«Мы участвуем в подготовке агрономов будущего»: резидент Академпарка помогает школьникам «Сириуса» выращивать растения в искусственных условиях

GrowEd — настольные теплицы для сити-фермерства. В инновационных камерах школьники выращивают растения и изучают влияние качества света на рост и развитие пшеницы. В перспективе такие исследования изменят методы ведения сельского хозяйства и повысят урожайность.

Компания-резидент Академпарка «ЭДГРИН» разрабатывает программно-аппаратные комплексы для выращивания растений в школах. Практически каждая школа сейчас имеет требования по проведению проектной деятельности, но не обладает необходимым оборудованием и компетенциями.

Все тестовые исследования, связанные с изучением роста и качества выращиваемых растений в камере GrowEd, проводятся на базе Института почвоведения и агрохимии СО РАН, а затем команда формирует образовательные кейсы для учителей и наставников по использованию оборудования в рамках школьной программы.

Сейчас в камерах GrowEd M и GrowEd Pro школьники выращивают растения в рамках программы «Большие вызовы» в образовательном центре «Сириус». Старшеклассники изучают, как параметры искусственного освещения влияют на рост и развитие растений. Если подобрать оптимальные условия для выращивания растений, исходя из их биологических особенностей — можно управлять ими в закрытом грунте в искусственной агроэкосистеме. Так получиться выращивать полезную продукцию даже на космических станциях.

«Можно сказать, мы участвуем в подготовке сотрудников будущего — городских растениеводов, агрономов, которые разбираются в качестве еды и в системах автоматизации,  умеют выращивать растения беспочвенным методом и управлять их вкусом. Когда проблема сокращения плодородных земель станет более явной и придется осваивать новые методы производства продуктов питания, к этому моменту будут специалисты, готовые эту задачу решать», — говорит генеральный директор стартапа Алексей Старостин.

Институт катализа СО РАН заключил государственный контракт на разработку, изготовление, монтаж, шефмонтаж, шефналадку технологического оборудования экспериментальной станции «XAFS-спектроскопия и магнитный дихроизм» с Институтом сильноточной электроники СО РАН (г. Томск). Таким образом, завершились конкурсные процедуры, по результатам которых были определены механизмы и участники создания оборудования всех шести экспериментальных станций первой очереди Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов».

«Работы по формированию исследовательского комплекса ЦКП «СКИФ» идут полным ходом. Для четырех станций, конкурсные процедуры по которым состоялись ранее, организации-интеграторы уже разработали эскизные проекты и конструкторскую документацию, началось производство отдельных узлов экспериментального оборудования. Комплекты оборудования станций «Электронная структура» и «XAFS-спектроскопия и магнитный дихроизм» мы планировали приобрести едиными лотами за рубежом, однако санкционные ограничения внесли свои коррективы. Тем не менее, мы нашли оптимальные варианты решения этих вопросов, и на экспериментальных станциях первой очереди ЦКП «СКИФ» будут реализованы все запланированные синхротронные методики», — прокомментировал директор Института катализа СО РАН академик РАН Валерий Бухтияров.

Общая стоимость контракта с Институтом сильноточной электроники СО РАН (ИСЭ СО РАН) на создание оборудования станции «XAFS-спектроскопия и магнитный дихроизм» составляет чуть менее 1,2 млрд рублей. В соответствии с условиями конкурса ИСЭ СО РАН изготовит и поставит готовый комплект оборудования до конца декабря 2024 года. 

Станция «XAFS-спектроскопия и магнитный дихроизм» предназначена для решения широкого класса научно-исследовательских задач в области химии, катализа, материаловедения, нанотехнологий, полупроводниковой промышленности, геологии, экологии и др. Для этого будут использоваться методы спектроскопии рентгеновского поглощения и магнитного дихроизма.

Например, на этой станции исследователи будут получать информацию о локальном строении и электронной структуре функциональных материалов, например, катализаторов, что в перспективе позволит вести их целенаправленный синтез, а также подбирать оптимальные условия проведения каталитического процесса.

Также исследования на станции позволят улучшать характеристики новых типов аккумуляторов высокой емкости, топливных элементов, разрабатывать новые функциональные материалы для авиационной, космической, автомобильной промышленности, магнитные материалы для микроэлектроники.

Исследование состава и структуры геологических образцов на станции «XAFS-спектроскопия и магнитный дихроизм» позволит как оценивать экологическую обстановку, так и повышать эффективность поиска и безотходность добычи полезных ископаемых.

Напомним, ранее Институт катализа СО РАН заключил с ИСЭ СО РАН государственный контракт на создание оборудования еще одной станции ЦКП «СКИФ» — «Структурная диагностика».

