Сотрудники Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН разрабатывают методику отбора частиц биологических жидкостей, которая может использоваться в медицине, в том числе во вспомогательных репродуктивных технологиях. Способ основан на методе детерминированного бокового смещения (DLD), считающегося одним из самых перспективных, универсальных и доступных инструментов для гидродинамической сортировки объектов микронных и субмикронных масштабов.

Разделение, выделение и детектирование частиц в суспензии важны для широкого спектра применений, включая биомедицинские исследования и клиническую диагностику. Метод детерминированного бокового смещения (англ. Deterministic Lateral Displacement) считается перспективной технологией благодаря своей способности непрерывно разделять частицы по размеру, форме, деформируемости и электрическим свойствам с высоким разрешением. Благодаря высокому разрешению и широкому динамическому диапазону разделения по размеру DLD широко используется для сортировки, концентрирования и выделения многих биологических частиц. Метод DLD сегодня используется в первую очередь для выявления циркулирующих опухолевых клеток в крови для диагностики рака на ранней стадии, а также для разделения лейкоцитов и эритроцитов при диагностике малярии, сортировки стволовых клеток, ДНК и других частиц. 

В рамках выполнения гранта Российского научного фонда под руководством старшего научного сотрудника лаборатории процессов переноса в многофазных системах ИТ СО РАН кандидата физико-математических наук Анны Александровны Ягодницыной проводятся исследования по разработке управляемых DLD-чипов, повышению эффективности метода DLD, а также применению метода DLD для репродуктивной медицины.

«В нашей лаборатории метод DLD уже реализован в виде чипа с массивом столбиков диаметром до 50 микрометров, который позволяет сортировать мельчайшие объекты до 20 микрометров. С помощью современных оптических методов диагностики потоков с микронным разрешением мы исследуем гидродинамику течения в таких устройствах с целью повышения их производительности», — рассказал старший научный сотрудник лаборатории процессов переноса в многофазных системах ИТ СО РАН кандидат физико-математических наук Александр Владиславович Ковалев. 

Микрофлюидный DLD-чип представляет собой массив столбиков, расположенный под небольшим углом: каждый следующий ряд сдвинут относительно предыдущего. Благодаря такой геометрии частицы разных размеров движутся по разным траекториям: частицы меньше критического размера следуют линиям тока, в то время как частицы размером больше, как правило, движутся вдоль рядов столбиков, таким образом, траектории разных по размерам частиц разделяются. «В такой конфигурации чип имеет широкий диапазон разделяемых частиц, например уже сейчас мы можем разделять опухолевые клетки и эритроциты. В числе преимуществ DLD: простота конструкции, высокая скорость работы и отсутствие активных элементов управлении потоком, то есть без внешнего электрического и механического воздействия на сортируемый объект. Однако современные DLD-чипы имеют существенное ограничение: характерный диаметр частиц, которые могут быть отсортированы, строго определяется геометрией чипа. Это означает, что, если вы захотите изменить диапазон сортируемых частиц, вам понадобится новый DLD-чип с другими геометрическими параметрами. В рамках первого года реализации проекта мы создали прототип настраиваемого DLD-устройства, позволяющего гибко регулировать диапазон размеров разделяемых объектов», — отметил основной исполнитель проекта старший научный сотрудник лаборатории физических основ энергетических технологий ИТ СО РАН кандидат физико-математических наук Максим Владимирович Шестаков.

Помимо сортировки опухолевых клеток, технология новосибирских ученых может использоваться во вспомогательной репродуктивной медицине. В репродуктивном тракте движение сперматозоидов определяется рядом факторов: реотаксисом — движением против течения, термотаксисом — движением по температурному градиенту и хемотаксисом — движением по градиенту концентрации химических веществ. Одна из задач сотрудников ИТ СО РАН — воссоздать в микрочипе условия, максимально приближенные к естественным. Необходимо снабдить массив столбцов в чипе определенным химическим составом и подобрать температурный диапазон, что в итоге позволит существенно повысить эффективность процедур искусственного оплодотворения.

По словам руководителя проекта А. А. Ягодницыной, такой метод отбора сперматозоидов может стать важным инструментом для репродуктивной медицины и продемонстрировать новые возможности и преимущества перед технологиями, которые применяются сегодня в этой области: «В нашей работе важно тесное сотрудничество с медиками. Мы планируем создать микрофлюидный чип, в котором будут воспроизведены характеристики среды репродуктивного тракта. Совместно с врачами-репродуктологами мы сравним нашу технологию со стандартными методами. Точность отбора сперматозоидов в нашей системе минимизирует влияние человеческого фактора на итоговый результат, а также исключает механическое воздействие, которое может привести к повреждению отбираемых клеток». 

Результаты работы были изложены в докладе на XII Российском форуме биотехнологий OpenBio-2025.

Работа поддержана грантом РНФ 24-79-10291 «Разработка управляемых микрофлюидных систем сортировки для фармацевтических и вспомогательных репродуктивных технологий». 

Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.

Кирилл Сергеевич

Каждый день в мире публикуются тысячи научных статей о генах, белках и механизмах заболеваний. Поток информации растёт лавинообразно, и даже опытным исследователям всё труднее удерживать в поле зрения всё новое, что появляется в их области. Разобраться в этом океане данных помогает интеллектуальная система ANDSystem – инструмент, который умеет «читать» научные тексты, извлекать из них знания и связывать их между собой. Его создали учёные Института цитологии и генетики СО РАН – подробности в очередном материале, посвященном 10-летию образования ФИЦ ИЦиГ СО РАН.

Когда в конце прошлого века к.б.н. Владимир Иванисенко (ныне заведующий лабораторией компьютерной протеомики ИЦиГ СО РАН) пришел работать в институт, здесь, под руководством академика РАН Николая Александровича Колчанова развивалось направление по исследованию генных сетей (молекулярных систем, состоящих из взаимодействующих друг с другом генов, белков и метаболитов, которые координированно работают для выполнения определенных функций организма и формирования его фенотипических признаков).

Чтобы построить такую сеть требовалось собрать воедино данные, разбросанные по многим тысячам научных статей и отчетов об исследованиях, проводимых по всему миру. Первые сети исследователи делали практически вручную и эта работа занимада очень много времени.

