Новосибирские биологи изучили эффективность новых систем доставки матричной рибонуклеиновой кислоты (мРНК). Их особенность в том, что они менее токсичны по сравнению с другими способами доставки и обеспечивают долгосрочную экспрессию мРНК. Эти результаты представляют многообещающее направление для разработки противовирусных и противоопухолевых мРНК-вакцин. Исследование опубликовано в журнале Pharmaceutics.

За последние десять лет терапия на основе мРНК показала значительный потенциал. Самым ярким примером стала массовая вакцинация против COVID-19 во время пандемии. Теперь с помощью мРНК-технологий ученые создают вакцины против вирусов и рака, а также терапевтические мРНК-препараты для лечения генетических и других заболеваний.

Ввиду того, что мРНК не может проникнуть в клетку самостоятельно, для ее доставки используются различные трансфекционные агенты, обеспечивающие накопление мРНК внутри клетки и защищающие ее от разрушения ферментами РНКазами. Чаще всего для этих целей применяют липосомы — небольшие везикулы (пузырьки), состоящие из смеси заряженных и нейтральных липидов. На сегодняшний день разработано много систем липосомальной доставки мРНК, однако кинетика поглощения и экспрессии мРНК изучена недостаточно хорошо.

Все липосомы имеют ограничения — при системном введении в организм они попадают в печень, где накапливаются и разрушаются. Для исследователей же важно настроить систему доставки к органу, который подвергся воздействию вируса, опухоли, или к органу иммунной системы для активации противовирусного или противоопухолевого иммунного ответа. Для того чтобы доставлять мРНК в определенные ткани, органы и клетки, необходимо подобрать правильный состав липосом.

Липосомы были разработаны специалистами Института тонких химических технологий им. М. В. Ломоносова. В состав липидных наночастиц входили катионные липиды (необходимые для связывания мРНК) в сочетании с нейтральными липидами-хелперами (после доставки в клетку помогают мРНК выходить в цитоплазму клетки для считывания с нее вирусного или опухолевого антигенного белка). Особенность этих липосом в том, что катионный липид полностью состоит из природных компонентов: спермина, глицерина, холестерина. Благодаря такому составу ученым удалось снизить токсичность и повысить биоразлагаемость.

«Мы изучали эффективность новых систем доставки, которые синтезировали наши коллеги из МИТХТ им. М. В. Ломоносова. Сначала характеризовали комплексы мРНК-липосом, оценивали их физико-химические показатели: размеры и заряды. Уже после переходили на уровень in vitro, где тестировали комплексы на культуре человеческих клеток. С помощью проточного цитометра оценивали уровень специфического сигнала от флуоресцентного белка, который синтезировался клетками с мРНК. Здесь нам удалось показать, что как доставка, так и трансляция мРНК идут очень активно. Дальше в эксперименте in vivo на экспериментальных животных мы изучали кинетику активности другого репортерного белка, люциферазы светлячка. Он был закодирован в мРНК в режиме долгосрочного отслеживания биолюминесценции. Для этого определенное количество мРНК люциферазы в комплексах с липосомами вводили мышам внутримышечно. С помощью прибора IVIS Lumina II мы прижизненно детектировали люминесцентный сигнал во временной промежуток от нескольких часов до девяти суток после введения мРНК», — рассказал младший научный сотрудник лаборатории геномного редактирования Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН Денис Николаевич Антропов.

Помимо изучения новых систем доставки, ученые подбирали оптимальную структуру мРНК. РНК — это одноцепочечная молекула, которая состоит из рибонуклеотидов. Она должна иметь определенные модификации и структуры, чтобы защищаться от нуклеаз, предотвращать деградацию и обеспечивать стабильность молекулы. Например, поли-А хвост (длинная цепочка адениновых нуклеотидов) или 5'-кэп (структура в начале мРНК, которая защищает от расщепления нуклеазами и способствует более эффективной трансляции). Исследователи ввели новые нетранслируемые области в структуру мРНК (участки молекулы, которые не кодируют белки, но играют важную роль в регуляции экспрессии генов и стабильности мРНК). Это повлияло на увеличение количества считываемого с молекулы белка.