«Под проект создания первой станции «Структурная диагностика» сформирована мотивированная профессиональная команда. Теперь мы дополнительно усилим эту команду, поможем ей административно и кадрово, чтобы ресурсов хватило на оба проекта. Между станциями «Структурная диагностика» и «XAFS-спектроскопия и магнитный дихроизм» много общего. Однако отличительной особенностью второго проекта является необходимость разработки особого монохроматора. Он должен не просто вырезать узкую спектральною полосу из падающего рентгеновского излучения, но обеспечивать возможность сканирования по энергии, причем с достаточно высокой скоростью. Необходимо реализовать кинематическую схему прецизионного, синхронного, воспроизводимого вращения двух кристаллов. Наши конструкторы уже подключены к поиску возможных технических решений. Часть оборудования для станции «XAFS-спектроскопия и магнитный дихроизм» ИСЭ СО РАН готов изготовить собственными силами, но мы рассчитываем и на помощь коллег. Часть оборудования будет заказана в Китае, у специалистов, разрабатывавших станции аналогичного функционала. Для нас это хорошая возможность усилить технологическую кооперацию с дружественными странами. Безусловно, к проекту подключится и Большой университет Томска», — отметил директор ИСЭ СО РАН Илья Романченко.

Конкурсные процедуры на создание шести экспериментальных станций ЦКП «СКИФ» первой очереди состоялись в период с июля 2022 года по июль 2023 года. Общая сумма заключенных государственных контрактов составляет 6,9 млрд рублей.

Пресс-служба ЦКП СКИФ

Часть вторая: Зеленые пояса и агропарки

Зададимся вопросом: как снабжались большие города овощами в доиндустриальную эпоху, то есть до появления железных дорог, автомобилей и самолетов? Очевидно, что так называемое транспортное плечо было тогда небольшим, и свежие овощи доставлялись с прилегающих территорий. Возьмем тот же Париж, где сегодня проводятся эксперименты с городским фермерством. Столица Франции, отмечают эксперты, разместилась на весьма плодородных землях, и до позапрошлого века большая часть сельхозпродукции доставлялась сюда с близлежащих территорий, которые сегодня занимает пригород Обервилье. Как утверждают исследователи, подобные модели встречаются в городских районах по всему миру. Собственно, исторически именно пригородные территории обеспечивали продовольственную безопасность горожан.

Во многих третьих странах данные цепочки поставок сохранились до сих пор, даже несмотря на отсутствие формальной защиты прав собственности. Последнее обстоятельство, кстати, может сыграть дурную роль, поскольку незащищенность сельхозпроизводителей приводит к тому, что эти участки изымаются в пользу застройщиков. В итоге города неимоверно разрастаются за счет пригородного сельскохозяйственного пояса, одновременно теряя свой традиционный продовольственный ресурс. Тенденция не очень хорошая, поскольку, потеряв традиционных поставщиков, город попадает в зависимость от крупных производителей, в том числе – зарубежных.

Специалисты уже бьют тревогу. Нынешнее расширение городов в Азии и Африке происходит за счет закатывания плодородных сельскохозяйственных земель в асфальт. Заменить эту потерю фактически нечем. По мнению специалистов, происходит это в силу того, что пригородные территории очень сильно недооцениваются в экономическом и социальном плане. То же в какой-то мере справедливо и для современной Европы. Скажем, отдельные исторические районы в городах тщательно охраняются законом, чего не скажешь о сельскохозяйственных угодьях в пригороде. Оно и понятно: исторические районы привлекают туристов, способствуя тем самым пополнению городской казны. В то время как интересы местных сельских тружеников, вносящих посильный вклад в продовольственную безопасность горожан, не оцениваются так высоко. Мало того, серьезно недооценивается производственный потенциал пригородных территорий, точнее, они перестают восприниматься как важнейший ресурс для производства продуктов питания. В итоге многие участки просто не используются так, как это было в доиндустриальную эпоху, а сами сельскохозяйственные районы переносятся как можно дальше от городской черты.

Впрочем, в Европе ситуация начинает меняться в лучшую сторону, и происходит это как раз в контексте решения вопросов продуктового снабжения городов. Так, соответствующая работа была недавно проделана по защите сельскохозяйственных угодий возле Барселоны. Здесь был выделен аграрный парк площадью три тысячи га, который сегодня рассматривается в качестве модели пригородного сельского хозяйства - для применения в мировом масштабе. Схожий новаторский шаг недавно сделала Кито – столица Эквадора, - включив в генеральный план развития города участки для…  сельскохозяйственной деятельности!

Прецедент очень важный. По сути, мы имеем дело с принципиально новой парадигмой развития городов. Да, города естественно расширяются, включая в свой состав бывшие сельские территории. Однако из этого не следует, что продуктивные сельхозугодия необходимо закатывать в асфальт и полностью прекращать выращивание продуктов питания внутри городской черты (как принято думать). Новаторство концепции городского фермерства в том и заключается, что здесь отсутствует надуманный антагонизм между городом и «деревней». Наличие вокруг городской застройки «зеленых поясов» теперь рассматривается как неотъемлемый элемент в плане обеспечения продовольственной безопасности для горожан.

В настоящее время власти Парижа пытаются нарастить «зеленый пояс» вокруг столицы. Данное решение реализуется в рамках специального проекта, стартовавшего в 2016 году. Первоначально к городу было добавлено 50 городских ферм, в результате чего площадь сельскохозяйственных угодий выросла с 11 до 30 га. В перспективе ее намерены увеличить до 100 га. Кроме того, к 2030 году в Большом Париже (куда входят пригородные территории) должны появиться еще три тысячи га сельхозугодий. Примечательно, что данная инициатива мотивируется необходимостью адаптации к климатическим изменениям! Кстати, подход весьма здравый, если учесть, что крупные производители плодоовощной продукции рискуют реально пострадать от погодных аномалий – со всеми вытекающими экономическими последствиями. Напомним еще раз о том, как жители Лондона остались без помидоров, когда в Испании и Северной Африке из-за аномальной погоды случился неурожай. А ведь в самой Англии прекрасные условия для выращивания томатов. Даже такая либерально-прогрессистская газета, как The Guardian (о чем мы в свое время писали) вынуждена была напомнить читателям, что англичане в состоянии снабдить себя помидорами самостоятельно, ибо условия вполне позволяют это сделать.