Задача, поставленная перед Иванисенко – придумать, как на основе этих сетей выявлять новые мишени для создания новых лекарств от различных болезней требовала обработать еще большие объемы информации.

«Поиск мишеней для действия лекарств требует систематизации всех данных о механизмах патологии, – рассказал заведующий лабораторией компьютерной протеомики ИЦиГ СО РАН, к.б.н. Владимир Иванисенко. – А эта информация разбросана по тысячам публикаций. Прочитать вручную хотя бы 20 тысяч статей невозможно. А в случае с рядом заболеваний, таких как ревматоидный артрит или диабет – счет идет на сотни тысяч текстов, в которых разбросана нужная информация. Поэтому мы решили научить компьютер делать это за нас».

Так появилась система, которая объединяет методы анализа генетических последовательностей и технологии обработки естественного языка. ANDSystem (Associative Network Discovery System) автоматически анализирует тексты научных публикаций, патентов и баз данных, извлекая из них факты о взаимодействии генов, белков, заболеваний и лекарств. Все найденные связи представляются в виде наглядных семантических сетей, которые можно визуализировать и анализировать.

Используя ANDSystem и её веб-модуль ANDDigest, учёные ИЦиГ могут не просто искать данные, но и видеть, как развивается интерес к тем или иным биомаркерам или заболеваниям, какие направления науки набирают популярность. Программа сортирует результаты по цитируемости, дате публикации, индексу Хирша журнала и даже показывает, какие термины встречаются чаще других.

«Мы столкнулись с тем, что авторы часто используют разные термины для одного и того же процесса, – отметил Иванисенко. – ANDDigest решает эту проблему, распознавая синонимы и повышая точность поиска на 13 %, что делает анализ данных гораздо надёжнее».

С помощью этих инструментов новосибирские исследователи анализируют огромные массивы информации, строят модели взаимодействия белков, выявляют новые потенциальные мишени для лекарств и исследуют генетические механизмы сложных заболеваний – от нейродегенеративных до аутоиммунных. За последние десять лет результаты, полученные с помощью ANDSystem, легли в основу более 150 научных статей.

Когда искусственный интеллект помогает врачу

Постепенно технологии, созданные для фундаментальных исследований, нашли применение и в медицине.

«Мне всегда было интересно, смогут ли обычные врачи пользоваться нашими наработками, – поделился Владимир Иванисенко. – Ведь читать тысячи научных публикаций и ездить по конференциям могут далеко не все. Особенно врачи в районных клиниках, где на одного специалиста приходится десятки пациентов в день».

Так появилась идея цифрового помощника врача «Доктор Пирогов» – системы поддержки клинических решений, основанной на сочетании нейронных и смысловых сетей, которую Владимир Иванисенко создал уже с коллегами по Центру искусственного интеллекта Новосибирского государственного университета.

«Доктор Пирогов» содержит сведения более чем о 250 заболеваниях и объединяет знания по двадцати врачебным специальностям – от терапии и кардиологии до эндокринологии, неврологии и онкологии. Система способна анализировать жалобы пациента, лабораторные и инструментальные данные, результаты генетического тестирования и на основе семантических графов формировать вероятные диагнозы, рекомендации по обследованию и терапии.

«Мы хотим, чтобы система не заменяла врача, а помогала ему, – подчёркнул Иванисенко. – Она может сократить длительность приёма без потери качества и снизить риск диагностических ошибок. Особенно важна её роль для врачей из сельской местности, где нет доступа к узким специалистам».

В кабинетах доврачебной помощи «Доктор Пирогов» способен проводить первичный опрос пациента, анализировать клинические данные и выдавать направление к нужному врачу. Это позволит разгрузить терапевтов и повысить качество первичной диагностики.

Сегодня уже создан рабочий прототип системы, который успешно прошёл тестирование основных функций. В дальнейшем разработчики планируют добавить голосовой и визуальный интерфейсы, чтобы сделать взаимодействие с «Доктором Пироговым» максимально естественным.

От медицины – к урожаю: система SmartCrop

Идея создания интеллектуальных инструментов для анализа данных оказалась востребованной не только в медицине. По словам Владимира Иванисенко, логика «Доктора Пирогова» легла в основу нового направления – сельскохозяйственной системы SmartCrop («Умный урожай»).

«Нет смысла заниматься здоровьем людей, если им нечего будет есть, – отметил учёный. – Мы решили применить те же принципы анализа знаний к задачам сельского хозяйства».

SmartCrop использует методы искусственного интеллекта для анализа генетических и физиологических данных растений. Система помогает селекционерам находить гены, отвечающие за урожайность, устойчивость к засухе и болезням, прогнозировать результаты скрещивания и ускорять создание новых сортов.

В первую очередь внимание разработчиков сосредоточено на пшенице и рисе – стратегически важных культурах, от которых напрямую зависит продовольственная безопасность многих стран. Проект реализуется в рамках российско-китайского гранта РНФ совместно с профессором Минь Ченом, руководителем национальной программы по биоинформатике в Китае.

«Фактически мы создаём систему, которая анализирует сельскохозяйственные публикации и данные о генетических особенностях культур так же, как “Доктор Пирогов” обрабатывает медицинские знания, – поясняет Иванисенко. – Это позволит ускорить разработку новых сортов и сделать процессы селекции более прогнозируемыми».

Сегодня в Институте цитологии и генетики СО РАН создаются технологии, способные соединить научные данные, клинический опыт и аграрные знания в единое цифровое пространство. Эти разработки показывают, что искусственный интеллект – это не отвлечённая тема для ИТ-компаний, а реальный инструмент, помогающий учёным, врачам и аграриям работать эффективнее и принимать решения на основе фактов.

Компании из Новосибирской области продемонстрировали беспрецедентную эффективность в первом потоке всероссийского конкурса «Бизнес-Старт» Фонда содействия инновациям. По итогам отбора, проходившего с 10 апреля по 26 мая 2025 года, семь местных технологических компаний привлекут 103 млн рублей грантов на развитие своих проектов.

Общий объем финансирования, распределенный между 32 малыми предприятиями из 12 регионов России, составил 514 млн рублей.

