапах их осуществления.

Интересно, что в перечне президентских поручений фигурирует пункт о формировании программ популяризации биотехнологий и биоэкономики (с участием заинтересованных организаций) и требование обеспечить их реализацию.

Полагаем, что данный пункт продиктован серьезным прагматическим расчетом. Несмотря на то, что о биотехнологиях у нас пишут и рассуждают давно (еще с советских времен), в общественном сознании их пока не связывают с биоэкономикой как принципиально важным стратегическим направлением развития экономики как таковой.

Напомним, что сам этот термин ввел в оборот румынский математик и экономист Николас Джорджеску-Реген в конце 1970-х годов. В его понимании биоэкономика являлась моделью, жестко ограниченной возможностями биосферы и законами термодинамики. Эта идея развивалась им в русле известного доклада Римскому клубу «Пределы роста», озвученного в 1972 году. В 1992 году этот термин был официально введен в международную практику на конференции ООН по окружающей среде в Рио-де-Жанейро в контексте так называемого «устойчивого развития» и рационального использования морских ресурсов.

В середине «нулевых» термин получил переосмысление внутри Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) и Евросоюза. Биоэкономику перевели в разряд «экономики знаний». С этого момента под ней стали понимать сектор, в котором главными драйверами роста являются генная инженерия, промышленная микробиология и возобновляемая биомасса как альтернатива ископаемому топливу.

Примерно в таком значении понятие биоэкономики к концу «нулевых» годов проникло в российскую академическую среду. В частности, биоэкономика была тогда увязана с «зелеными» технологиями и низкоуглеродным развитием. С 2012 года концепция вышла на государственный уровень, когда была принята Комплексная программа развития биотехнологий до 2020 года (БИО-2020). В 2020 году Президент РФ Владимир Путин обозначил биоэкономику в качестве одного из важных направлений технологического суверенитета страны. И, наконец, в январе 2026 года произошло окончательное закрепление биоэкономики в качестве ключевого вектора экономического развития нашей страны.

Отметим, что в настоящее время примерно так оценивают биоэкономику и на Западе, которая считается там важным «стратегическим активом». Так, на сегодняшний день европейская биоэкономика уже составляет более 5% ВВП Евросоюза, обеспечивая более 17 миллионов рабочих мест. По мнению западных экспертов, она начинает играть всё более возрастающую роль в конкурентоспособном и устойчивом росте.

Показательно, что с момента принятия первой европейской стратегии по данному направлению четырнадцать лет назад, биоэкономика совершила огромный скачок: от разрозненного сектора к полноценной промышленной платформе, способной объединить сельское хозяйство, исследования и промышленность. И что особенно важно в свете «низкоуглеродных» трендов: в рамках биоэкономики формируются новые цепочки поставок, способные преобразовать отходы и биомассу в передовые материалы. Теперь этот путь тесно связан с развивающейся европейской политической структурой, которая направлена на упрощение регулирования и на укрепление рынков биопродуктов.

В этой связи подчеркнем один очень важный момент. Первая стратегия Евросоюза по биоэкономике, разработанная еще 14 лет назад, ставила во главу угла альтернативы технологиям на основе нефти и традиционных химикатов. Это альтернативное направление развивала тогда относительно небольшая группа компаний, а сам этот сектор был крайне фрагментирован. Принятая стратегия включала в себя три «столпа»: 1) экологический – с упором на «зеленые» технологии; 2) экономический и промышленный – с упором на создание конкурентной продукции; 3) социальный, связанный с вовлечением так называемых «первичных производителей» - фермеров, рыбаков, операторов аквакультуры, а также тех, кто отвечает за рост лесов как природного ресурса. Для реализации данной стратегии был создан специальный инновационный инструмент, названный «Совместным предприятием биоэкономических отраслей».

Чтобы оценить масштаб этой экономической стратегии, отметим, что она охватывает огромное количество производств – от производства косметики до производства альтернативных белков, строительных материалов и химикатов. Как постоянно подчеркивают западные эксперты, биоэкономика – это междисциплинарный сектор, охватывающий широкий спектр инструментов, технологий и продуктов. Если брать пример Европы, то за последние 10 лет в рамках государственно-частного партнерства реализуется порядка 220 проектов на сумму свыше миллиарда евро – от лабораторных изысканий до строительства принципиально новых предприятий (причем, все эти предприятия отличаются друг от друга). И что еще показательно: на каждый евро государственных инвестиций приходится три евро частных инвестиций. То есть мультипликативный эффект такого государственно-частного партнерства огромен. Поэтому неудивительно, что с момента старта программы в ней участвовало всего тридцать компаний. Теперь их количество возросло до четырехсот!

Еще более показательным моментом является тот факт, что сегодня шаги в направлении биоэкономики предпринимают Китай, Япония, США и страны Латинской Америки. И как мы видим, российское руководство также разворачивается в этом направлении (о чем, кстати, уже начали писать в западных СМИ).

Обращение руководства РФ к теме биоэкономики вызвано целым комплексом жестких экономических, политических и технологических вызовов. В первую очередь речь идет о достижении технологического суверенитета в критически важных секторах. Взять, например, агропромышленный комплекс. Несмотря на то, что наша страна вышла на самообеспечение по зерну, она сохраняет зависимость от импортных кормовых добавок (аминокислот, витаминов), ветеринарных препаратов и семенного фонда. Развитие биоэкономики призвано закрыть эти уязвимые места за счет отечественной геномной селекции и отечественных биореакторов.

То же самое касается пищевой и химической индустрии, где до последнего времени почти 90% заквасок для молочной промышленности, ферментов для хлебопечения и стимуляторов роста закупались за рубежом. Единственный способ избежать дефицита указанных компонентов – создать собственный микробиологический синтез.

Еще один важный момент. Россия часто позиционируется как «энергетическая держава», зависящая от продажи углеводородов. Падение на Западе спроса на российскую нефть и газ создает дополнительное геополитическое давление на нашу страну. В этом плане биоэкономика предлагает – вместо обычной продажи природных ресурсов – создавать продукты высокой добавленной стоимости. Например, вместо продажи древесины осуществлять ее глубокую биохимическую переработку в биопластики, эко-композиты и высокотехнологичное биотопливо.

Причем, Россия обладает колоссальными запасами возобновляемой биомассы: лесные ресурсы, излишки зерновых культур, пустующие сельхозугодья. Всё это может стать источником сырья для инновационных биофабрик. Отметим, что мировые рынки начинают переходить на жесткие экологические стандарты, и этот момент необходимо принимать во внимание при выстраивании стратегий экономического развития.