В общем, тенденция понятна.  Тема городского фермерства со временем будет приобретать всё большую актуальность, а значит, когда-нибудь она прямо затронет принципы градостроительной политики во всех странах. Там, где этого не понимают, там увеличивают риски дефицита продовольствия, считают исследователи (в первую очередь это касается бедных стран вроде Гаити). В общем, развитие городов и агломераций в свете современных тенденций предполагает не господство бетона, стекла и пластика, а наличие «зеленых» зон, включая высокопродуктивные сельскохозяйственные угодья – даже если речь идет о территориях внутри городской черты.

Заметим, что в наше время это уже не какая-то постмодернистская блажь. Еще раз напомним, что речь идет о продовольственной безопасности горожан, в чьих интересах иметь рядом с собой источники продовольствия. Это страхует их не только от голода, но также и от высоких цен на продукты (прежде всего – овощи и корнеплоды). Напомним, что в российских городах (включая и Новосибирск) в кризисные годы региональные власти содействовали организации городских ярмарок, где реализовывалась продукция местных (пригородных) производителей. Такими действиями удавалось сдерживать цены на продукты. Подобные прецеденты красноречиво подчеркивают актуальность концепции городского фермерства в указанном здесь виде. Есть надежда, что в нашей стране она найдет понимание у чиновников разных уровней. Однако эту тему необходимо квалифицированно развивать и популяризировать, в том числе среди представителей власти (включая и законодателей). И лучше всего справиться с этой задачей могут авторитетные представители нашей академической науки.

Николай Нестеров

Одна из центральных тем проектно-образовательного интенсива «Архипелаг 2023» – подготовка кадров для отрасли беспилотного авиастроения и управления дронами. 3 августа, на шестой день масштабного мероприятия, в Новосибирском государственном университете прошла «Лаборатория проектирования кадровых ответов», в рамках которой участники сформировали «карту кадровых потребностей» и начали проектировать «кадровый ответ» – решения, которые помогут привлечь новых работников в область работы с БАС.

После установочной лекции пять групп, каждая из которых разбирала свой аспект вопроса, устроили мозговой штурм, чтобы во второй половине дня представить первые результаты работы на оценку экспертов. Результатом первого такта работы стала презентация идей развития БАС в пяти аспектах.

Для привлечения новых разработчиков в сферу беспилотия было предложено сделать новый протокол открытости данных для производителей, обмениваться информацией с университетами, развивать инженерные школы и объединить разрозненные коммуникации (выставки, журналы, конференции и прочее) для создания единого поля.

Чтобы подготовить эксплуатантов БАС, выступающие предложили создать прогноз кадровых потребностей на кратко-, средне- и долгосрочную перспективу; создать условия для самореализации специалистов в России, развивая отрасль и создавая новые рабочие места; работать с университетами-партнерами, открывая новые образовательные программы. Но больше всего голосов экспертов собрала идея привлечь в профессиональное образование «кустарных» специалистов.

Третья группа представила решение по созданию профессиональных карьерных траекторий. Для этого, по мнению участников, необходимо привлечение государственных средств – например, региональная поддержка; раннее вовлечение студентов в профессию на частичную занятость, профориентация школьников и «картирование» человеческого потенциала, возможно – введение распределения; отказ от классического трудового договора и «удалёнка», а также создание международного центра технологий. Отдельно уделили внимание привлечению в Россию высококлассных инженеров через развитие привлекательных передовых технологий.

Отдельно обсуждалась популяризация БАС. Основными целевыми аудиториями популяризации были выбраны три возрастные группы населения: дети, подростки и студенты, взрослые. Участники предложили представлять беспилотники детям как область, в которой можно выделиться среди других; для подростков и студентов, выбирающих карьерный путь, сделать акцент на возможности работать в крутой компании и хорошо зарабатывать. На заработок предлагается сделать упор и для взрослых.

Завершила первый такт группа, представившая идеи создания сообщества людей, работающих с беспилотниками. Выделив множество разрозненных кластеров таких специалистов, выступающие предложили объединить их, используя информационные ресурсы (сайт и социальные медиа – в частности, Telegram), создать движение амбассадоров, неформальные организации с перспективой перерождения в НКО, а также получить государственную поддержку: например, в виде грантов.

Лучшие из идей, получившие наибольшее количество голосов экспертов, были детальнее проработаны перегруппировавшимися командами и представлены во время второго такта. Финальные итоги трека будут презентованы на «Архипелаге 2023» 5 августа.

В рамках проектно-образовательного интенсива «Архипелаг 2023» Новосибирский государственный университет, Институт цитологии и генетики СО РАН и  крупнейший производитель продуктов питания России «ЭФКО» (торговые марки «Слобода», Altero, растительного мяса и молока Hi! и др.) подписали соглашение о сотрудничестве и договорились о создании совместной биотехнологической лаборатории.