Результат Новосибирской области – 20% поддержанных проектов от общего числа победителей – является наивысшим в стране.

«Получение грантов региональными компаниями в конкурсе Фонда содействия инновациям демонстрирует успешную реализацию мер федеральной поддержки. Особенную ценность в линейке конкурсов ФСИ представляет программа «Бизнес-Старт», открывающая нашим предпринимателям путь к созданию, расширению, модернизации уже действующего производства, необходимого для серийного выпуска инновационной продукции, а также ее последующую коммерциализацию. Важно подчеркнуть, что в этом году размер гранта увеличился с 12 до 18 млн рублей, что существенно расширяет возможности для исследований и разработок. Экспертами были отмечены 32 проекта из разных регионов России и в их числе - 7 проектов из Новосибирской области. Это очень высокий показатель. Все поддержанные проекты новосибирских компаний относятся к ключевым направлениям развития — цифровым технологиям, медицине, новым материалам и энергетике. Эти средства позволят приобрести необходимое оборудование и комплектующие, укрепить позиции компаний на рынке высокотехнологичной продукции», — прокомментировала заместитель Губернатора Новосибирской области Ирина Мануйлова.

В списке победителей – компании «Смарт Алгоритмс», «НПО Гормаш», «Папийон», «СИА», «Вермилоджик», «Биолабмикс» и «ОГТ». Значительная часть поддержанных разработок направлена на импортозамещение.

В их числе проект ООО «ОГТ» (резидент Сколково) для модернизации оборудования – компания является единственным в России серийным производителем автомобильных электрохромных стекол с регулируемым затемнением по собственной запатентованной технологии.

«Победа в конкурсе открывает новые перспективы для модернизации производственных мощностей и внедрения передовых технологий. Полученные средства  будут направлены на приобретение современного оборудования, автоматизацию производственных процессов и повышение качества продукции. Это позволит увеличить объемы выпускаемой продукции, расширить продуктовую линейку и повысить ее качество», – рассказал Артем Липов, директор ООО «ОГТ».

Консультационную и методическую поддержку компаниям на всех этапах подготовки заявок оказывал Новосибирский областной инновационный фонд, выступающий региональным представителем Фонда содействия инновациям.

Успешная динамика новосибирских инноваторов демонстрируется и в других специализированных конкурсах Фонда содействия инновациям. В конкурсе «Старт-Мед», направленном на поддержку проектов в области медицины и здравоохранения, из 9 победителей двое представляют Новосибирскую область. Это проект по разработке универсального гибридного протеза клапана сердца с уникальной возможностью «роста», а также проект по созданию опытного образца набора для клипирования бедренной артерии.

Аналогичный результат показан в конкурсе «Старт-Станкостроение», где из 11 компаний-победителей две из Новосибирска. Это разработка программно-аппаратного комплекса для повышения эффективности переработки древесины с использованием ЧПУ распиловки, нейросетей и машинного зрения (ООО «ПАУЭРКОР ТЕХНОЛОДЖИ») и проект по изготовлению и испытанию прототипа специализированного станочного комплекса для обработки внутренних объемно-сложных поверхностей рабочих камер трохоидных тепловых машин, выполненных из труднообрабатываемых материалов (ООО «ЛТМ»).

Эти достижения свидетельствуют о высоком качестве инновационных проектов, рождающихся в регионе, и об эффективности системы поддержки, выстроенной при участии Новосибирского областного инновационного фонда.

Нобелевскую премию по химии в 2025 году присудили Сусуму Китагаве (Университет Киото, Япония), Ричарду Робсону (Университет Мельбурна, Австралия) и Омару Яги (Калифорнийский университет, Беркли, США) «за разработку металл-органических каркасных структур». Как отметил заведующий лабораторией металл-органических координационных полимеров Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН академик Владимир Петрович Федин, химическое сообщество давно ждало этой награды: «На наш взгляд, решение Нобелевского комитета очень правильное, потому что это действительно та химия, которая открывает перспективы для создания новых функциональных материалов».

«Речь идет о структурах, в которых точно можно определить положение всех атомов в пространстве, и самым замечательным свойством этих структур является их рекордная пористость, — объяснил В. П. Федин. — Пористые материалы очень важны для катализа, очистки воды и многих других применений».

Классические пористые материалы обладают площадью поверхности максимум 2 000—3 000 квадратных метров на грамм, это считается хорошим показателем. «В случае MOF (metal-organic frameworks) — мы их называем металл-органические координационные полимеры — рекордные значения достигают более 7 000 м2/г, — рассказал Владимир Федин. — Рекордсмен среди таких материалов имеет площадь внутренней поверхности, сопоставимую с размером одного стандартного футбольного поля FIFA». Следовательно, эти соединения чрезвычайно важны в катализе: для сорбции и хранения летучих газов, таких как водород, метан, для разделения различных углеводородов, для чего в промышленности требуются большие энергии, — всё это можно легко и просто сделать при помощи MOF.

«В последнее время были выполнены блестящие работы по этой тематике, в том числе и с участием нынешних нобелевских лауреатов, по разделению тяжелой и легкой воды, тяжелого и легкого диводорода, по абсорбции воды и воздуха пустыни, когда эти материалы ночью напитываются влагой, а затем под солнцем выделяют абсолютно чистую воду, которую можно применять, — привел примеры В. Федин. — Такие работы ведутся и в ИНХ СО РАН, мы также принимаем участие в подобных исследованиях».

Одно из приложений этих материалов, которым занимаются специалисты Института неорганической химии СО РАН, — это разделение углеводородов на отдельные фракции, например бензола и циклогексана, легких углеводородов (метан, пропан, бутан). Следующее направление работы новосибирских химиков в этой области — создание сенсоров, позволяющих любому желающему без использования сложной аппаратуры, в домашних условиях определять опасные вещества в окружающих предметах, например содержание антибиотиков в мясе птицы и других продуктах. Еще одно приложение связано с созданием устройств для расшифровки, которые позволяют маркировать товары для того, чтобы было невозможно эту маркировку подделать.

«Надеюсь, присуждение Нобелевской премии в области металл-органических координационных полимеров привлечет внимание молодых исследователей, и это наплавление химической науки будет развиваться еще быстрее», — резюмировал Владимир Федин. 