«Благодаря правильно подобранному составу липосом и оптимизированной структуре РНК нам удалось добиться продолжительной и высокоэффективной экспрессии мРНК как in vitro, так и in vivo. Результаты нашего in vivo исследования показали, что максимального накопления белка мы достигали на третьи сутки после введения мРНК, после чего сигнал начинал постепенно угасать, однако детектировался даже на девятый день после инъекции. Это превосходные результаты, имеющие большие перспективы, поскольку из литературных данных мы знаем, что обычно максимальная экспрессия трансгенного белка после доставки мРНК наступает через четыре-восемь часов и уже через сутки затухает. Интересно и то, что биолюминесценция наблюдалась только в месте инъекции, а не за пределами внутримышечного введения (в печени и других органах), это говорит о локальной экспрессии гена», — прокомментировал научный сотрудник лаборатории биохимии нуклеиновых кислот ИХБФМ СО РАН кандидат биологических наук Олег Владимирович Марков.

Результаты исследований показывают многообещающее направление для профилактического использования в медицине, где требуется устойчивый синтез и непрерывное поступление терапевтических или защитных белков. Сейчас ученые разрабатывают мРНК-вакцины на модели вируса гриппа. Скоро они получат результаты по противовирусному иммунитету, который запускается их мРНК-вакцинами. После отработки системы на моделях вируса специалисты планируют заняться тестированием и исследованием противоопухолевых вакцин.

Полина Щербакова

Часть Первая: Пищевая цепочка биоэкономики

Мы уже неоднократно уделяли внимание такой теме, как использование съедобных насекомых в качестве альтернативного белка. В последние годы эта тема весьма серьезно «раскручивается» в ведущих западных СМИ. Причем, что особо примечательно, в ее продвижении принимают активное участие «прогрессивные» миллиардеры и голливудские звезды. Поэтому на первый взгляд может показаться, что мы имеем дело с обычной маркетинговой операцией, цель которой –  создать положительный образ «новой еды», сформировать на нее устойчивый спрос и тем самым поддержать соответствующие стартапы (к которым, весьма вероятно, причастны «прогрессивные» миллиардеры).

Напомним, что в Новосибирске (о чем мы писали) уже существует предприятие по выпуску съедобного субстрата из домашних сверчков, который можно добавлять в различные продукты (например, в выпечку). Есть даже информация о том, что на некоторых кафедрах исследуется использование опарышей в производстве колбасных изделий (подробности пока что мы разглашать не можем). В любом случае, для коммерческих предприятий такие «пищевые инновации» были бы на руку. Так что вполне можно ожидать, что продвижение энтомофагии не за горами и в наших краях, поскольку в том есть вполне конкретный прозаический расчет у некоторых игроков продовольственного рынка.

В общем, впечатление такое, что здесь всё упирается в коммерческие интересы, и потому продвижение «еды будущего» останется в рамках банальных рекламных акций. Однако на самом деле - это лишь одна сторона медали. Уже становится совершенно очевидным, что под энтомофагию подводится солидная академическая база. Мы приходим к этому выводу на основании невероятного количества научных публикаций на эту тему, составленных представителями весьма серьезных исследовательских организаций. Как правило, в таких публикациях обнаруживается единый шаблон, призванный выставить потребление съедобных насекомых в выгодном свете и обосновать его глобальное значение.

Так, внимательно просмотрев более десятка таких публикаций, мы обнаруживаем повторяющийся набор аргументов в пользу энтомофагии. Главный посыл можно вообще назвать «стандартным». Исследователи исходят из того, что «традиционное» сельское хозяйство (то есть с опорой на животноводство и зерновые монокультуры) не в состоянии прокормить стремительно растущую численность людей, не вступая при этом в антагонизм с природными экосистемами. Производство животного белка через выращивание домашнего скота и птицы, уверяют нас, плачевно сказывается на биоразнообразии и усугубляет климатический кризис.

К примеру, разведение крупного рогатого скота в Бразилии всего лишь за десять лет привело к сокращению тропических лесов на 38 процентов. Пожалуй, это один из самых шокирующих современных показателей наступления сельского хозяйства на дикую природу. Если учесть демографические прогнозы, согласно которым к 2050 году население планеты увеличится до 9,7 миллиардов человек, то придется серьезно пересмотреть источники продовольствия. Восполняя нехватку белков существующими методами, мы можем нанести непоправимый урон биосфере.