Проект позволит объединить усилия ведущих российских ученых в области генетических исследований и «ЭФКО», как индустриального партнера, для оперативного внедрения совместных результатов научного поиска в производство.

Важная составляющая совместной работы касается подготовки кадров, готовых отвечать на вызовы, стоящие в области биотехнологий. Эта дискуссия, равно как обеспечение технологического суверенитета и опережающее развитие отечественных технологий, были одними из главных вопросов трека «Человек+» «Архипелага 2023».

«Основной задачей созданной на базе Новосибирского государственного университета и Института цитологии и генетики СО РАН лаборатории станет разработка платформ для создания высокоэффективных штаммов-продуцентов, необходимых для производства ингредиентов для пищевой промышленности и сельского хозяйства, – пояснил директор по стратегическому развитию «ЭФКО» Владислав Романцев. – Второе важное направление – это разработка и применение технологий геномного редактирования для сельскохозяйственных растений и создание платформ для геномной селекции. Фактически это первый шаг по созданию крупного современного опорного центра по развитию биотехнологий в России».

Ректор НГУ, академик РАН Михаил Федорук подчеркнул, что создание совместной лаборатории усилит собственную науку в университете и даст студентам возможность совмещать фундаментальные исследования с практико-ориентированными задачами еще в процессе обучения:

«Новосибирский Академгородок — одно из немногих мест в стране с самыми мощными компетенциями в области биотехнологий. И, безусловно, важно, чтобы исследовательские задачи как отвечали потребностям российских производителей, так и работали на опережение. Сотрудничество с таким крупным партнером позволит удерживать самую актуальную повестку и готовить специалистов, которые готовы не только работать на этом рынке, но и менять его».

«Разработка генетических технологий и их применение для решения актуальных задач промышленности, сельского хозяйства и медицины – одна из ключевых задач ИЦиГ СО РАН. – сформулировал свое видение директор ФГБНУ «Институт цитологии и генетики СО РАН», академик РАН Алексей Кочетов.

– Для нас крайне важно сотрудничество с ответственным индустриальным партнером, готовым вкладывать ресурсы в развитие отечественной технологической платформы, с которым можно обсуждать направления сотрудничества на перспективу. И, конечно, взаимодействие с Новосибирским государственным университетом – нашей альма-матер, в программе развития которого уже реализуется строительство научно-исследовательского корпуса и организация новых научных подразделений по актуальным направлениям науки».

В 2023 году Правительством Российской Федерации проведена работа по формированию национального проекта, посвященного развитию беспилотных авиационных систем (БАС). В состав национального проекта вошло пять федеральных проектов, направленных на развитие инфраструктуры, стимулирование серийного производства и спроса, создание перспективных технологий, подготовку кадров сферы БАС. В рамках проектно-образовательного интенсива «Архипелаг 2023» эксперты, представители компаний в отрасли БАС и ученые объединились, чтобы проверить проекты «на прочность» и совместными усилиями доработать идеи с приземлением к существующим реалиям и учетом желаемых результатов реализации. К стресс-тесту федеральных проектов присоединилась и команда Центра НТИ по новым материалам на базе Новосибирского государственного университета (ЦНФМ НГУ).

— ЦНФМ НГУ, как один из участников развития сквозной технологии в области моделирования и разработки новых функциональных материалов с заданными свойствами, совместно с командой Новосибирской области и участниками проектно-образовательного интенсива «Архипелаг 2023» в течение нескольких дней стресс-теста принимает участие в работе, посвященной формированию картины будущего, возникающей в условиях представленных инициатив развития сферы БАС, а также формированию предложений, призванных дополнить текущий спектр мероприятий федеральных проектов, — рассказал заместитель директора Центра НТИ по новым материалам на базе НГУ Тимур Бъядовский.

Эксперт объяснил, что для Центра участие в стресс-тесте является важным, поскольку научно-технологическое направление, связанное с созданием новых материалов, является одним из приоритетов рассматриваемых федеральных программ. 

— Так, например, сферой БАС востребована разработка и применение новых материалов и средств защиты от экстремальных воздействий внешней среды, разработка сверхлегких материалов для покрытий и внутреннего экранирования беспилотных воздушных судов, объединяющих в себе высокую стабильность к воздействию факторов окружающей среды и многое другое, — дополнил Бъядовский.

Напомним, что Центр по новым функциональным материалам университета в первом такте интенсива организовал технологическую лабораторию по новым материалам, участие в которой приняли эксперты по композитным материалам, по материалам для энергонакопителей и конструктивно-силовых схем, а также главные конструкторы и материаловеды из компаний БАС. На ней участники разрабатывали пакет технологических проектов, которые помогут преодолеть барьеры в области новых материалов и осуществить переход к первому и второму поколениям беспилотных авиационных систем.

Алина Ершова, пресс-служба НГУ

Итак, продолжаем рассматривать список наиболее перспективных технологий, представленный в свежем отчёте Всемирного Экономического Форума. В прошлой части речь шла преимущественно о биологических и медицинских новинках, что не удивительно – по некоторым данным именно на эти направления приходится чуть ли не половина мирового финансирования научных исследований. Но вот в верхней части рейтинга явно лидируют информационные технологии – пожалуй, самая бурно развивающаяся составляющая современного научно-технического прогресса.