Биоэкономика как раз идет в ногу с указанными экологическими требованиями. Поэтому развитие биоразлагаемых материалов, утилизация отходов с помощью микроорганизмов и внедрение «чистых» технологий в металлургию и энергетику крайне необходимы России для сохранения конкурентоспособности на рынках Азии и Ближнего Востока.

Важно, что для реализации такой стратегии наша страна располагает необходимым интеллектуальным потенциалом. Так, у нас сохранился мощный базис советской промышленной микробиологии, а также имеются сильные современные научно-исследовательские центры – Курчатовский институт, МФТИ, институты РАН (включая Сибирское отделение), способные создавать конкурентные технологии мирового уровня.

Константин Шабанов

Изображение сгенерировано нейросетью

Ученые из Института археологии и этнографии СО РАН и Новосибирского государственного университета реконструировали технологию изготовления серег средневекового погребения, раскопанных на могильнике Койбалы в Хакасии в 1985 году. Выяснилось, что металлические фигурки не сразу имели форму ушных украшений, а были переделаны из более сложных по форме изделий. Исследование об этом опубликовано в журнале «Археология, этнография и антропология Евразии». 

Две серьги с подвесками были обнаружены экспедицией лаборатории гуманитарных исследований НГУ во главе с ее зеведующим, доцентом кафедры археологии и этнографии кандидатом исторических наук Сергеем Григорьевичем Скобелевым в 1985 году в погребении кургана 7 в составе могильника Койбалы, расположенного на правом берегу реки Абакан в Хакасии. Часть захоронений на могильнике относится к культуре енисейских кыргызов и датируется предмонгольским и монгольским временем (XII—XIII вв. н. э.). Курган 7 датируется более ранним, древнетюркским периодом. Украшения хранились в тайнике, сооруженном в стенке могилы взрослого человека. Помимо серег, в могиле были обнаружены череп и длинные кости ног коня, а также два стремени и железные детали украшений конской сбруи. По предположениям исследователей, могила принадлежала женщине.

Заведующий лаборатории гуманитарных исследований НГУ кандидат исторических наук Олег Андреевич Митько, принимавший участие в раскопках: «Могила была ограблена, череп и большая часть костей скелета отсутствовали. Выводы о том, что это захоронение женщины, были сделаны по составу погребального инвентаря. Снаряжение верхового коня встречается как в мужских, так и женских захоронениях, но такие очевидные маркеры мужской субкультуры, как элементы поясного набора, наконечники стрел и роговые накладки на лук, отсутствовали».

Серьги выполнены в виде крылатой антропоморфной фигуры монголоидной внешности, формы которой напоминают женские. Над высокой прической фигуры расположен нимб, а в руках на уровне груди она держит сосуд. Крылья фигуры опущены вниз, хвост плавно загнут на тыльную сторону, где прикреплены проволочные дужки. В месте загиба хвоста припаяны петли, к которым крепятся крупные ромбовидные подвески. Композиция дополнена семью пустотелыми шариками-подвесками на витых проволочках по сторонам нимба, на концах крыльев и у ромбовидных подвесок, припаянных к хвосту.

Олег Митько и ведущий научный сотрудник Института археологии и этнографии СО РАН доктор исторических наук Павел Владимирович Волков продолжили исследование Сергея Скобелева, поставив задачу определения технологии изготовления изделий, использовавшихся инструментов и химического состава металла.

Изучение технологии изготовления показало, что изначально изделия не были задуманы как ушные украшения. Ученым удалось выявить два технологических этапа работы с артефактом, произведенных тремя мастерами разной квалификации. Третий этап был связан с ремонтов поврежденной части одной из серег.

На первом этапе были изготовлены два идентичных изделия из сплава серебра с содержанием меди (1—2 %). Они имели вид уплощенных декорированных фигур в форме птицы с рельефными человекообразными изображениями в центре. Поверхность изделия была украшена декором с использованием витой нити и скани (тонкой металлической проволоки). Работа была выполнена мастером высокой квалификации. 

На втором этапе изделия были переоформлены в составные многоэлементные серьги. С помощью тонкой серебряной проволоки к ним были прикреплены дополнительные элементы — округлые шарики-подвески. В процессе работы на поверхности изделия были оставлены вмятости и заусенцы, свидетельствующие о более низкой квалификации второго мастера. Несмотря на это, форма дужек серег произведена профессионально и сравнима с современными аналогами. «Дужки серег выполнены в виде вопросительного знака. Это очень древний способ ношения ушных украшений, подвешенных в отверстия на мочках. Он берет свое начало еще с эпохи бронзы и так же, как и в настоящее время, является, пожалуй, самым надежным и рациональным способом», — пояснил Олег Митько. 

После того, как изделия были переоформлено в серьги, они длительное время использовались, пока один из элементов не оказался поврежден. Тогда серьги были отремонтированы третьим мастером при помощи иных технологий и инструмента. Артефакт был поврежден боковым сжатием, что привело к образованию трещины и излома на крыле одного изделия. При ремонте оно было не припаяно, а прикреплено проволокой, и отверстия пробивались пробойником большого диаметра. Квалификация мастера, ремонтировавшего серьги, оказалась значительно ниже, чем у мастеров по изготовлению и переоформлению. «В морфологическом и художественном отношении серьги достаточно архаичны и, возможно, к моменту совершения захоронения вышли из “моды”, но их семантическое значение было для владельца важнее, чем сохранность. Удаленность от ремесленных центров также сыграла свою роль: если бы у владельца была возможность отдать в их в руки профессионального ювелира, то и ремонт был бы сделан качественно, с помощью пайки», – рассуждает Олег Митько. 

В 1990 году Сергей Скобелев опубликовал статью «Подвески с изображением древнетюркской богини Умай», посвященную детальному описанию находок и интерпретации образа артефакта. Ученый предположил, что головное украшение соответствует фольклорным описаниям древнетюркской богини Умай — покровительницы женщин и детей. Изображение человека, по мнению Сергея Скобелева, имеет сходство с каменными изваяниями тюрков, что проявляется в статичности позы, монголоидном облике, сосуде, который удерживает фигура обеими руками на уровне верхней части живота. Однако аналогий среди предметов мелкой пластики тюркской культуры, подобных серьгам по формальным признакам, функциональным и техническим особенностям, обнаружено не было. 