Подготовила Елена Трухина

Интеллектуального робота-манипулятора для автоматического сбора томатов в промышленных теплицах, отличающий спелые плоды от несозревших, создал студент Факультета информационных технологий Новосибирского государственного университета Антон Власенко. Его робот способен анализировать время созревания различных сортов томатов и собирать только спелые плоды. Недозревшие он оставляет на кустах и возвращается к ним по мере созревания. В настоящее время молодой исследователь проводит тестирование своего устройства в домашних условиях, в дальнейшем планируются промышленные испытания на объектах тепличного комбината «Толмачевский», о чем уже достигнута предварительная договоренность.

— Для анализа состояния плодов и принятия решений мы использовали алгоритмы компьютерного зрения. Также в систему заложены ультразвуковые датчики. Они помогают роботу оценивать расстояние до объектов и избегать столкновений с ними. Чтобы манипулятор, снимая томаты с ветвей, случайно не раздавил их, мы снабдили устройство датчиками которые регулируют силу сжатия. Интересный момент связан с самим алгоритмом «time to harvest» (время собирать урожай). Мы не просто классифицируем томат на «зеленый» или «красный», а пытаемся оценить, сколько дней осталось до оптимального сбора. Для этого берем данные по цветовым каналам и насыщенности. На их основе система прогнозирует время сбора плодов. Это позволит не только собирать урожай «здесь и сейчас», но и планировать, когда именно отправлять робота к определенному кусту. Наш робот-манипулятор определяет не просто цвет томата в целом, а делит его изображение на сетку, как шахматную доску. Каждую клетку анализирует отдельно с учетом сорта плода, разделяя участки красного, зеленого или желтого цветов. Таким образом система понимает: плод спелый, частично спелый или пока зеленый и далее прогнозирует оптимальное время для сбора плодов, — объяснил Антон Власенко.

Для детекции объектов молодой исследователь в своей разработке применил основную нейросеть YOLOv8 (Ultralytics). Она находит ограничивающие рамки томатов в кадре. Программное обеспечение робота написано на Python. Библиотека компьютерного зрения OpenCV (cv2) решает несколько задач — чтение видеопотока с камеры, преобразование изображения (HSV, LAB), создание цветовых масок. Численные вычисления — средние значения каналов, операции с массивами, подсчет количества пикселей в масках, — производятся с применением библиотеки NumPy. Контроллер Orange pi 5 обеспечивает работу шаговых двигателей и драйверов управления. Благодаря этому манипулятор получает координаты томата из YOLO, пересчитывает в углы для сервоприводов и далее срывает плод.

Сам манипулятор изготовлен методом 3D печати. Он состоит из редуктора, сегментов «руки», кронштейнов и захвата. Всего в общей сложности было изготовлено 115 деталей. После завершения печати каждая из них подвергалась тщательной пост-обработке. Значительную часть этой работы выполнял второй участник проекта — студент Сибирского государственного университета геосистем и технологий Яков Губарев. Необходимо было на каждой детали удалить поддержки, вручную отшлифовать контактные поверхности, просверлить монтажные отверстия под крепеж и проверить точность посадочных мест.

— Работая над распечаткой деталей манипулятора, мы столкнулись с серьезной проблемой. Он представляет собой довольно крупную конструкцию — если полностью вытянуть его «руку», ее длина составит около 1,5 метра. Имеющийся в нашем распоряжении принтер с такой задачей справиться не мог. Стали искать варианты, и выяснилось, что печать уже готовых 3D-моделей обойдется нам дороже нового принтера, обладающего необходимыми нам возможностями. Поэтому нам пришлось приобрести новый 3D-принтер, — рассказал Антон Власенко.  

В настоящее время манипулятор собран, и молодым исследователям предстоит корректная настройка его движения, а затем сборка мобильной платформы, которая позволит роботу перемещаться между рядами в теплицах. Далее можно будет перейти к пилотным испытаниям в реальных условиях. В будущем Антон Власенко защитит магистерскую диссертацию, в рамках которой он и реализует свой проект. Также он планирует выйти с ним на конкурс студенческих стартапов.

— Идея создать робот-манипулятор для выполнения данной задачи у меня возникла на хакатоне ТРК. Одним из его треков было создание небольшого робота, который с помощью компьютерного зрения будет собирать определенные виды плодов. Это задание было несложным — надо было сделать так, чтобы робот только коснулся выбранного им плода. В дальнейшем мы решили, что, и правда, неплохо было бы создать робота, который собирал бы томаты в промышленных теплицах. Пообщавшись с бывшим директором тепличного комбината «Толмачевский» Сергеем Евгеньевичем Ложниковым, мы узнали, что потребность в автоматических сборщиках урожая действительно существует. Сейчас этот процесс производится вручную, но рабочих рук не хватает, что становится для тепличных комбинатов серьезной проблемой. Наша идея создать робота, который выполнял бы данную задачу, нашла поддержку, и мы приступили к работе — сначала изучили существующие аналоги, а потом стали думать, какую архитектуру применить, чтобы правильнее осуществить сбор томатов, а также предусмотреть дальнейшее развитие. В дальнейшем мы планируем приспособить нашего сборщика томатов и для других овощных культур, — поделился планами Антон Власенко. 

Пресс-служба Новосибирского государственного университета

Нобелевскую премию по физике в этом году получили Джон Кларк, Мишель Э. Деворе и Джон М. Мартинис — за открытие макроскопического квантово-механического туннелирования и квантования энергии в электрической цепи. Как отмечает старший научный сотрудник Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН кандидат физико-математических наук Илья Игоревич Бетеров, на этот раз премия снова связана с тематикой квантовых компьютеров. Работы в этом направлении ведут и новосибирские ученые.

«Нобелевскими лауреатами по физике — 2025 стали Джон Мартинис и его коллеги за исследование сверхпроводящих переходов Джозефсона. Идея состоит в следующем: если мы возьмем электрическую цепь и сделаем в ней разрез, то через этот разрыв электрический ток протекать не будет. Однако если охладить цепь до температуры жидкого гелия, то сквозь это нарушение смогут туннелировать электроны, соответственно, электрический ток вновь будет течь, как ни в чем ни бывало», — поясняет Илья Бетеров. При этом интересная особенность явления состоит в том, что электричество может двигаться как бы в двух направлениях одновременно, являясь квантовой суперпозицией — именно такой эффект позволил использовать сверхпроводящие переходы Джозефсона как логические элементы квантовых компьютеров. 