В этой связи актуальность приобретает так называемая биоэкономика, которая рассматривает вопросы хозяйствования в тесной увязке с вопросами экологии. Одна из задач биоэкономики – разработать «устойчивые» методы сельского хозяйства в целях сокращения негативных экологических последствий нашей хозяйственной деятельности. Отсюда и вытекает необходимость всесторонних исследований по альтернативным источникам продовольствия.  Причем, эти новые источники по своим питательным свойствам не должны уступать животным белкам, получаемым на основе мяса домашнего скота и птицы. И как нас уверяют, наилучшей альтернативой в этом случае являются как раз съедобные насекомые.

В первую очередь, конечно же, перечисляются экологические преимущества разведения съедобных насекомых. Так, здесь требуется намного меньше воды, чем это происходит в животноводстве. Как подчеркивают исследователи, насекомым достаточно той влаги, что содержится в кормах. Поэтому расход воды будет связан, в основном, с поддержанием чистоты производственных помещений.

Вторым экологическим преимуществом является высокий выход белка с единицы занимаемой площади. Фактически, при производстве белка из насекомых мы можем как минимум в два раза, а как максимум – в десять раз, сократить занимаемую площадь сельхозугодий, отводимую под производство белка из свиней или крупного рогатого скота.  

Другое экологическое преимущество, актуальность которого особо раздута в наше время, - это снижение выбросов парниковых газов. Как отмечаю исследователи, метан выделяется весьма немногочисленными видами насекомых, такими как термиты и тараканы. В то время как свиньи выделяют в десятки раз больше парниковых газов на килограмм произведенной продукции. То же самое можно сказать и о выделении аммиака.

Не менее важным положительным аспектом энтомофагии является снижение использования пестицидов и инсектицидов. Здесь большую роль может сыграть сбор съедобных насекомых-вредителей (вместо обработки полей ядохимикатами). Таковых, отмечают исследователи, достаточно много, и было бы безрассудно заниматься их уничтожением, зная о том, что они являются источником ценного белка.

Далее идут социально-экономические преимущества энтомофагии. Как пишут исследователи, разведение съедобных насекомых – деятельность, не требующая сложной квалификации. Для развивающихся бедных стран (в случае роста мирового спроса на такую еду) это приведет к расширению сферы занятости - как для городского, так и для сельского населения. В настоящее время в Индии и в странах Юго-Восточной Азии появляется много семейных ферм данного направления. Промышленное разведение многих съедобных видов пока еще находится в зачаточном состоянии. Так что потенциал роста огромен, что обещает открытие новых отраслей хозяйства и тем самым – решение проблемы трудоустройства.

Наконец, разведение насекомых весьма выгодно и с чисто экономических позиций ввиду относительно низкой себестоимости производства. Поскольку насекомые являются хладнокровными животными, они характеризуются высокой эффективностью преобразования пищи в белок. Разница между количеством пищи, необходимой для производства единицы животного белка и белка насекомых, также весьма существенна.

По данным некоторых исследований эффективность преобразования пищи в белок в случае с насекомыми доходит до 73 процентов (тогда как у других животных она еле дотягивает до 40%).  Например, на килограмм курятины потребуется 2,5 килограмма корма, для свиней – 5 кг, а для телят – 10 кг. В то время как для производства 1 кг обыкновенных сверчков потребуется всего 1,7 кг кормов. По некоторым исследованиям пищевая конверсия тех же сверчков в два раза выше, чем у кур, в четыре раза выше, чем у свиней, и как минимум в 12 раз выше, чем у крупного рогатого скота.

Кстати, исследователи проводят сравнение не только с животноводством, но и с выращиванием зерновых. Они обращают внимание на то, что ситуация, когда ради сохранения зерновых уничтожаются насекомые, сама по себе парадоксальна. Дело в том, что зерновые культуры содержат не более 14% белка, тогда как в насекомых, уничтожаемых ради этих культур, белка содержится в несколько раз больше. Причем, эти белки имеют высокую биологическую ценность, подчеркивают исследователи.  По их словам, значительная честь белка съедобных насекомых может обеспечить нас незаменимыми аминокислотами. Собственно, именно белки являются здесь самым ценным с точки зрения питания.