Олег Митько: «У древнетюркских народов в ранний период их формирования существовали представления о существовании божественного пантеона, в котором особенно почитались три основных персонажа. В орхонских рунических памятниках упоминается о Тенгри, Умай и Ыдук Йер-Суг, но изображения ни одного из них до нас не дошло. Их образы передавались посредством природных явлений и символических предметов. Так верховным божеством древних тюрков считалось Тенгри, олицетворением, которого было Небо, Ыдук Йер-Суг персонифицировало собой “священную землю и воду”, символами подательницы всех благ богини Умай были лук и стрелы. Антропоморфные изображения божественного пантеона до нас не дошли или вовсе отсутствовали, хотя традиция изготовления каменных скульптур была широко распространена в степной части Евразии».

Определить точную этнокультурную принадлежность артефакта также непросто. Для этого исследователям необходимо построить типологическую систему близких образу крылатой богини по художественному стилю технологий изготовления украшений и соотнести их с изделиями из традиционных ремесленных центров Китая, Ближнего и Среднего Востока. Однако серьги из могильника Койбалы относятся к индивидуальному производству и, скорее всего, делались на заказ в единственном экземпляре. Одним из фактов, позволяющих сделать предположение об этнической принадлежности хозяйки украшений, является погребальный обряд.

«Судя по известным к настоящему времени погребениям со шкурой коня, они могли быть связаны с населением Уйгурского каганата, ядро которого составляли телеские племена. На закате своей истории они в течении 20 лет вели военные действия против енисейских кыргызов, занимавших территорию Хакасско-Минусинского края. Война закончилась победой кыргызов, захвативших уйгурскую столицу Орду-Балык, находившуюся в степях современной Монголии и созданием ими собственного Кыргызского каганата», — рассказал Олег Митько.  

Находка в средневековом погребении уникальных по технике изготовления и художественным особенностям серег обогащает представления ученых о культуре древнетюркских народов. Украшения не только выступают важным многоуровневым источником информации для изучения роли и положения женщин в древнетюркском обществе, но и содержат в себе потенциальную возможность для социального моделирования других древних социумов.

«Находка ювелирного украшения, изготовленного мастером высокого уровня, позволяет считать его очень яркой и дорогой семейной реликвией. Судя по степени износа, ее, вероятно, передавали из поколения в поколение, и она служила не только украшением, но показателем социальной зрелости и принадлежности к высшим слоям общества», — отметил О. А. Митько.

Студентка ГИ НГУ Алёна Снегирева

Фото из архива Олега Митько

Беспилотник медленно проходит над картофельными кустами на высоте нескольких метров. Его задача – не снять красивую панораму поля и не оценить будущий урожай в целом, а заметить небольших полосатых насекомых на листьях. В другом месте камера наблюдения фиксирует остановившийся в полосе автомобиль или задымление на охраняемой территории. Ещё одна камера считывает государственный регистрационный знак перед шлагбаумом – и система решает, открыть проезд, запросить проверку или сообщить о нестандартной ситуации.

Эти сценарии объединяет не только камера. В Центре искусственного интеллекта Новосибирского государственного университета создают программно-аппаратные комплексы, в которых искусственный интеллект должен взять на себя рутинное наблюдение за средой, быстро выделить из потока данных событие и передать человеку уже готовую информацию для решения. Три разработки центра – «Колорад‑детектор», комплекс «Детектирование событий в медиа контенте, транспорте и дорожном движении» и «Умный шлагбаум» – рассчитаны на разные сферы, однако используют общий принцип: анализировать данные как можно ближе к месту, где они появляются. Руководит этими проектами директор Института интеллектуальной робототехники Алексей Григорьевич Окунев.

Для сельского хозяйства такой подход может означать переход от обработки всего поля к работе с конкретными очагами вредителя. Центр искусственного интеллекта НГУ совместно с агрокомпанией «Дары Ордынска» проводит полевые испытания «Колорад‑детектора» – системы поиска колорадского жука на картофельных посадках с помощью беспилотника и нейросетей.

Обычно агрономы оценивают состояние поля, обходя его по выборочным маршрутам. Такой осмотр даёт представление о ситуации в целом, но может не показать ранние и локальные очаги распространения вредителя. В результате инсектицидами нередко обрабатывают всю площадь, хотя жук может находиться лишь на ограниченных участках.

«Если точно определить очаги заражения, можно локально обработать их и не заливать химией всё поле», – объяснил инженер Центра искусственного интеллекта НГУ Максим Магиров.

Система ищет не следы повреждения растений, а самих насекомых. Это принципиально: заметная дефолиация означает, что жук уже успел начать питаться, тогда как взрослые особи могут быть видны на верхней части растений раньше. Беспилотник несёт модуль из четырёх камер, установленных веерно: такая конфигурация позволяет за один проход охватывать более широкую полосу посадок. Одноплатный компьютер на борту получает изображения, обрабатывает их алгоритмами машинного зрения и передаёт на наземную станцию не весь поток кадров, а результат – координаты обнаружений.

На ноутбуке агронома открывается веб‑приложение с картой поля и отмеченными точками. Дальше решение остаётся за специалистом: он может проверить участок и определить необходимость обработки. Технология не обещает заменить агронома, но может дать ему более подробную картину и сократить время на поиск проблемных зон.

«Личинки с воздуха увидеть сложнее, поскольку они часто находятся под листьями, и текущая версия алгоритма на них не обучена. Зато взрослых жуков, сидящих на верхней части растений, можно обнаруживать поштучно», – уточняет Максим Магиров.

Сейчас команда подбирает оптимальную высоту полёта – беспилотник работает примерно в трёх-четырёх метрах над кустами, – испытывает аппаратуру в реальных условиях и расширяет набор данных для обучения модели. До сих пор в нём преобладали синтетические изображения колорадского жука. Для надёжной работы алгоритму нужны и реальные кадры: при разном освещении, на разных стадиях роста картофеля, с меняющимся фоном и углом съёмки.

«Полевые испытания нужны не только для настройки высоты полёта, но и для накопления реальных изображений, по которым мы сможем дообучить нейросеть», – отметил разработчик.

Похожая логика – отделять важное от информационного шума – лежит в основе проекта «Детектирование событий в медиа контенте, транспорте и дорожном движении». Но здесь нейросеть смотрит уже не на картофельное поле, а на дорожную ситуацию и охраняемые объекты. Программно-аппаратный комплекс видеоаналитики должен автоматически распознавать типы транспорта, собирать статистику движения, замечать ДТП, пробки и остановки автомобилей в полосе. В перечень возможных событий также входят огонь, дым, лежащий человек, оставленный без присмотра объект, курение и распитие напитков.

Для оператора, который следит за десятками камер, самая сложная задача – не увидеть нужное событие, а не пропустить его в непрерывном видеопотоке. Система может взять на себя первичный анализ: выделить кадр, указать время и тип происшествия, а затем передать сигнал человеку или интегрированной системе безопасности.