«Сегодня именно сверхпроводящие квантовые компьютеры являются одной из наиболее развитых платформ для экспериментальных квантовых вычислений. Такого подхода придерживаются компании IBM, Google, Microsoft и многие ведущие исследовательские центры в Китае, которые выступают в этой области совершенно на равных», — добавляет Илья Бетеров.

Есть и другие физические платформы (например, нейтральные атомы, которыми занимаются в ИФП СО РАН), но тем не менее в том, что касается технологической реализации, именно для сверхпроводящих квантовых компьютеров сегодня достигнут наибольший прогресс. «Так, компания IBM смогла создать сверхпроводящий квантовый процессор, который содержит больше тысячи кубитов», — приводит пример ученый.

«Имя Джона Мартиниса постоянно встречается на страницах научных журналов в последние годы, и наиболее яркое достижение, которое с ним связано, — демонстрация квантового превосходства, которая состоялась в 2019 году (это было сделано, когда Мартинис возглавил исследовательский центр компании Google по квантовым вычислениям)», — рассказывает Илья Бетеров. 

Идея квантового превосходства состоит в следующем. Дело в том, что до 2019 года любой существующий квантовый компьютер можно было смоделировать на классическом. По этой причине даже речи не могло идти о том, чтобы рассматривать практическое применение квантовых вычислений. Однако в 2019 году было показано, что существуют такие математические задачи, пусть пока абстрактные и не имеющие практического приложения, которые могут быть эффективно решены только на квантовом компьютере, а классический эти задачи решить в принципе не может. «Это квантовое превосходство еще более убедительно было подтверждено в китайских исследовательских центрах», — отмечает исследователь.

Исследования в области квантовых компьютеров ведутся и в Новосибирске «К тематике, отмеченной Нобелевской премией, наиболее близки научные направления ИФП СО РАН по квантовым вычислениям и по магнитометрии с применением СКВИДов — сверхпроводящих интерференционных устройств (СКВИДы, например, используют наши геологи для палеомагнитных работ), — комментирует Илья Бетеров. — Мы занимаемся элементной базой квантовых вычислений на нейтральных атомах, и эту платформу рассматриваем в качестве альтернативы, но у нас есть опыт реализации квантовых алгоритмов и на настоящих сверхпроводящих процессорах IBM. Тематикой сверхпроводящих кубитов в России занимаются главным образом в Москве, но у нас в Новосибирске есть один из ведущих теоретиков в этой области — профессор Новосибирского государственного технического университета доктор физико-математических наук Яков Симхонович Гринберг». 

В целом, по словам ученого, достижения в этой области производят очень большое впечатление:  это связано с тем, что она сейчас наиболее динамично развивается и появляется всё больше возможностей для управления квантовыми состояниями многочастичных квантовых систем. «В каком-то смысле экспериментальные достижения выглядят как самая настоящая научная фантастика, хотя о практических приложениях пока еще говорить рано», — заключает Илья Бетеров.

Подготовила Екатерина Пустолякова

Мы уже обращали внимание на то, что геополитическое противостояние коллективного Запада и стран Глобального Юга никак не сказывается на пересмотре климатической повестки со стороны последних. Может показаться, что на практике ее там игнорируют, но на уровне деклараций и национальных стратегий «зеленые» приоритеты совсем никак не пересматриваются. Глобальный Юг провозглашает для себя то же самое направление развития (то есть достижение углеродной нейтральности), о котором заявляют и на Западе.

В этом плане необходимо избавиться от иллюзий. К сожалению, в нашей стране – из-за распространенного скептического отношения к теме глобального потепления – возникла уверенность в том, будто все блоки и союзы, создающиеся в противовес западной гегемонии, должны автоматически выступить и против климатической повестки. Такой взгляд сформировался исключительно благодаря тому, что многие считают, будто климатическая повестка инициирована западными странами и направляется исключительно оттуда. В этом нас убеждает то рвение, с которым европейцы реализуют свои «зеленые» стратегии.

На самом же деле климатическая повестка курируется на уровне ООН. По этой причине ее необходимо рассматривать именно как глобальный, международный тренд, а не только как инициативу западных стран (которые будто бы «нагнули» по данной теме всех остальных). В принципе, официально всё именно так и представлено. То есть мы имеем дело с международной инициативой в прямом значении этого слова. И данное обстоятельство вряд ли можно воспринимать как какую-то ширму для продвижения интересов исключительно западных стран.

В этом плане показательно, что против климатической повестки выступили сейчас США, сделав это совершенно открыто. О попытках республиканской администрации полностью выйти из климатических соглашений мы писали неоднократно. Однако стоит обратить внимание на то, что данная инициатива не получила явной поддержки со стороны стран Глобального Юга (как, наверное, ожидали российские климатические скептики). Так, страны БРИКС, даже несмотря на антизападную риторику их лидеров, не так давно еще раз формально подтвердили неизменность своего курса на достижение нулевых выбросов. По данному пункту совершенно ничего не меняется. Фанатизма, как в странах ЕС, там не проявляют, тем не менее, какого-либо иного сценария развития там также не представлено. Климатические изменения преподносятся как глобальная проблема № 1, без решения которой невозможно обеспечить нормальное будущее. Впрочем, отсюда совсем не следует, будто страны Глобального Юга намерены вести себя подобно верным последователям Запада, идя вторым эшелоном в фарватере развитых стран. Глобальный Юг, как ни странно, ведет здесь свою игру, в которой он явно намерен обыграть и переиграть тот же коллективный Запад. Казалось бы, парадокс. Однако логика здесь вполне очевидна и понятна. Речь идет о том, как в этой игре будут расставлены акценты. И сегодня мы наблюдаем за тем, что эти акценты намеренно расставляют к выгоде развивающихся стран.