Есть еще один немаловажный аспект энтомофагии, прямо связанный с биоэкономикой, а точнее – с созданием производств замкнутого цикла. В данном случае речь идет о конверсии кормов. Дело в том, что многие виды съедобных насекомых могут выращиваться на отходах как животного, так и растительного происхождения. По сути, с их помощью мы можем заняться эффективной утилизацией этих самых отходов, получая на выходе ценный продукт. Как отмечается в одном недавнем исследовании группы индийских ученых, ежегодно мы сталкиваемся с потерей до 20% фруктов, приходящих в негодность из-за гниения и иной порчи. При этом эти отходы являются прекрасным кормом для съедобных насекомых. Поэтому в рамках биоэкономики, считают ученые, имеет смысл наладить взаимовыгодные связи между производителями фруктов (и иной растительной еды) и производителями насекомых. Последние, кстати, могут делиться с растениеводами ценными удобрениями в виде экскрементов, оставляемых насекомыми. Таким путем можно создать замкнутые производственные циклы в сфере индустрии питания, где вообще не будет никаких отходов.

В общем, следуя указанным научно подтвержденным данным, энтомофагия содержит такое количество плюсов, что ее будущее кажется совершенно предопределенным. Правда, остается вопрос: насколько «новая еда» найдет понимание среди людей европейской (и не только) культуры? И главное, говорят ли нам всю правду о съедобных насекомых? Нет ли здесь минусов, намеренно отодвигаемых на задний план?

Константин Шабанов

Окончание следует

Вот уже несколько лет Сбер вручает выдающимся ученым страны свою Научную премию. А в этом году, в рамках проекта «Перспективы открытий», лауреаты Научной премии Сбера-2023 выступают с лекциями о перспективах научно-технического прогресса перед студентами ведущих вузов страны.

Тому, как искусственный интеллект способен изменить развитие химии (и как науки, и как основы химической промышленности) была посвящена лекция академика РАН, профессора химического факультета МГУ, руководителя лаборатории металлокомплексных и наноразмерных катализаторов Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН Валентина Ананикова, прочитанная на днях в Новосибирском государственном университете.

В своем выступлении он показал, как использование технологий искусственного интеллекта позволяет решать проблемы. Которые многим поколениям химиков казались принципиально неразрешимыми.

Первая – это, конечно же, обработка данных, получаемых в ходе эксперимента. Надо отметить, что работа с научной big data – актуальная задача для многих ученых. Астрономия и генетика, физика элементарных частиц и медицина – все эти научные направления генерируют сегодня петабайты информации, которые надо быстро и в то же время качественно обработать. И просто использованием вычислительной техники не обойтись. Все равно никаких лаборантов не хватит.

В химии та же картина, отметил лектор. И привел яркий пример: ручная обработка всех результатов масс-спектрометрии одной достаточно простой гомогенной каталитической реакции у лаборанта займет более ста лет. Не удивительно, что сегодня порядка 90 % экспериментальных данных, получаемых в ходе исследований, остаются неиспользованными и нигде не публикуются.

Исследователи выбирают только ту часть полученной информации, которая кажется им наиболее показательной или соответствующей целям проекта, но нет никаких гарантий, что в отброшенном (за недостатком времени) массиве данных не содержатся те, что принципиально изменят выводы, озвученные в научной работе. Потому и возникает периодически ситуация, когда новые исследования ставят «крест» на вроде бы блестящих и вполне убедительных результатах, полученных несколькими годами ранее. И дело тут не в «подтасовке фактов», просто разные группы оперировали с разными сегментами данных, полученных в ходе схожих экспериментов.

И тут в дело вступили алгоритмы машинной обработки данных. «Эти алгоритсмы, как будто, специально созданы для нас, применение нейросетей позволяет обрабатывать огромные массивы информации в разумные сроки. Искусственный интеллект за 2-3 часа обрабатывает все данные по химической реакции, на что раньше ушло бы пять лет. И сейчас удачное время, чтобы идти в химию, поскольку эту науку ждет яркий и существенный прогресс», - озвучил свой прогноз Валентин Анаников.

И добавил, если раньше про химию говорили, что она одновременно и наука, и искусство, с важнейшим вкладом гипотез и интуиции, то с приходом искусственного интеллекта, когда глубина обработки данных будет расти и химия будет все больше становиться наукой и меньше – искусством. Нравится это кому-то или нет.