«Система должна не просто собирать картинку с камер, а в автоматическом режиме понимать, что происходит на дороге или на охраняемой территории, и быстро передавать сигнал оператору», – объяснил младший научный сотрудник Центра искусственного интеллекта НГУ Виталий Кудинов.

Особенность комплекса заключается в бортовой, или периферийной, обработке. Вместо отправки всего видеопотока на центральный сервер данные анализируются на устройстве рядом с камерой. Для этого разработчики портируют модели на доступные одноплатные компьютеры. В условиях, где связь ограничена или нестабильна – например, на трассах, удалённых объектах или в пригороде, – это помогает снизить нагрузку на сеть и сохранить работоспособность системы.

По данным разработчиков, такой подход позволяет сократить затраты более чем на 50% по сравнению с решениями, требующими более дорогостоящего оборудования, а время реакции комплекса составляет до трёх секунд с момента определения события до появления сигнала на терминале оператора. Подтверждённые метрики точности отдельных детекторов превышают 80%.

«На центральный сервер уходят уже только результаты обработки. Система становится надёжнее, быстрее реагирует и требует меньше трафика», – рассказал Виталий Кудинов.

Сам комплекс не предназначен для формирования видеоархивов. Эту функцию могут выполнять продукты индустриальных партнёров, в частности ITX компании Netris. Видеоаналитика передаёт в такую систему сведения о событии, а оператор при необходимости получает фрагмент до и после него. Сейчас разработка дорабатывается и расширяется под задачи индустриального партнёра; в дальнейшем полученные компетенции планируется использовать в решениях для более широкого внедрения.

Если «Колорад‑детектор» помогает заметить объект в поле, а видеоаналитика – событие на дороге или территории, то «Умный шлагбаум» должен не только распознать происходящее, но и выполнить физическое действие. Российский программно-аппаратный комплекс автоматизирует контур пропуска транспорта: распознаёт государственные регистрационные знаки, сверяет их с белым списком, управляет открытием и закрытием шлагбаума, фиксирует въезд и выезд.

Потенциальные площадки для внедрения – КПП, парковки, жилые комплексы, строительные площадки и другие охраняемые территории. На таких объектах у сотрудника охраны нередко остаётся много однотипной работы: проверить номер, выдать разрешение, отметить проезд, подготовить отчёт. Разработчики предлагают передать стандартные операции системе, сохранив за человеком настройку правил и контроль нестандартных ситуаций.

«Это автоматизация всего контура пропуска транспорта: контроль проезда, открытие и закрытие шлагбаума, документирование того, кто въехал и кто выехал», – отметил инженер Центра искусственного интеллекта НГУ Александр Шовкопляс.

Распознавание номеров построено на базе свёрточной сети. Но архитектура «Умного шлагбаума» включает не только модуль компьютерного зрения. В ней работают три ИИ-агента на базе большой языковой модели: ИИ-агент-вахтёр, ИИ-агент-техспециалист и ИИ-агент-начальник. Первый проверяет детекции, работает с белым списком и управляет шлагбаумом. Второй следит за состоянием комплекса и должен выявлять возможные неисправности. Третий служит интерфейсом для сотрудника: помогает оформлять пропуска, формировать отчёты, собирать статистику и отвечать на вопросы о проездах или отказах во въезде.

«ИИ-агент-начальник – это ассистент для человека: у него можно спросить, кто и в какой момент въезжал, кому было отказано, и получить нужную информацию в рабочем режиме», – объяснил Александр Шовкопляс.

Система учитывает и исключения, которые неизбежны в реальной жизни: например, необходимость пропустить спецтранспорт, даже если его номер не внесён в белый список. В состав комплекса входят камера, контроллер шлагбаума, серверная часть с агентами и программное обеспечение. Специального уникального оборудования для развёртывания не требуется, однако прототип предстоит проверить в более сложной конфигурации.

Сейчас «Умный шлагбаум» работает с одной камерой. Следующий этап – внедрение на кампусе Новосибирского государственного университета, где предполагается подключить несколько камер и шлагбаумов. Команда также планирует добавить уведомления на электронную почту или в мессенджеры, а в перспективе расширить функции контроля периметра и безопасности территории.

Все три проекта различаются масштабом наблюдаемого объекта: от отдельного жука на листе до автомобиля перед КПП и дорожной ситуации в целом. Но в каждом случае искусственный интеллект выступает не как абстрактный собеседник, а как инструмент, который помогает заметить событие, отфильтровать поток данных и ускорить практическое решение. На поле это может означать более точную химическую обработку, на трассе – более быстрый сигнал о нештатной ситуации, на въезде – освобождение человека от повторяющихся проверок.

Сергей Исаев

Фото и изображение предоставлены Центром искусственного интеллекта НГУ

Студент 4-го курса Физического факультета Новосибирского государственного университета Андрей Орлов при поддержке стартап-студии НГУ стал победителем конкурса «Студенческий стартап» с проектом по созданию настольного плазменного активатора поверхностей. Прибор предназначен для подготовки деталей и плат к покраске, склейке и пайке с помощью холодной плазмы, без использования вакуума, газовых баллонов и химических реагентов. Разработка ведётся в рамках гранта Фонда содействия инновациям, средства которого направлены на создание рабочего прототипа устройства.

Интерес к плазменным технологиям возник у Андрея во время работы в лаборатории 4.2 Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе, где он занимался численным моделированием плазмы. Вместе с двумя одногруппниками он подготовил доклад на Международную научную студенческую конференцию, которая ежегодно проходит в НГУ.

— В какой-то момент мне стало интересно, где и как ещё используют плазму. Почитав научные статьи, я наткнулся на термин «диэлектрический барьерный разряд». Меня заинтересовала эта тема, потому что разряд возникает вообще без вакуума. Также я прочитал статьи про антимикробную обработку через активные частицы — это смежная область, но она очень сильно развила интерес, мне показалось это очень перспективно, — рассказывает Андрей.

Выбор конкретной ниши — подготовка поверхностей пластиковых деталей и плат — был обусловлен практической потребностью: у коллеги-одногруппника есть 3D-принтер, и проблема плохой адгезии (сцепления) краски и клея к напечатанным деталям — это ежедневная задача, с которой сталкиваются все, у кого нет вакуумного оборудования.

В основе разрабатываемого прибора — диэлектрический барьерный разряд, который зажигается прямо в воздухе при обычном атмосферном давлении. Между металлическим электродом, закрытым керамическим или стеклянным диэлектриком, и обрабатываемой деталью выдерживается зазор 3–5 мм, после чего подаётся переменное высокое напряжение до 10 кВ частотой 10–20 кГц. В зазоре возникает холодная плазма — газ остаётся комнатной температуры, деталь не нагревается и не плавится, а на её поверхности образуются активные частицы, которые делают материал смачиваемым.