В свое время мы уже отмечали, что на развитые страны пытаются «повесить» ответственность за климатические изменения. Фактически, коллективный Запад склоняют к «климатическим репарациям». Делается это, безусловно, под эгидой ООН. И, судя по всему, под это дело пытаются создать новую идеологию – своего рода новую «климатическую философию», которая расставит приоритеты так, что роль локомотива в реализации «зеленой» повестки станут играть как раз страны Глобального Юга.

В этом нас убеждают некоторые материалы Международного форума «Острова устойчивого развития: климатический аспект», состоявшегося 1 – 2 августа в Сахалинской области. Среди его участников было достаточно много представителей Глобального юга из африканских и азиатских стран. Их философский взгляд на проблему достаточно четко перекликался с некоторыми заявлениями со стороны российских коллег.

Как прямо заявил генеральный секретарь Российской ассоциации содействия ООН Алексей Борисов, необходимо осуществить изменение всей международной архитектуры, где во главу угла будет поставлено справедливое распределение ответственности за климатические изменения и (внимание!) активное участие развивающихся стран в выработке решений. По его словам, глобальный рост эмиссии парниковых газов продолжается, но он крайне неравномерен. В развитых странах выбросы сокращаются: частично – за счет внедрения «зеленых» технологий, но в большей степени – за счет переноса производственных мощностей в развивающиеся страны. «В результате таких процессов страны БРИКС, в особенности – Китай и Индия, показывают опережающий рост выбросов, поддержанный их индустриальным и энергетическим подъемом», - заметил Алексей Борисов.

На сегодняшний день на долю государств-членов БРИКС приходится уже 47% выбросов. Однако, по мнению Алексея Борисова, при обсуждении климатической ответственности необходимо учитывать не только текущие объемы эмиссии, но также исторический вклад стран в изменение климата. На его взгляд, ответственность за глобальное потепление должна быть дифференцирована как раз с учетом указанного исторического вклада. Понятно, что здесь уже прямо выражена претензия к западным странам. Кроме того, Андрей Борисов обратил внимание на то, что развитые страны куда больше импортируют углеродоемких товаров, чем экспортируют. «По сути, эти страны переносят свои углеродные выбросы в развивающиеся экономики. В то время как страны БРИКС не только несут бремя внутренней эмиссии, но и эмиссии, вызванной внешним потреблением», - подчеркнул докладчик.

Отсюда, утверждает Алексей Борисов, вытекает необходимость пересмотра подходов к сокращению выбросов, где необходимо учитывать не только производство, но также и потребление.

Согласимся, что такая постановка вопроса не лишена логики. В самом деле, западные страны активно выводят производства в ту же Индию или в Китай, пользуясь относительной дешевизной тамошних ресурсов. И потом они же претендуют на лидерство в сокращении углеродных выбросов. Лицемерию, как видим, здесь нет предела. Возьмем хотя бы такой факт, что «зеленый» энергопереход на Западе осуществляется при активных закупках соответствующего оборудования (например, солнечных панелей) в азиатских странах. Но чтобы произвести это оборудование в нужных объемах, эти азиатские страны наращивают производственные и энергетические мощности, а следовательно – и объемы парниковых выбросов. При этом европейские страны делают вид, что проявляют высочайшую экологическую сознательность, сокращая глобальные выбросы.

Как видим, на столь нелепое обстоятельство начинают обращать внимание, выдвигая тезис о справедливом распределении ответственности за климатический кризис. Не приходится сомневаться, что он обретет популярность в странах Глобального Юга. Фактически, на этом тезисе можно выстроить серьезную идеологию, способную еще теснее «сплотить ряды» развивающихся стран в их конкурентной борьбе с коллективным Западом. И вполне ожидаемо, что лидеры стран БРИКС непременно ухватятся да эту новую климатическую идеологию.

Возможно, как раз по этой причине они не отбрасывают саму климатическую повестку, а просто придают ей новое звучание. Вряд ли это можно увязать с конформизмом и намерением подстроиться под западные страны (как думают некоторые российские эксперты, обвиняя БРИКС в неспособности противостоять западной гегемонии). Нельзя исключать, что в ближайшей перспективе нас ждет новая интерпретация климатической повестки. И немаловажным является тот факт, что наша страна открыто претендует на лидерство в вопросах предстоящего «переформатирования» отношений.

В силу сказанного вряд ли стоит ожидать, что наши руководители последуют примеру Трампа в попытках закрыть «углеродную» тему и выйти из соответствующих договоров по климату. Насколько же такая позиция окажется дальновидной, покажет время.

Константин Шабанов

Нобелевскую премию по физиологии или медицине в 2025 году присудили Мэри Брунков (Институт системной биологии, США), Фрэду Рамсделлу (Институт иммунотерапии рака Паркера, США) и Шимону Сакагучи (Университет Осаки, Япония) «за новаторские открытия, касающиеся периферической иммунной толерантности, которая предотвращает нанесение вреда организму со стороны иммунной системы». Что это за система и почему это открытие важно, рассказал старший научный сотрудник лаборатории фармакологического моделирования и скрининга биоактивных молекул НИИ клинической и экспериментальной лимфологии — филиала ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» кандидат биологических наук Роман Сергеевич Фадеев. 

— Периферическая иммунная толерантность — это вторая по времени, но не по важности, ветвь иммунологической толерантности после толерантности в костном мозге и тимусе, так называемой центральной толерантности. Как следует из названия, она развивается в периферических тканях и лимфоидных органах, а это практически все ткани и органы нашего организма, и служит критически важным механизмом для контроля реагирующих на собственные антигены организма T- и B-лимфоцитов (клеток иммунной системы), которые избежали отбора в тимусе и костном мозге. Именно там происходит удаление «неправильных» лимфоцитов уже в момент их появления или обучения, но некоторые всё же остаются. Поскольку центральная толерантность эффективна только на 60—70 %, значительная часть низкоаффинных (слабореагирующих) аутореактивных T-лимфоцитов попадает в кровь, где они должны контролироваться механизмами периферической толерантности для того, чтобы не развилось аутоиммунное заболевание. 