Долгое время нерешаемой считалась также задача позиционирования: чтобы изучить, как меняется со временем каталитическая система, надо было исследовать одни и те же точки размером в атом на сложной поверхности катализатора до и после химической реакции. Причем, если «разгладить» весь этот сложный рельеф в плоскость, получится участок площадью в несколько квадратных километров, на котором, повторюсь, надо отследить один конкретный атом. Причем, сделать это несколько раз, до реакции, во время и после.

Оказалось, что и эта задача вполне по силам нейросети. «Мы разработали алгоритм пошагового позиционирования с помощью нейросети и теперь мы можем получать индивидуальные картинки поведения наночастиц катализатора на поверхности, сравнивать их до и после реакции», – рассказал Валентин Анаников.

Это позволяет лучше понять механизмы работы катализатора, а значит, улучшить их. А еще – выявить неизвестные ранее эффекты на атомарном уровне, что важно уже для развития фундаментальной науки.

По мере развития информационных технологий, список задач, к решению которых исследователи начинают привлекать искусственный интеллект только растет. В своей лекции докладчик назвал те из них, что, по его оценке, можно отнести к топ-10 направлений «цифровизации» химии в ближайшие годы.

Одна из наиболее перспективных - определение структуры вещества по обычной фотографии. Сейчас для этого используют масс-спектрометрию и другие методы спектрального анализа, но очевидно, что сделать фото намного проще и дешевле. «Мы проверили это экспериментально и доказали, что после тренировки нейросеть безошибочно распознает молекулу вещества, различая даже очень близкие по составу и молекулярной структуре соединения». – подчеркнул ученый.

Среди других востребованных задач для искусственного интеллекта – использование нейросетей для ускорения и оптимизации поиска новых лекарств, поскольку сеть может интегрировать и потом обрабатывать омиксные данные разного типа. Человек самостоятельно такой большой массив данных проанализировать просто не может и вынужден их делить, что часто ограничивает возможности поиска новых соединений-кандидатов в лекарства.

Искусственный интеллект хорошо справится с управлением автоматизированными лабораторными платформами, в которых эксперименты будут проводиться с минимальным вмешательством человека, а то и вовсе без оного. Схожая задача – интеграция лабораторной техники с «интернетом вещей» - датчиками, которыми можно оснастить, например, химический реактор и снимать нужные характеристики непосредственно с химической колбы.

Интеграция искусственного интеллекта с различными спектоскопическими методами, позволит автоматизировать процессы анализа получаемых с их помощью данных, повысить точность интерпретаций и выявить закономерности, которые могут быть незаметны для традиционных методов анализа.

Технологии блокчейна активно используются для маркировки и поставки химической продукции. Цифровые двойники позволяют моделировать в реальном времени физическое и химическое поведение экспериментальных установок и даже химических заводов. А виртуальная и дополненная реальность становятся основой для современных подходов в области образования и подготовки кадров для химической промышленности и исследовательских центров.

Задачи для искусственного интеллекта можно перечислять ее долго, равно как и новые возможности, которые открывает его использование. Но, как предупредил докладчик, не стоит ждать, что технологии искусственного интеллекта в скором времени смогут заменить человеческий персонал химических лабораторий. Как минимум, в ближайшие годы, искусственный интеллект ограничен в плане физического воздействия на объекты окружающего мира, и пока нет адекватной роботизированной системы, которая могла бы полноценно заменить человека в лаборатории. К тому же, как напомнил докладчик, вслед за бурным развитием любых революционных технологий, следовал некий спад. И сейчас, по его оценке, развитие искусственного интеллекта уже максимально приблизилось к своему пику.

«Впервые за всю свою историю, человек столкнулся с равным по уровню интеллектом. Это принципиально меняет картину мира, в котором мы живем и над этим стоит задуматься», - подытожил Валентин Анаников.

Сергей Исаев

Михаил Алексеевич Лаврентьев родился 19 ноября 1900 г. в Казани. Отец его в то время преподавал в техническом учебном заведении, а позже стал профессором механики сначала Казанского, затем Московского университета. Среднее образование Михаил Алексеевич получил в Казанском коммерческом училище. После его окончания он поступил в Казанский университет. Учился он весьма успешно. Наибольшее влияние на Михаила Алексеевича в Казанском университете оказали профессора математики Е. А. Болотов, Д. Н. Зейлигер и Н. Н. Парфентьев. Уже здесь начало сказываться заметное пристрастие Михаила Алексеевича к математике.