— Ставите свою деталь в камеру и через выбранное время поверхность становится смачиваемой: краска, клей и покрытия держатся в разы лучше, — поясняет Андрей Орлов.

Прямых российских аналогов настольного атмосферного плазменного активатора с закрытой камерой и автоматическим циклом на сегодняшний день нет. Зарубежные автоматизированные решения — это либо вакуумные системы, либо установки, требующие газовых баллонов. Они крупногабаритны, достаточно дорогостоящие — цена варьируется от 600 тысяч до 1,6 миллиона рублей, не экологичны, так как при работе с ними применяются химические реагенты и растворители. Кроме того, для их использования и обслуживания необходим специально обученный персонал. Существующие же ручные активаторы позволяют производить только точечную обработку и не подходят для работы с платами и партиями деталей.

— Отличие разрабатываемой нами установки состоит в том, что мы работаем при обычном атмосферном давлении, без вакуума и газа, в закрытой камере с повторяемым циклом по таймеру, — подчёркивает Андрей.

Проект реализует команда из трёх студентов Физфака НГУ, все они также являются сотрудниками лаборатории 4.2 Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе. Научный руководитель — кандидат физико-математических наук Владимир Александрович Андрющенко.

Роли в команде распределены следующим образом: Андрей Орлов (кафедра физики технических систем, ФТИ) выступает руководителем проекта, занимается разрядной системой и проводит испытания. Павел Коваленко (кафедра автоматизации физико-технических исследований, АФТИ) отвечает за конструкцию — корпус, сборку, держатели образцов. Лев Квасников (кафедра АФТИ) занимается схемотехникой, в первую очередь высоковольтным преобразователем: у него уже был опыт сборки подобных ZVS-преобразователей.

Работа над проектом ведется с начала 2026 года, когда ребята начали готовиться к подаче заявки на грант. На данный момент команда закрыла первый этап: разработано и рассчитано техническое задание, готова принципиальная схема высоковольтного преобразователя и концепция разрядной системы, проведены консультации с экспертами, чтобы проверить соответствие параметров будущего устройства предъявляемым требованиям.

Средства гранта будут направлены на зарплату команды, закупку материалов для сборки, измерительное оборудование, а также на оплату услуг внешних подрядчиков — изготовление плат, помощь патентного поверенного для подачи заявки на полезную модель и бухгалтерское сопровождение.

— К концу срока действия гранта должны быть готовы и испытаны рабочие прототипы, — рассказывает Андрей. — Ближайшая цель — довести прототип до уровня, на котором он решает заявленную задачу. Дальше — запуск пилотных установок у нескольких партнёров и продажи.

Плазменный активатор востребован в приборостроении и микроэлектронике, на малых производствах и в мастерских, работающих с пластиком и композитами. Отдельная ниша — 3D-печать, поскольку детали с принтера часто плохо красятся и клеятся без подготовки поверхности.

— Сейчас у наших потенциальных потребителей выбор стоит между не самой безопасной химией и дорогим импортным вакуумным оборудованием. Мы же предлагаем им доступное альтернативное решение, — резюмирует Андрей Орлов.

Проект поддержан Фондом содействия инновациям в рамках программы «Студенческий стартап» мероприятия «Платформа университетского технологического предпринимательства» федерального проекта «Технологии».

Пресс-служба Новосибирского государственного университета

Президент РАН академик Геннадий Яковлевич Красников провел встречу с и.о. председателя СО РАН академиком Дмитрием Марковичем Марковичем и членами Президиума Сибирского отделения на площадке Дома ученых РАН в Новосибирске. Участники обсудили вопросы и детали организации науки в Российской Федерации в целом и непосредственно в Сибирском макрорегионе. 

В своем вступительном слове Дмитрий Маркович коснулся истории развития науки и образования в Сибири, напомнив, что во время Великой Отечественной войны в Новосибирск эвакуировали много промышленных предприятий и заводов, в результате чего здесь начал формироваться мощный индустриальный центр. «В 1956 году для нашего региона были сформулированы новые амбициозные задачи, и в рамках этой парадигмы государство приняло решение об образовании Сибирского отделения Академии наук с целью развития производительных сил в Сибири», — рассказал академик Маркович. Он перечислил ряд достижений сибирских ученых, которые получили высокую оценку государства, и подчеркнул, что вложения в инфраструктуру СО АН в последующем многократно окупились. Крайне важным этапом также стала программа «Сибирь», у истоков которой стоял академик Гурий Иванович Марчук и которая должна была дать новый импульс для сибирской экономики. 

Говоря о текущей деятельности СО РАН, Дмитрий Маркович акцентировал: «Как часть РАН, мы работаем в рамках синхронизации приоритетов всех уровней с реализуемыми в стране программами и проектами. Во многом Отделение выступает как координирующая структура, и предмет особой гордости СО РАН — междисциплинарные проекты, которые касались сразу нескольких областей знания и могли охватывать в том числе и сопредельные государства. Без сомнения, СО РАН является одним из эффективных ключевых акторов, способных на общей площадке собирать представителей разных институтов и вузов для решения тех или иных задач». 

Геннадий Красников выделил магистральное направление в работе РАН в настоящее время  — формирование государственного задания на фундаментальные исследования. Ведущая роль в этом процессе отведена тематическим и региональным отделениям Академии. Более конкретно глава РАН высказался, отвечая на вопрос научного руководителя Института археологии и этнографии СО РАН академика Анатолия Пантелеевича Деревянко о выделении финансирования на комплексные интеграционные программы. 

Академик Красников отметил, что раньше постреформенная Академия несла экспертную функцию, не координируя весь научный ландшафт страны, однако в настоящее время идет пошаговое возвращение к полноценному научно-методическому руководству НИИ. Это касается как расширения спектра работ по экспертизе, так и ключевого участия в решении кадровых вопросов. «Сейчас, как я уже говорил, мы переходим к формированию госзадания для институтов. Это очень сложный механизм. До определенного времени мы собираем предложения от самих НИИ и различных ведомств, затем отправляем информацию в тематические и региональные отделения для тщательного анализа и экспертизы, а потом начнем плотно работать с Министерством науки и высшего образования РФ уже для конкретизации тех или иных сумм, — объяснил Г. Я. Красников. — К тому же, напоминаю, в РАН есть крупные программы, в рамках которых распределяются ресурсы. Например, одна из таких программ касается космоса, исполнителями являются научные институты, обсерватории, конструкторские бюро и так далее. Также финансируются крупные гранты — стомиллионники, работают научные центры мирового уровня. Как раз во всех этих случаях и идет речь об интеграции».