Ключевыми механизмами периферической толерантности считаются несколько: T-клеточная анергия — состояние, когда Т-лимфоциты могут в течение длительного времени никак не реагировать на активирующие их сигналы; периферическая делеция — процесс, при котором аутореактивные T-лимфоциты подвергаются апоптозу (регулируемой клеточной гибели); иммунологическое игнорирование — эволюционно консервативный механизм, когда собственные антигены присутствуют в малом количестве или изолированы анатомическими барьерами, как, например, в головном мозге и в глазу. В свою очередь, главными в периферической толерантности являются Т-регуляторные лимфоциты и миелоидные дендритные клетки. Т-регуляторные лимфоциты развиваются из хелперных T-лимфоцитов в периферических тканях и активируются специальными регуляторными молекулами: интерлейкином-2 и трансформирующим фактором роста бета. Такие клетки особенно важны для толерантности к собственной микробиоте кишечника и пищевым антигенам. Миелоидные дендритные клетки выполняют три главные функции: показывают антигены лимфоцитам без правильной костимуляции, включают дифференцировку Т-регуляторных лимфоцитов и активируют апоптоз аутореактивных T-лимфоцитов.

Нарушения периферической иммунной толерантности лежат в основе развития таких аутоиммунных заболеваний, как системная красная волчанка, ревматоидный артрит, диабет 1-го типа и IPEX-синдром, связанный с мутациямигена Foxp3. Понимание механизмов периферической толерантности имеет огромное значение для формирования толерантности к трансплантатам, что может существенно улучшить качество жизни пациентов после соответствующей операции. Также эти знания важны для онкоиммунологии: опухоли могут использовать механизмы периферической толерантности для избегания иммунного надзора, и повышенное количество Т-регуляторных лимфоцитов в месте опухоли часто коррелирует с неблагоприятным прогнозом.

Понимание этих механизмов не только расширяет наши знания о функционировании иммунной системы, но и открывает новые возможности для разработки терапевтических подходов к лечению аутоиммунных заболеваний, иммунотерапии аллергии и повышения качества трансплантации органов.

В пресс-релизе Нобелевского комитета говорится, что лауреаты выявили регуляторные Т-клетки, предотвращающие атаку иммунных клеток на собственный организм. Сакагучи обнаружил неизвестный класс иммунных клеток, защищающих организм от аутоиммунных заболеваний. Позднее Брунков и Рамсделл выявили у определенной линии мышей мутацию в гене Foxp3 и показали, что мутации в человеческом аналоге этого гена вызывают IPEX-синдром (тяжелое аутоиммунное заболевание). Через два года выяснилось, что ген Foxp3 управляет развитием регуляторных Т-клеток, открытых ранее, а они, в свою очередь, контролируют другие иммунные клетки и обеспечивают толерантность иммунной системы к собственным тканям.

Подготовила Юлия Позднякова 

Новосибирский государственный университет и крупнейшая сетевая компания Советского района Новосибирска ФГУП «Управление энергетики и водоснабжения» заключили договор о сотрудничестве в области внедрения современных технологических решений в области ЖКХ.

«Мы заинтересованы в том, чтобы ФГУП УЭВ динамично развивалось, поэтому готовы поддерживать совместные проекты, в том числе в рамках Центра искусственного интеллекта НГУ. За последнее время в этой организации произошли положительные изменения, и для нас очень важно, чтобы ФГУП УЭВ и дальше работало в таком же динамичном режиме», – подчеркнул во время процедуры подписания документа ректор НГУ академик РАН Михаил Федорук.

На первом этапе сотрудничества будет построена модель теплоснабжения определенного теплового участка, которая позволит, во-первых, отслеживать и управлять параметрами системы централизованной подачи отопления, а во-вторых, предсказывать возникновение различных нестандартных ситуации.

Модель, получая информацию с помощью датчиков, которые уже смонтированы на экспериментальном участке, будет четко в режиме онлайн показывать возникающие утечки с точной локализацией, и, соответственно, уменьшается время на поиск и реагирование. А точные параметры текущего потребления позволят регулировать подачу тепла, обеспечивая тем самым необходимую температуру в помещениях всех пользователей, но при этом избегая ненужных затрат.

«В принципе, если какой-то сотрудник долго-долго работал с конкретной сетью, он смотрит на датчики, и по их показаниям может достаточно хорошо понимать, что происходит в сети, идет штатная работа или есть признаки каких-то отклонений. Мы же хотим возложить эту роль «опытного сотрудника» на нейросеть, которую будем обучать как на массиве накопленных в ходе эксплуатации данных о работе участка теплосети, так и с помощью компьютерного моделирования разных внештатных ситуаций.  Чтобы, в результате, она могла указать, есть ли какая-то проблема, какого рода эта проблема и на каком участке теплосети она происходит», - поделился подробностями один из авторов проекта, научный сотрудник Центра искусственного интеллекта НГУ Олег Гобызов.

Энергетика – достаточно консервативная отрасль и цена ошибки может быть очень высокой, поскольку речь идет о снабжении теплом и водой тысяч жителей многоквартирных домов. Поэтому на первом этапе речь идет о модели одного теплового участка. Но в случае успешной реализации этого пилотного проекта, ФГУП УЭВ готово оперативно масштабировать ее на другие части своей инфраструктуры.

«Для нас это очень важный проект. По итогам его реализации мы планируем максимально оцифровать наши сети, что позволит более оперативно принимать необходимые решения, сокращать сроки устранения нештатных ситуаций, тем самым, значительно повысить эффективность оказания услуг. И в целом – мы будем иметь более объективную картину состояния наших систем, что позволит лучше планировать и выполнять нашу работу», - отметил директор ФГУП УЭВ Дмитрий Бурденко.

Для университета этот проект стал очередным этапом разработки и внедрения в области ЖКХ решений с использованием технологий искусственного интеллекта. В начале лета этого года университет и наукоград Кольцово запустили схожий проект по созданию системы мониторинга состояния отопительных сетей и прогноза возможных аварий и утечек тепла, также интегрировав ее работу с цифровым ассистентом.

В университете отмечают, что с подобными задачами сталкиваются фактически все муниципалитеты нашей страны и после апробации на инфраструктуре Кольцово, созданные решения можно будет предлагать для широкого внедрения в других населенных пунктах.