В 1921 г. Лаврентьевы переезжают в Москву. Михаил Алексеевич в 1922 г. окончил физико-математический факультет Московского университета.

В Московском университете М. А. Лаврентьев входил в «Лузитанию» — так была названа математическая школа профессора Н. Н. Лузина. Характерной особенностью Николая Николаевича Лузина как ученого и педагога была неизменная тяга к постановке принципиально новых задач, способность находить новые подходы к старым задачам. В эти годы под руководством Н. Н. Лузина образовалась московская математическая школа, из которой вышла целая плеяда выдающихся советских математиков, к числу которых принадлежит и М. А. Лаврентьев. В 1923–1926 гг. Михаил Алексеевич — аспирант Н. Н. Лузина по теории функций действительного переменного.

Еще будучи студентом, он стал преподавать в Московском высшем техническом училище.

После защиты диссертации в 1927 г. М. А. Лаврентьев был командирован на полгода во Францию для научного совершенствования. Общение с видными французскими математиками Данжуа, Адамаром, Монтелем, слушание лекций Гурса, Бореля и Жулиа, участие в семинарах по теории функций много дало Михаилу Алексеевичу. За время пребывания в Париже М. А. Лаврентьев опубликовал две работы по теории функций в Докладах Французской Академии наук.

В конце 1927 г. М. А. Лаврентьева избирают приват-доцентом Московского университета и членом Московского математического общества. В ту пору Михаил Алексеевич прочитал в МГУ первый курс по теории конформных отображений. К этому же времени относится и начало его исследований по теории квазиконформных отображений.

В 1928 г. в составе советской делегации Михаил Алексеевич участвует в Международном математическом конгрессе в Болонье (Италия). Здесь он прочитал доклад о квазиконформных отображениях.

В возрасте около 29 лет М. А. Лаврентьев стал заведовать кафедрой и получил звание профессора Московского химико-технологического института.

В 1931 г. Михаил Алексеевич становится профессором Московского университета, с которым был связан многие годы.

Еще ранее, в 1929 г. М. А. Лаврентьев начинает работать старшим инженером Центрального аэрогидродинамического института им. Н. Е. Жуковского. Сюда его привлек руководитель теоретического отдела ЦАГИ выдающийся ученый С. А. Чаплыгин. Это были годы бурного расцвета самолетостроения и становления теории полета, исследований аэродинамики крыльев, что в сильной мере сказалось на дальнейшей тематике исследовательской работы Михаила Алексеевича. Именно с этого периода, длившегося шесть лет, начинается деятельность М. А. Лаврентьева непосредственно в области прикладной математики. Он привлек в ЦАГИ и своих учеников, а затем коллег М. В. Келдыша и Л. И. Седова. Работы их относились не только к теории самолетостроения, но и к общим проблемам гидроаэродинамики.

В круг интересов М. А. Лаврентьева и его группы входили такие проблемы, как теория колеблющегося крыла, движение крыла под поверхностью тяжелой жидкости, удар твердого тела о воду и ряд других.

В 1934 г. Михаилу Алексеевичу присуждается ученая степень доктора технических наук, а в 1935 г. — доктора физико-математических наук. В том же году его приглашают старшим научным сотрудником в Математический институт им. В. А. Стеклова АН СССР. В институте М. А. Лаврентьев работал более 25 лет. Влияние Михаила Алексеевича на это научное учреждение и сейчас остается весьма ощутимым. Здесь он возглавлял отдел, в котором велись исследования в области теории функций, здесь он подготовил большое количество выдающихся ученых. К этому времени Михаил Алексеевич становится общепризнанным главой советской школы теории функций комплексного переменного.

С 1934 г. начинается другой, своеобразный период жизни и деятельности М. А. Лаврентьева — период его непосредственного влияния на развитие математики в различных научных центрах Советского Союза. В это время его пригла­шают в Грузию для чтения лекций и руководства аспирантами.

В 1939 г. его избирают действительным членом Академии наук УССР и директором Математического института АН УССР. Здесь он ведет интенсивные исследования по теории функций комплексного переменного и ее приложениям. На Украине были начаты и знаменитые исследования М. А. Лаврентьева в области взрыва, была создана школа, плодотворно работающая и в настоящее время. С 1941 по 1945 гг. Михаил Алексеевич являлся заведующим Математическим отделением АН УССР.