Выступление заместителя председателя СО РАН академика Ренада Зиннуровича Сагдеева касалось проблемы обновления приборной базы и инфраструктуры научных организаций. «В программе обновления приборной базы участвуют самые разные ведомства, и нам удалось организовать проведение экспертизы, рейтингование — всё это берется за основу Комиссией по обновлению приборной базы при Президиуме РАН, которая в итоге выносит свой вердикт», — сказал академик Сагдеев. «Окончательное решение, которое будет приниматься по поводу закупки оборудования, должно быть за РАН», — поддержал его Геннадий Яковлевич.

Отвечая на один из вопросов заместителя председателя СО РАН академика Василия Михайловича Фомина, академик Красников анонсировал масштабное строительство академгородка под Владивостоком. Что касается СО РАН, то здесь, по словам президента РАН, он видит четыре основных проблемных вопроса: придание особого статуса новосибирскому Академгородку; потребность в создании объектов социальной сферы; дальнейшее развитие установок уровня мегасайнс; взаимодействие с местными властями через региональные научные центры. Всё это планируется обсудить на одном из заседаний Попечительского совета РАН.

В ходе обмена мнениями заместитель председателя СО РАН академик Николай Петрович Похиленко обратил внимание на недостаток финансирования поисково-разведочных геологических работ. Актуальность проблемы подтвердил и научный руководитель Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН академик Михаил Иванович Эпов. Заместитель председателя Сибирского отделения академик Михаил Иванович Воевода, директор ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» академик Валерий Иванович Бухтияров, директор ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» академик Алексей Владимирович Кочетов актуализировали ряд вопросов, связанных с организационными и смысловыми моментами формирования государственного задания. Главный научный сотрудник Института экономики и организации промышленного производства СО РАН академик Валерий Анатольевич Крюков указал на межотраслевой характер многих проблем развития Сибирского макрорегиона. Ректор Новосибирского государственного университета член-корреспондент РАН Дмитрий Владимирович Пышный попросил главу РАН поспособствовать адаптации разрабатываемых правил трудоустройства сотрудников вузов к уникальной ситуации таких исследовательских университетов, как НГУ, где сложилась своя система, тесно связанная с научными институтами. 

Во время визита в новосибирский Академгородок академик Красников, следуя своим научным интересам, посетил Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, где ознакомился с новейшими разработками, такими как детектор инфракрасного излучения, последние модификации тепловизоров, различные структуры, полученные методом молекулярно-лучевой эпитаксии, и другими технологиями. Помимо этого, Геннадию Красникову были представлены исследовательские результаты, а частности касающиеся уникального космического эксперимента «Экран-М», направленного на получение полупроводниковых многослойных материалов в космическом вакууме за молекулярным экраном. 

Сотрудники Томского государственного университета, Научно-исследовательского института нейронаук и медицины, ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» и Новосибирского государственного университета создали графическую модель, позволяющую выполнять совместный анализ нейрофизиологических и генетических данных для классификации депрессии. Результаты работы опубликованы в журнале «Безопасность информационных технологий».

Это исследование — часть большого проекта «Склонность к депрессии и функциональная организация осцилляторных сетей мозга», который НИИ нейронаук и медицины начал еще в 2013 году по инициативе главного научного сотрудника НИИНМ доктора биологических наук Геннадия Георгиевича Князева. Часть исследований по этому направлению проводилась совместно с ФИЦ ИЦиГ СО РАН. Задача проекта — выявить биомаркеры депрессии. Под биомаркерами понимаются генетические данные, а также данные электроэнцефалографии (ЭЭГ) и функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Проект был поддержан Российским фондом фундаментальных исследований.

За период между 2013 и 2019 годами ученым удалось собрать большую коллекцию данных, охватывающую территорию почти всей Сибири, — от Алтайского края до Бурятии. Ученые обследовали более трех тысяч человек. У части испытуемых были взяты пробы крови и буккального эпителия (соскоб со слизистой щеки), записывалась ЭЭГ и проводили психологические опросы для установления психологических особенностей, включая выраженность симптоматики депрессии. Для ДНК, выделенной из крови и буккального эпителия, выполнили секвенирование по 164 локусам, на основе которого для каждого человека определяли генетические отклонения от так называемого референсного генома.

«Наша коллега, аспирантка Томского государственного университета из Индии Неда Фироз придумала новый метод обработки этих данных с помощью системы графов — одной из разновидностей нейронных сетей. Он работает следующим образом: на вход мы задаем так называемую обучающую выборку, показываем, где здоровый человек, а где человек с депрессией, загружаем их генотипы и данные ЭЭГ. Машина учится отличать одного от другого. Затем мы создаем тестовую выборку только с генотипами и ЭЭГ, и нейросеть уже должна сама угадать, кто болен, а кто здоров», — рассказывает заведующий лабораторией психологической генетики ФИЦ ИЦиГ СО РАН, заведующий лаборатории дифференциальной психофизиологии НИИНМ доктор философских наук Александр Николаевич Савостьянов.

Таким образом, ученые обследовали 383 участников (349 контрольных и 34 человека с депрессией), для которых были доступны как данные ЭЭГ, так и генетические данные.

Точность основанного на графах подхода Неды Фироз оказалась существенно выше, чем те архитектуры нейронных сетей, которыми ученые пробовали пользоваться до этого. Если раньше точность распознавания депрессии составляла где-то 86 %, то здесь она оказалась выше 96 %. Более того, нейросеть давала меньше ложноотрицательных результатов, чем ранее апробированные модели. Это особенно ценно в контексте скрининга психологических заболеваний, где стоимость таких ошибок может быть высока: гораздо опаснее не выявить у человека депрессию, когда она есть, чем ошибочно поставить диагноз. 

«Генетическая предрасположенность человека к депрессии может быть установлена еще в момент рождения, но проблема в том, что если использовать только генотип, точность предсказаний окажется очень низкой. На развитие депрессии огромное влияние оказывают обстоятельства жизни. ЭЭГ, наоборот, хорошо оценивает состояние испытуемого сейчас, в момент обследования, но этот показатель очень быстро меняется и не отражает долговременных особенностей человека. На него может влиять голод, физическое самочувствие. В нашей практике был случай, когда анализ ЭЭГ выявил аномальное состояние мозга обследуемого. Это состояние оказалось вызвано тем, что человека пришел на запись ЭЭГ сразу после того, как ему удалили зуб. При совместном анализе генетических, нейрофизиологических и поведенческих данных надежность диагностики резко увеличивается», — отмечает Александр Савостьянов.