Пятое место в рейтинге отдано метавселенным. Если говорить простыми словами, то метавселенная — новое поколение интернет-платформ. Это полноценные миры, в которых пользователи могут находиться. Работать, отдыхать, приобретать новые навыки. Каждый мир индивидуальный, имеет свои функции и особенности.

И логично, что этим мирам находят все новые и новые применения. Например, в сфере восстановления психического здоровья человечества, которое изрядно потрепала недавняя пандемия (а оно и до того не отличалось впечатляющими показателями). Так вот решать проблемы психики врачи хотят как раз с помощью специальных метавселенных. Виртуальные пространства будут поставлены на борьбу с социальным отчуждением и одиночеством. Нас ждут Майнкрафт для анонимных алкоголиков, шутеры для социопатов и пошаговые стратегии для преодоления фобий.

Кроме того, в перспективе такие метавселенные можно совмещать с терапевтическими нейротехнологиями, такими как прямая мозговая стимуляция для лечения трудноизлечимой депрессии.

Четвертое место занимает технология освоения искусственных вирусов (фагов), которые помогут бороться со многими заболеваниями за счёт программирования фагов на уничтожение клеток вредных бактерий.

Проблема устойчивых к существующим лекарствам возбудителей заболеваний известна относительно давно. Вредоносная бактерия, которой нипочем антибиотики, из кошмара инфекциониста увы стала реальностью, а там рукой подать до новых пандемий, на фоне которых пресловутый коронавирус может показаться «легкой разминкой». Ученые также не первый год ищут новые «средства поражения» таких патогенов – так называемые бактериофаги. Эти препараты уже продаются в аптеках, хотя стоят недешево.

Но развитие технологий (в том числе генной инженерии) естественным образом поставило вопрос: не проще ли, вместо напряженных поисков бактериофага в природе, сделать его самим, снабдив всеми необходимыми характеристиками.

Известно, что число микроорганизмов, проживающих в теле человека, сопоставимо с числом его клеток, а их совокупная масса ДНК больше, чем у носителя (что породило шутку о том, что еще неизвестно, кто мы с точки зрения генетики, люди или сообщество микробов на некоей «платформе»). Это сообщество называют микробиомом и оно играет важную роль в регуляции нашего здоровья. А может выполнять эту функцию еще лучше, если дополнить естественный микробиом новыми «обитателями» - созданными биоинженерами вирусами-фагами, которые будут реагировать только на определенные (вредные для здоровья) виды бактерий. Такая резервная система иммунитета, и первые разработки в этом направлении уже продемонстрированы. Известно, что некоторые штаммы E. Coli связаны с развитием гемолитико-уремического синдрома (ГУС) – редкой, но серьезной патологии, которая влияет на почки и функции свертывания крови. Был создан фаг, фага, заражающий E. Coli и кодирующий генетические «ножницы», которыми можно рубить гены кишечной палочки, которые приводят к ГУС. После первых успешных экспериментов в прошлом году орфанный препарат, содержащий необходимые фаги был передан на клинические испытания в США.

Современный технологический прогресс и экономическая рентабельность тесно связаны с трендами на низкоуглеродную экономику и не удивительно, что новое авиационное топливо с нулевым углеродным следом удостоилось сразу третьего места в рейтинге.

Авторы отчета напоминают, что с одной стороны на авиацию приходится около 3 % от общего объема выбросов СО₂ в атмосферу и в отличие от наземных видов транспорта, перспективных моделей электросамолетов пока на рынке нет. А значит, самый логичный путь решения задачи – использование нового типа биотоплива, его еще называют экологичное авиационное топливо (SAF).

Сегодня SAF используется в менее 1% мировых авиаперевозок, но потребность в этом топливе должна увеличиться до 13-15% к 2040 году, чтобы вывести авиационную промышленность «нулевой уровень» выбросов еще через десятилетие. Такой рост потребует создания 300-400 новых заводов по производству SAF; и авиакомпании вместе с производителями топлива активно работают над тем, чтобы обеспечить этот уровень масштабирования.

Второе место в списке занимает генеративный искусственный интеллект, более известный в обществе как нейросети, те самые системы, которые сегодня генерируют (отсюда и название) огромную массу видео, фото, аудио и другого контента.

Пока это в основном развлечение для пользователей социальных сетей (и одновременно, отработка алгоритмов для использования уже в коммерческих целях). Впрочем, уже сегодня понятно, что эти технологии могут серьезно повлиять на ряд секторов рынка труда: виртуальные секретари, копирайтеры, модераторы, иллюстраторы не только работают не хуже человека, но и обходятся при этом намного дешевле.

Но эксперты отмечают, что сферы возможного применения таких систем намного шире, они могут применяться в фармакологии, строительстве, инженерии и много где еще. Технологии генеративного ИИ могут влиять на пищевую промышленность и дизайн предметов быта, от мебели до бытовой техники. В научных исследованиях генеративные модели могут повысить их эффективность за счет улучшения экспериментального дизайна, определение взаимосвязей между элементами данных и создание новых теорий.