В грозные годы Великой Отечественной войны, когда все силы народа и науки были отданы фронту, Михаил Алексеевич продолжал исследования в области взрывов, успешно решив ряд военно-инженерных задач. Все больше его внимание привлекают кумулятивные струи и теория длинных волн на поверхности тяжелой жидкости.

В 1945 г. М. А. Лаврентьев становится вице-президентом Академии наук УССР. На этом посту, знаменовавшем признание научного и организаторского таланта Михаила Алексеевича, он пробыл до 1948 г.

В 1946 г. М. А. Лаврентьев был избран академиком Академии наук СССР и за исследования в области теории функций комплексного переменного и создание теории квазиконформных отображений ему была присуждена Государственная премия. В 1949 г. М. А. Лаврентьев удостоен второй Государственной премии за созданную им теорию кумулятивных струй.

М. А. Лаврентьев с юношеских лет начал преподавание математики и подготовку научной смены. С 1948 г. он снова работает в Московском университете. В этот период создается высшее учебное заведение нового типа — Московский физико-технический институт, сыгравший исключительно важную роль в деле подготовки высококвалифицированных кадров для новых отраслей науки и техники, возникавших в послевоенные годы. В этом институте М. А. Лаврентьев основал специализацию по теории взрывов, заведовал кафедрой.

В 1947 г. Михаил Алексеевич делает на сессии Академии наук СССР доклад «Пути развития советской математики». Особое внимание в нем уделяется вычислительной математике и технике. Он призывает к скорейшему созданию института вычислительной техники. В 1950 г. Михаил Алексеевич избран директором Института точной механики и вычислительной техники, главным конструктором которого становится академик С. А. Лебедев.

Здесь в кратчайшие сроки создаются первые образцы советских электронных счетных машин — родоначальниц современной советской вычислительной техники. Этим институтом М. А. Лаврентьев руководил до 1953 г.

С 1951 по 1953 гг. М. А. Лаврентьев является академиком-секретарем Отделения физико-математических наук АН СССР. Этой деятельности он придавал большое значение, исключительное внимание уделял развитию генеральных направлений тогдашней науки, ее связи, притом совершенно конкретной, с наиболее острыми нуждами страны.

С 1953 по 1955 гг. М. А. Лаврентьев непосредственно работает вместе с замечательным ученым и общественным деятелем академиком И. В. Курчатовым. В 1958 г. он одним из первых получает Ленинскую премию.

В 1955 г. М. А. Лаврентьев избран в члены Президиума АН СССР, а с 1955 по 1957 гг. вновь работает академиком-секретарем Отделения физико-математических наук АН СССР.

В 1957 г. Михаилом Алексеевичем совместно с академиками Христиановичем и Соболевым была выдвинута идея создания научных комплексов на сибирских просторах, в местах особенно интенсивного развития промышленности и сельского хозяйства. Эта идея была поддержана рядом крупных ученых. Конечно, Сибирское отделение создавалось многими людьми, строила его, по существу, вся страна, но тем значительнее роль его родоначальников, особенно М. А. Лаврентьева.

18 мая 1957 г. принимается решение о создании Сибирского отделения АН СССР, и его председателем становится академик М. А. Лаврентьев.

Первым начал свою работу Институт гидродинамики, организатором и директором которого был и остается М. А. Лаврентьев. Ему принадлежит выбор проблематики, организационной структуры института, придание ему характера и поискового и прикладного, определение целесообразного сочетания фундаментальных исследований с народно­хозяйственными задачами. Сегодня Сибирское отделение широко известно и в СССР и во всем мире. Оно зарекомендовал себя на только серией фундаментальных разработок, но и приложением их к самым живо­трепещущим задачам развития производительных сил Сибири, Дальнего Востока и европейской части СССР.

Здесь же в Сибири Михаил Алексеевич осуществил и вторую свою идею — идею широкого вовлечения в науку молодежи путем тщательного отбора ее из числа школьников старших классов. Здесь, в Академгородке, были созданы вначале специализированная физико-математическая, а затем химическая школы-интернаты, для ребят с конструкторскими склонностями — клуб юных техников. При активном участии М. А. Лаврентьева создавался и Новосибирский университет. Здесь преподают ученые Отделения, которые непосредственно создают науку сегодняшнего дня. Базой для студенческой практики являются институты Академгородка.