«Сейчас в работе Центра наступает этап, когда мы от теоретических работ переходим к созданию на базе этих исследований уже конкретных цифровых продуктов и сервисов, подразумевающих использование искусственного интеллекта в управлении городским хозяйством и строительной отрасли. Напомню, что практическое применение наших разработок было одним из ключевых условий открытия центра. И наукоград Кольцово сразу рассматривался как одна из главных площадок для внедрения пилотных проектов», – рассказал директор ЦИИ НГУ Александр Люлько.

Сотрудники ЦИИ НГУ не скрывают, что в рамках пилотного проекта совместно с ФГУП «УЭВ» хотят отработать еще одну задачу – отработать саму процедуру внедрения подобных технологий в реальное коммунальное хозяйство.

«Мы с высокой долей вероятности могли не учесть какие-то существенные для практической работы теплосетей проблемы или моменты. Все знают, что при переходе от теории к практике встречаются шероховатости. Кроме того, есть ряд регуляторных, юридических ограничений, например, доступ к данным, с этими вопросами тоже надо будет разбираться уже в процессе. Это и есть задача пилотных проектов, на небольшом участке наработать необходимый опыт применения решения, а потом масштабировать его на большие масштабы», - поделился Олег Гобызов.

Разработчики подчеркивают, что этот проект имеет значение не только для отдельной компании, но и для всей отрасли, поскольку износ коммунальных систем в стране растет, значит, возрастает вероятность различных нештатных ситуаций. В то же время, средств на единовременную модернизацию всего огромного массива коммуникаций нет ни в одном бюджете. Альтернативой может стать как раз использование подобных цифровых решений, которые позволят прогнозировать различные нештатные ситуации и либо предотвращать их, либо – оперативно устранять с меньшими затратами.

Сергей Исаев

Некоторые типы углей обладают низкой реакционной способностью — они трудновоспламеняемы, что зачастую делает их невостребованными. Сибирские ученые придумали способ, позволяющий увеличить эффективность использования этих углей путем добавления к ним отходов деревообрабатывающих производств.

Для исследования взяли угли различной стадии метаморфизма, а также некоторые из продуктов углеобогащения компании «Сибантрацит», которые обладают низкой реакционной способностью. В качестве древесной добавки был выбран сосновый опил — этот материал имеет высокую теплоту сгорания, и уже известно, что его смесь с низкореакционными углями повышает степень полезного использования последних. Однако простое смешение компонентов не слишком эффективно: на начальном этапе опилки быстро выгорают, лишь незначительно повышая выгорание угля. К тому же такая смесь не подходит для применения в обычном энергетическом оборудовании.

Ученые ИТ СО РАН и ИХТТМ СО РАН предложили новый метод использования подготовки двухкомпонентного топлива. Если раньше образцы угля и опилок сначала по отдельности высушивали и измельчали, и только потом смешивали, то при приготовлении композитного топлива высушенное сырье подвергалось механоактивационному измельчению совместно, уже в перемешанном виде. Получившийся композит продемонстрировал синергетическое поведение, что означает превосходство его характеристик над простой механической смесью тех же компонентов. Это подтвердили эксперименты по термогравиметрическому анализу, воспламенению в вертикальной трубчатой печи и факельному сжиганию. 

«Основные причины эффективности композита в том, что при совместном механохимическом активировании в мельнице-активаторе происходит формирование общей поверхности частиц угля и опилок, из-за чего на поверхности частиц возникают парамагнитные центры (свободные радикалы), которые ускоряют реакции воспламенения. Также в композитах происходит тесный контакт между компонентами: частицы угля прилипают к более крупным частицам опилок, что обеспечивает лучшую передачу тепла и активных центров и приводит к совмещению стадий выделения летучих веществ из биомассы и окисления угля. В результате время задержки воспламенения снижается на 20–30 % по сравнению со смесью и происходит более стабильное и полное сгорание с более высокой температурой в факеле. В случае газификации композит обеспечивает равномерное выделение синтез-газа (H₂, CO). Таким образом, ключевой фактор — не просто смешивание, а совместная механическая активация, приводящая к образованию реакционноспособных структур с общей поверхностью», — рассказал младший научный сотрудник ИТ СО РАН Артём Валерьевич Кузнецов.

По словам ученых, композит предназначен в первую очередь для сжигания в угольных энергоустановках по технологии совместного сжигания угля и биомассы. На тепловых электростанциях (ТЭС) и в городских котельных, а также в установках для частного сектора существуют угольные котлы, где уже используется пылеугольное топливо. Добавление 5—10 % биомассы к угольному топливу обычно не требует серьезной модификации энергетического оборудования, что делает этот метод экологически и экономически привлекательным для промышленных предприятий. Также композит может применяться в газогенераторах для переработки отходов в синтез-газ.

«При увеличении доли биомассы (например, до 30—50 %) могут потребоваться настройка системы подачи и корректировка режимов дутья для стабилизации факела, также возможна установка дополнительных горелок для поджига. Для использования в газогенераторах будет необходима адаптация системы загрузки и управления температурным режимом. Важно, что технология не требует капитальной реконструкции и может быть внедрена поэтапно», — отметил Артём Кузнецов.

Еще одно преимущество разработанной технологии в том, что она позволяет эффективно утилизировать сельскохозяйственные отходы. В качестве компонентов топлива возможно использовать отходы как деревообрабатывающих предприятий, так и нефтепереработки, целлюлозно-бумажного производства, углеобогащения. 

Сейчас разработка находится на стадии экспериментальной апробации и полупромышленных испытаний. Уже проведены лабораторные исследования (термогравиметрический анализ, воспламенение в трубчатой печи), испытания на полупромышленной горелке, эксперименты по плазменной газификации с анализом синтез-газа. Имеются паттерны воспламенения и горения для разных соотношений компонентов (30/70, 50/50, 70/30 угля/опилок). Ученые подтвердили стабильность горения композита даже для низкореакционных углей (антрацита).

«Технология близка к пилотному внедрению, но требует масштабирования на реальных котлах, в том числе в вопросах подготовки топлива, и долгосрочных испытаний на износ оборудования. Кроме того, необходимо разработать стандарты подготовки композитного топлива», — заключил Артём Кузнецов.

Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.

Диана Хомякова

Фото автора