В общем, недалек тот день, когда слова старой песенки «вкалывают роботы» станут полноценной реальностью, но вот что будет делать в этом мире человек – вопрос, как говорится, пока открытый.

Ну и наконец – лидер рейтинга, которым (неожиданно для многих) стали гибкие аккумуляторы. Но напомним, критерии отбора – влияние на потребительские рынки и перспективность в ближайшем будущем, после чего оценка данной технологии уже не покажется слегка завышенной. Еще немного статистики: прогнозируемый рост мирового рынка гибких аккумуляторов между 2022-2027 годами составляет 240 миллионов долларов.

Будущий рынок электроники вообще все больше связан с носимыми устройствами, от различных гаджетов до «умной одежды». Еще один фактор, который влияет на развитие технологий в данной области – устойчивый тренд на минитиарюзацию таких устройств. И этому сегменту соответственно нужны гибкие, но при этом надежные элементы питания, легкие, но с высокой емкостью, да еще и безопасные для организма.

Есть запрос – есть и предложение: сегодня на рынке представлено несколько типов таких элементов питания. Они являются перезаряжаемыми и содержат литий-ионный аккумулятор, или цинк-углеродные системы, размещенные на токопроводящих полимерных токосъемниках. Тем не менее, еще есть место для инноваций в этой области, и новые игроки, вероятно, продолжат выходить на рынок по мере развития технологий, резюмируют авторы доклада.

Ну а нам осталось посмотреть, как будут сбываться (или нет) озвученные в документе прогнозы. Тем более, что ждать осталось недолго. Тем же, кто хочет сам принимать участие в новой НТР доклад «подсветил» наиболее перспективные направления и «точки входа» на бурно развивающиеся рынки.

Сергей Исаев

В современной геополитической ситуации Россия и африканские страны активно расширяют свои взаимодействия в различных областях, в том числе в сфере образования. В число основных направлений сотрудничества входят изучение русского языка за рубежом, направление студентов в российские вузы, участие в  проектах в сфере образования. Вопросы, связанные с продвижением российского общего и среднего профессионального образования за рубежом, текущей ситуацией в этом вопросе и планами дальнейшей работы, обсудили участники дискуссии "Россия – Африка: трансфер лучших образовательных технологий в сфере общего, среднего профессионального и дополнительного образования" в рамках форума Россия-Африка.

Заместитель министра просвещения РФ Денис Грибов рассказал о международных проектах Минпросвещения, к которым уже присоединились африканские страны и в перспективе это сотрудничество будет увеличиваться. Он привел в качестве примера проект "Российский учитель за рубежом", к которому уже задействованы 400 российских педагогов, а также проект "Профессионалитет", нацеленный на совместную работу в сфере среднего профессионального образования. Особое внимание Денис Грибов уделил созданию центров образования на русском языке и обучения русскому языку: "У нас пять центров уже открыто в Камеруне, Тунисе, Египте, Мадагаскаре, Сейшельских островах, еще появились центры в Алжире и Уганде, и целый ряд государств в этом году получат такую возможность. Это очень хороший инструмент для начала сотрудничества и возможность продвигать русский язык у наших друзей". 

Генеральный директор Группы компаний "Просвещение" Наталья Третьяк отметила, что несмотря на имеющиеся проблемы образование на африканском континенте активно развивается и в последние два десятилетия видны значимые улучшения. В подтверждение своих слов она привела цифры: доля на образование в ряде стран достигает от 10 до 20% ВВП. Наталья Третьяк подчеркнула готовность России делиться своим опытом с африканским континентом в том числе в части методического обеспечения, и сообщила о том, что на сегодняшний день издательство "Просвещение" предлагает более 70 тысяч различных продуктов, а также оказывает образовательным учреждениям качественную методическую поддержку.

В рамках форума общество "Знание" подписало соглашение о сотрудничестве с Институтом стран Азии и Африки МГУ, директор общества "Знание" Максим Древаль представил участникам дискуссии форматы и направления, по которым общество "Знание" может включиться в сотрудничество с африканскими странами. В первую очередь, он сделал акцент на онлайн-академии и образовательном центре в Пятигорске, которые готовы принимать африканских участников. Помимо этого, он отметил возможности по предоставлению просветительского научного контента в разных областях и призвал зарубежных коллег присоединиться к проектам общества "Знание" в том числе в части проведения конкурсов и интеллектуальных состязаний, которые могут выйти на международный уровень. "У нас стоит задача глобального просвещения. Мы за то, чтобы развивался человеческий капитал", – подчеркнул Максим Древаль.

Полная запись дискуссии доступна по ссылке: https://roscongress.org/sessions/africa-2023-rossiya-afrika-transfer-luc...

Прогнозы развития технологий и попытки угадать, какие из них окажутся наиболее перспективными – это не просто любимая забава футурологов. Речь идет о том, кто окажется в числе первых на новых рынках, емкостью во многие миллиарды долларов. Что еще важно, подобные прогнозы, в отличие от политических или биржевой аналитики, гораздо меньше зависят от инсайдов и потому чаще попадают в публичное пространство. А это дает возможность и обычным гражданам посмотреть, куда «катится прогресс» и чего нам от него ждать.

Свой вариант ответа на эти вопросы представлен в свежем отчёте Всемирного Экономического Форума, где перечислены десять самых перспективных технологий, по версии авторов документа, конечно. Кто же попал в этот «топ-10».