Исследователи подчеркивают: пока это больше фундаментальный научный проект. Хотя результаты экспериментов внушают оптимизм, говорить о непосредственном клиническом применении еще рано. Одна из основных проблем заключается в стоимости секвенирования нуклеотидных замен — в свое время на генотипирование трех тысяч человек ушло порядка 45 миллионов рублей. К тому же надо очень осторожно обращаться с интерпретацией психогенетических данных, чтобы не получить ложных выводов.

«Мы занимаемся психологическими исследованиями с 2013 года, и какой-то простой однозначной связи между генотипом и депрессией до сих пор не находится, и, видимо, уже и не найдется. Эффект генотипа может оказаться очень сильно вариабельным в зависимости от внешних условий. Например, ранее мы показали, подтвердив уже известные из мировой литературы данные, что в различных регионах один и тот же генетический вариант аллеля транспортера серотонина может быть ассоциирован как с пониженной, так и с повышенной склонностью к депрессии и тревожному расстройству», — говорит Александр Савостьянов.

В дальнейшем ученые планируют продолжать исследования с помощью графовой нейронной сети. Во-первых, необходимо проверить воспроизводимость результатов на данных из других выборок участников. Во-вторых, интересно посмотреть, будет ли эта нейросеть предсказывать синдром дефицита внимания и гиперактивности у детей (в коллекции проекта есть данные о детях с таким нарушением). Кроме того, некоторые зависимости, выявленные нейросетью, пока непонятны ученым. Необходимо выяснить: действительно ли они имеют место быть (и тогда чем объясняются) или возникли случайно?

Диана Хомякова

Изображение сгенерировано нейросетью

В свое время мы уже писали о том, что резкие температурные перепады становятся глобальной угрозой, отрицательно влияя на существование экосистем и обостряя проблему мировой продовольственной безопасности.

Напомним, что данный феномен известен давно. Советские ученые даже пытались объяснить причины этого явления еще в 1950-60-х годах. На этот счет было выдвинуто несколько гипотез (включая и гипотезу о влиянии солнечной активности). Однако дальше гипотез дело не продвинулось. Казалось бы, к нашему дню причины «погодных качелей» уже не должны вызывать вопросы. Но этого не произошло: как открыто признаются современные исследователи, суть данного явления до сих пор не до конца понятна. И это обстоятельство вызывает серьезную обеспокоенность на фоне того, что за последние полвека это явление приобрело угрожающий характер – как по возрастанию масштабов, так и по интенсивности.

Как отмечается в современных исследованиях, резкие перепады температур наблюдаются по всему миру и оказывают разрушительное воздействие на людей и на окружающую среду. Речь идет не только об угрозах сельскохозяйственному производству (о чем мы писали ранее). Иногда это приводит к разрушительным воздействиям на энергетическую инфраструктуру. Так, в сентябре 2020 года в районе Скалистых гор (США) произошел резких переход от сильной жары к внезапному холоду. Перепад температур за сутки составил более 20 градусов Цельсия, при этом изменение погоды сопровождалось обильным выпадением снега, создавшего плотный покров.  Такой неожиданный каприз погоды моментально привел к обрыву электроснабжения, что негативно сказалось на повседневной жизни людей.

Понятно, что ученые не оставляют попыток разобрать природу данного феномена.  В частности, год назад на эту тему было опубликовано исследование большой группы китайских ученых, которые использовали данные о температурных перепадах за период с 1961 по 2023 годы, и на основе этих данных оценили развитие динамики таких процессов вплоть до 2100 года. Они показали, как указанная тенденция меняется в разных климатических регионах. Соответственно, эти процессы были тесно увязаны с различными сценариями общественно-экономического развития. Например, была изучена степень влияния температурных перепадов на население разных стран в зависимости от уровня их доходов.

Показательным моментом является то, что с 1961 года (если исходить из собранных данных) частота и интенсивность температурных перепадов непрерывно росла. По крайней мере, указанная тенденция охватывает как минимум 60% территорий планеты. Ученые уверены, что эта тенденция продолжится вплоть до конца нынешнего столетия. В будущем, если сравнивать с периодом 1961- 1990 годов, частота перепадов увеличится еще на 8 процентов, интенсивность возрастет более чем на 7 процентов, а переходный период сократиться как минимум на три процента.

Как правило, резкие температурные перепады характерны для средних широт, в то время как в низких широтах и в полярных регионах они на так чувствительны. Такой порядок вполне ожидаем ввиду того, что синоптические вариации в средних широтах связаны с вихревой активностью и фронтальными системами, которые приносят как холодные воздушные массы из высоких широт, так и теплые воздушные массы из низких широт.

Соответственно, продолжительность перехода между событиями изменения температуры в средних широтах всегда короче (что справедливо для обоих полушарий). То есть сама физика данного процесса, когда потоки теплого воздуха чередуются с потоками холодного воздуха, кажется вполне понятной. Вопрос только в том: по какой причине с 1961 года (как минимум) увеличивается его частота и интенсивность?

Подчеркиваем, что эту тенденцию к увеличению частоты и интенсивности перехода от холодного к теплому и от теплого к холодному ученые фиксируют отчетливо. Ее нужно принимать как факт. Причем, по некоторым данным эта тенденция могла возникнуть еще в начале прошлого столетия, а концу столетия заметно ускорилась.

Интересно также и то, что за последние шестьдесят лет глобальное ускорение температурных переходов связано с сокращением продолжительности региональных переходов. Эти данные согласуются с более ранними выводами о том, что температурная изменчивость начинает охватывать и тропические регионы планеты. Увеличение температурных переходов в тропиках ученые связывают с высыханием почвы и вырубкой тропических лесов. В силу того, что поверхность становится более «гладкой», повышается скорость приземных ветров и, соответственно, усиливается адвекция теплых и холодных воздушных масс. В результате мы получаем усиление интенсивности температурных перепадов даже в тропической зоне.

Как отмечают исследователи, в густонаселенных регионах Южной и Юго-Восточной Азии уже наблюдается всё большая подверженность внезапным и интенсивным температурным перепадам. А это, в свою очередь, порождает социальные и экономические проблемы, которые необходимо решать уже сейчас. Та же картина наблюдается и в странах Латинской Америки, еще более уязвимых в этом отношении.

Отметим, что авторы исследования специально обращают внимание на то, что масштабная вырубка лесов не только ведет к росту концентрации парниковых газов, но также уменьшает «шероховатость» поверхности Земли и тем самым усиливает приземные ветра.