Начнем с последнего места и будем продвигаться вверх по мере роста потенциала, отводимого тому или иному «ноу-хау» западными аналитиками. Десятое место – продвинутые системы искусственного интеллекта (ИИ) в системе здравоохранения. Исследования в этом направлении ведут многие научные коллективы, в том числе – в Академгородке (например, для прогнозирования рисков гипогликемии у больных диабетом). А недавняя пандемия COVID-19 только повысила интерес к этому направлению (предполагается, что системы ИИ смогут предвидеть надвигающиеся пандемии и помогать противостоять им). Ну и конечно, курс на персонализированную медицину никто не отменял, а она невозможна без анализа огромного объема омиксных данных о пациенте, который не под силу провести человеку. Ну и уже сейчас набирают популярность различные сервисы для пациентов, также основанные на этих технологиях – электронная регистратура, голосовые помощники, дистанционный контроль за показателями и т.п. Почему же, только десятое место, учитывая, что тема ИИ сейчас явно в тренде, а собственное здоровье человечество традиционно заботит весьма сильно?

Дело в том, что быстрому внедрению этих технологий мешает ряд барьеров и нерешенных вопросов. Начнем с того, что здравоохранение вообще отличается большой консервативностью в вопросе внедрения новых технологий, что и понятно – любые новшества могут нести в себе опасные последствия для организма, включая неявные и отложенные. Кроме того, состояние здоровья – вопрос чрезвычайно приватный и остро стоит задача сохранения конфидециальности информации о пациенте, а внедрение систем ИИ повышает ее объемы на порядки, что, в свою очередь, заметно усложняет ее защиту от стороннего доступа. Играют свою роль и шаблоны в общественном сознании: многие люди настороженно относятся к любым технологическим новинкам и не готовы доверять свое здоровье компьютеру. Кроме того, внедрение таких систем требует серьезной модернизации самой структуры здравоохранения, на что тоже уйдет не один год. А в совокупности – лишь десятое место, несмотря на очевидную актуальность этого блока технологий.

Кстати, одна из инфраструктурных проблем – это наличие достаточного объема вычислительных мощностей, чтобы хранить и обрабатывать огромные массивы данных о пациентах. И она смыкается с девятым местом рейтинга – энергоэффективными дата-центрами. Многие слышали о майнинговых «фермах», которые потребляют огромные объемы электроэнергии (и собственно часто на этом и попадаются). Так вот, дата-центры сегодня потребляют 1 % всего вырабатываемого в мире электричества. И если с этим ничего не делать, то эта доля будет только расти, мешая развиваться остальным отраслям экономики.

Но, как считают эксперты, дата-центры с нулевым энергопотреблением – вполне достижимая реальность. Во-первых, энергия расходуется на их охлаждение и с этим могут справиться системы охлаждения, использующие воду или диэлектрический хладагент, а избыточное тепло перенаправляется на полезные цели, например, отопление помещений или промышленное производство. Во-вторых, те же системы ИИ могут значительно оптимизировать потребление энергии без ущерба для эффективности (Google уже удалось таким образом уменьшить расходы электроэнергии на 40 %). Свою лепту вносят и «облачные технологи», позволяющие строить т.н. модульные дата-центры. Так, Crusoe Energy устанавливает подобные модули дата-центров на площадках сжигания метана, и эта инфраструктура работает на газе, который в противном случае были выпущен непосредственно в атмосферу. Конечно, пока речь идет именно о снижении энергопотребления, а не о его нулевом уровне, но авторы отчета полны оптимизма и считают, что интеграция упомянутых подходов с новыми решениями в области производства электроэнергии, а также организации вычислений и архитектуры дата-центров, позволит достичь нужного результата уже в ближайшие десятилетия.

На восьмом месте - гибкие устройства для вживления в мозг. Как минимум это поможет создать биопротезы утраченных конечностей, которые будут работать как настоящие. Гибкость чипов - новое слово в развитии интерфейсов мозг-машина (ИММ).

Системы, подобные ИММ, уже используются для лечения больных эпилепсией, а при нейропротезировании протезы конечностей используют электроды для взаимодействия с нервной системой. Но, несмотря на первоначальные успехи, отмечают авторы доклада, есть проблемы с применением этих технологий. Существующие имплантаты, используемые врачами, сделаны из твердых материалов и могут вызывать долгосрочное рубцевание, причиняя существенный дискомфорт. Они не могут сгибаться или адаптироваться к движениям мозга, со временем они «дрейфуют» в положении, уменьшая точность принимаемых сигналов. Не инвазивные же методы, такие как электроды, расположенные снаружи черепа, хоть и не требуют хирургической имплантации, но обеспечивают только приглушенные, трудно поддающиеся декодированию сигналы. Это как слушать разговор человека через толстую маску.

Недавно исследователи разработали мозг-интерфейсные схемы на биосовместимых мягких и гибких материалах. И этот подход по мнению авторов доклада является достаточно перспективной технологией, чтобы получить место в рейтинге.

Технология номер семь - это пространственная омика, т.е. составление атласа клеток живого организма. Комбинируя передовые методы визуализации достижениями в области секвенирования ДНК, этот новый метод позволяет детально отображать (и соответственно, изучать) происходящие внутри живого организма биологические процессы на молекулярном уровне. И часто приносит гораздо больше результатов, чем ожидалось. В качестве примера в отчете рассказывается, что, используя пространственную омику, ученые определили популяцию нейронов в спинном мозге, которая, по-видимому, отвечает за восстановление после травм позвоночника. Стимулирование этих нейронов у парализованных мышей ускорили восстановление их способности передвигаться.

Вообще, отмечается в отчете, новый подход поможет разбирать причины заболеваний на основе более глубокого понимания, как меняется организм под воздействием вирусов, генетических заболеваний и прочих факторов. И сейчас омика быстро развивается, еще в 2021 году она воспринималась как нишевая технология, а сегодня уже претендует на то, чтобы стать в ближайшем будущем одним из стандартов здравоохранения.

Технология номер шесть относится к другой критически важной для нашего выживания области – производству пищи, а точнее, к продолжающейся веками «битве за урожай». Речь про датчики для растений, которые позволят увеличить производство продовольствия на 70%. Если сейчас для мониторинга урожая используются спутники, дроны и подготовленные агрономы, то в будущем будут чипировать побег кукурузы или отдельный стручок фасоли. Датчики помогут понять, когда пора поливать посевы водой, а когда - химикатами.

Кстати, смежным направлением, которое реализуется уже сейчас является фенотипирование высокопроизводительных растений с помощью смартфонов и дронов, над решениями в этой области уже не первый год успешно работают специалисты Курчатовского геномного центра ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН».

Ну а персональный чип для каждого растения – это уже следующий шаг в цифровизации сельского хозяйства. И это дело не такого уж отдаленного будущего, две компании, Growvera и Phytech независимо друг от друга уже разработали прототипы таких устройств.

Хотя, как отмечается в докладе, для массового внедрения подобных технологий предстоит проделать еще много работы: на порядки снизить стоимость самих датчиков без ущерба для качества передаваемой ими информации, снабдить сельхозпроизводителей улучшенными системами обработки поступающих данных, что позволит реагировать на изменения в реальном времени и так далее. Но в целом, и тут эксперты ВЭФ настроены весьма оптимистично.

На этом мы завершаем первую часть обзора, а в следующей поговорим о технологиях, которые заняли верхнюю половину рейтинга.

Сергей Исаев

Окончание следует

Сотрудники молодежной лаборатории технологий фотоники и машинного обучения для сенсорных систем Физического факультета Новосибирского государственного университета, созданной в 2021 году в рамках национального проекта «Наука и университеты», в сотрудничестве с коллегами из Института лазерной физики СО РАН разработали алгоритм, который помогает сделать работу оптоакустических газовых сенсоров более стабильной. 

Основной элемент такого сенсора – ячейка, содержащая исследуемый газ или газовую смесь. Она же является резонатором для акустических волн. При исследовании на концентрацию газ поглощает излучение лазерного источника и нагревается. При импульсном излучении газ то нагревается, то остывает. При этом происходит излучение звуковых волн, амплитуда которых улавливается и измеряется специальным микрофоном. Важно, чтобы частота следования лазерных импульсов совпадала с резонансной частотой газовой ячейки. Если это условие выполняется, амплитуда звуковых волн растет, и исследователи могут детектировать ее и с высокой точностью определить концентрацию газа, находящегося в ячейке.

Как рассказали исследователи, особенность этих сенсоров в том, что они стабильно и точно работают при кратковременных исследованиях (порядка нескольких десятков секунд), а при более длительных (продолжительностью от 10 минут до нескольких часов) могут выдавать некорректные результаты. При этом долгосрочная стабильность в работе оптоакустического газового сенсора требуется и при исследованиях, направленных на картирование местности при поиске месторождений нефти и газа, и в медицинской диагностике (для анализа выдыхаемого пациентом воздуха), и для оценки безопасности воздуха на промышленных предприятиях. Сделать их работу стабильной возможно путем применения математических алгоритмов. Именно этой задачей и занялись исследователи молодежной лаборатории ФФ НГУ. 

— Мы предложили решение этой проблемы. При этом нами был применен оптимизационный алгоритм, а именно – алгоритм управления поиском экстремума. Он позволяет в реальном времени контролировать частоту следования лазерных импульсов таким образом, чтобы она соответствовала резонансной частоте газовой ячейки в каждый момент времени. Таким образом наша задача и была решена, — рассказала кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник молодежной лаборатории Анастасия Беднякова.

Разработанный учеными лаборатории алгоритм был внедрен в прототип газового сенсора, после чего вместе с коллегами из ИЛФ СО РАН сотрудники НГУ провели ряд экспериментов и тестов.

— В ходе эксперимента в течение длительного времени и в большом диапазоне изменялась температура газовой ячейки, и было показано, что измеренная концентрация газа при этом остается постоянной, а, значит, алгоритм работает правильно. В дальнейшем перед нами стоит задача оптимизации параметров алгоритма и дальнейшее улучшение характеристик сенсора с помощью алгоритмов машинного обучения, — добавила Анастасия.

Исследование поддержано в рамках программы «Приоритет 2030», а его результаты опубликованы в журнале «Infrared Physics & Technology».

Пресс-служба НГУ