К сожалению, данный тезис не находит развития в этом исследовании. И, по большому счету, авторы совсем не концентрируются на чисто физических аспектах проблемы. Вместо этого они переключаются на оценку социальных и экономических последствий, выстраивая соответствующие прогнозы. Причем, что самое показательное, в рамках исследования «природные» и «социальные» системы рассматриваются ими в одной плоскости. Кроме того, феномен температурных перепадов тесно увязывается с темой глобального потепления (что весьма характерно для современных исследований такого рода). В итоге актуальность проблемы формулируется исключительно в рамках борьбы с парниковыми газами.

Другое исследование китайских ученых, также посвященное проблеме температурных перепадов и опубликованное чуть позже, напрямую увязывает эту проблему с глобальным потеплением. Исследователи прямо заявляют, что рост экстремальных погодных явлений вытекает именно из глобального потепления. Причем, само исследование посвящено проблеме экстремальных ежедневных изменений температуры. По словам авторов, данный аспект экстремальных погодных явлений пока еще слабо принимается во внимание, хотя его негативное воздействие на человеческое здоровье оказывается намного сильнее, чем иные виды температурных колебаний.

Такие явления, утверждают авторы, также стали более частыми с 1960-х годов для средних и низких широт, и существующие климатические модели прогнозируют их усиление к концу нынешнего столетия. Это явление затрагивает как минимум 80% населения планеты. К 2100 году его частота вырастет на 17%, а интенсивность – на 20 процентов.

С чем это связано? Поскольку авторы с порога апеллируют к глобальному потеплению, то создается впечатление, что причина данного явления им уже понятна. Правда, они делают одно важное уточнение, связывая экстремальные скачки температур с более сухой почвой и повышенной изменчивостью давления и влажности почвы. Но, как и в предыдущем исследовании, основное внимание уделяется социальным и экономическим последствиям.

В общем, если кто-то ожидал, что современная наука наконец-то выявит какую-то связь между солнечной активностью и экстремальными погодными явлениями, то эти ожидания не подтвердились. Напомним еще раз, что такие гипотезы предлагались советскими учеными 50-60 лет назад. Нынешнее поколение ученых, как видим, так глубоко уже не копает.

Впрочем, замечания по поводу вырубки лесов и сухости почвы также могут натолкнуть на далеко идущие размышления. Ведь те же китайские ученые обращают внимание на то, что в высоких широтах ситуация выглядит стабильной – в том смысле, что там «погодные качели» не принимают экстремальных значений. Получается, что экстремальные явления в первую очередь затрагивают густонаселенные регионы планеты, где активнее всего разворачивается хозяйственная деятельность человека.

Быть может, фактор антропогенного влияния и в самом деле играет решающую роль, только влияние его более многообразно, нежели простое увеличение концентрации парниковых газов. Ведь та же вырубка лесов, как подчеркивают китайские исследователи, прямо влияет на усиление приземных ветров и, соответственно, на усиление частоты и интенсивности температурных перепадов.

В общем, точка в раскрытии данной проблемы еще не поставлена. Поэтому мы к ней еще вернемся.

Николай Нестеров

Изображение сгенерировано нейросетью

В ходе рабочего визита в Новосибирск президент РАН академик Геннадий Красников посетил Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН. Он познакомился с основными направлениями работы НИИ, включая флагманское — метод молекулярно-лучевой эпитаксии — оптимальный для создания новых полупроводниковых материалов с контролируемой точностью. Ученые Института рассказали о прикладных и фундаментальных разработках, связанных с созданием приборных структур и электронной компонентной базы для СВЧ-электроники и фотоники, спинтроники, приборостроением, а также сенсорных технологий для оценки состояния здоровья человека.

Встречу открыл директор Института физики полупроводников академик РАН Александр Латышев, представив ключевые проекты института. Затем специалисты ИФП СО РАН продемонстрировали разные направления исследований, сделав акцент на недавних достижениях.

О разработке электронной компонентной базы для СВЧ-электроники, фотоники и радиофотоники рассказал заведующий лабораторией ИФП СО РАН к.ф.-м.н. Дмитрий Гуляев.

К.ф.-м.н. Сергей Мутилин представил динамический пространственный фазовый модулятор света на жидких кристаллах с мегапиксельным разрешением. О разработках структур «кремний на изоляторе», в том числе с использованием диоксида гафния, рассказал д.ф.-м.н., заведующий лабораторией ИФП СО РАН Владимир Попов.

Олег Терещенко, заведующий лабораторией ИФП СО РАН, профессор РАН, д.ф.-м.н. посвятил доклад твердотельной и вакуумной спинтронике и оптоэлектронике — речь шла о фотоприемных устройствах на основе электронно-оптических преобразователей, вакуумных диодах, а также о выращивании методом молекулярно-лучевой эпитаксии соединений PbSnTe, Bi-соединений, HgS и других материалов.

О молекулярно-лучевой эпитаксии в открытом космосе — установке для роста полупроводников на орбите, сделанной в ИФП СО РАН, рассказал заведующий лабораторией ИФП СО РАН д.ф.-м.н. Александр Никифоров.

Дмитрий Щеглов, заведующий лабораторией ИФП СО РАН д.ф.-м.н. поделился первыми результатами, связанными с созданием отечественного оптического интерферометра. По его словам, «эти опытно-конструкторские работы ведутся в рамках конкурса Минобрнауки России по разработке отечественных научных приборов».

Заведующий лабораторией ИФП СО РАН д.ф.-м.н.  Василий Швец рассказал о создании отечественных эллипсометров в ИФП СО РАН, а к.ф.-м.н. Виктор Федоринин акцентировал внимание на создании эллипсометра для терагерцового диапазона.

Главный научный сотрудник ИФП СО РАН д.ф.-м.н. Владимир Гриценко представил сообщение о вигнеровской кристаллизации локализованных электронов в SONOS/ТАНОС флэш-памяти и её влиянии на запоминающие свойства.

Ведущий научный сотрудник ИФП СО РАН д.ф.-м.н. Ирина Антонова рассказала о сенсорах на основе графена: для тестирования реакций нервной системы, неинвазивном сенсоре для оценки содержания глюкозы в организме по поту и сенсоре для анализа выдыхаемого воздуха.

Встреча завершилась осмотром установки молекулярно-лучевой эпитаксии — собственной разработки ИФП СО РАН. О ее работе гостям рассказал заместитель директора ИФП СО РАН к.ф.-м.н. Георгий Сидоров.

Пресс-служба ИФП СО РАН

Фото пресс-службы РАН