Он часто бывает за границей, где читает лекции и изучает состояние математики и механики. Михаил Алексеевич избирается в 1962–1966 гг. членом, а с 1966–1970 гг. вице-президентом исполкома Международного математического союза. М. А. Лаврентьев) избирается иностранными) членом Академии наук Чехословакии, Болгарии, ПНР, Германской АН в Берлине (ГДР), АН Liopoldina (ГДР), Французской Академии наук, членом Международной Академии астронавтики, а также членом ряда международных и национальных научных организаций.

За выдающиеся заслуги в развитии науки и организации Сибирского отделения АН СССР Михаилу Алексеевичу было присвоено звание Героя Социалистического Труда.

Вера в могучую силу разума, в высокое и благородное предназначение науки — вот источник неиссякаемых сил Михаила Алексеевича Лаврентьева.

Источник: Куперштох Н. А. Академик М. А. Лаврентьев: Документальные страницы биографии // Гуманитарные науки в Сибири. Сер. Отечественная история. 2000. N 3. С. 3–6.

Беспилотники, исследования искусственного интеллекта, внедрение инноваций в технологии для достижения технологического суверенитета страны –  эти и другие темы в центре внимания экспертов, промышленников,  ученых в Новосибирской области на научно-производственном форуме «Золотая долина», который проходит 31 октября и 1 ноября на площадке НГУ. 

Открывая форум, заместитель Губернатора Ирина Мануйлова отметила, что наш регион имеет большой опыт проведения крупных форумов. В 11-й раз в этом году проходил форум «Технопром» и те темы, которые будут обсуждаться в рамках «Золотой долины», получат продолжение на «Технопроме» в следующем году.

«Сегодня мы открываем форум  в передовом вузе, который входит в пятерку ведущих вузов страны. Здесь собрались лидеры отраслей, чтобы поделиться опытом решения первостепенных задач для достижения технологического суверенитета России. Президент поставил перед нами задачу – выйти в лидеры по внедрению инноваций в экономику, достичь технологического лидерства. В кратчайшие сроки нам вместе нужно выстроить новые технологические цепочки. Для этого в 2025 году стартуют новые технологические проекты, разрабатываемые в соответствии с  национальными целями развития России до 2030 года. Одну из ведущих ролей в этом процессе играют вузы. Как ранее отмечал Губернатор Андрей Травников, роль университетов в социально-экономическом развитии регионов сегодня существенно возросла. Это отражается в федеральных программах – стратегического академического лидерства «Приоритет 2030», проекте создания современных кампусов, которые Правительство региона активно поддерживает», – отметила Ирина Мануйлова.

В работе форума приняли участие более 1000 человек. В программе – пленарные заседания, тематические секции, научные туры и ряд мероприятий спутников, в том числе – стратегическую сессию «Цифровая трансформация: Искусственный интеллект в решении задач госсектора», инициированную министерством цифрового развития и связи Новосибирской области.
 
«Дальнейшая цифровая трансформация Новосибирской области неотделима от научной и фундаментальной базы. Правительством региона ведётся целенаправленная работа по приоритетным исследовательским задачам в интересах министерств и ведомств. Минцифра региона планирует провести ряд научных исследований в области беспилотных авиационных систем, искусственного интеллекта. Будем выстраивать эту работу в проактивном диалоге с представителями вузовского и научного сообщества, реального сектора экономики. Для этого в рамках форума «Золотая долина» проводим стратегическую сессию по внедрению технологий ИИ в решение задач госсектора», – подчеркнул министр цифрового развития и связи Новосибирской области Сергей Цукарь.

Результаты исследования уникальной палеонтологической находки сибирских ученых, сделанной в 2020 году в Якутии — мумифицированных останков детеныша саблезубой кошки Homotherium latidens, — опубликованы в журнале Scientific reports (Nature group). Статья доступна по ссылке (https://rdcu.be/d0dp9). Публикация вызвала широкий резонанс в средствах массовой информации в России и за рубежом — большой интерес к ней проявили CNN, NBC, BBC, New York Times. Информацию о данном исследовании уже поместили в Википедию. В данном исследовании принимали участие ученые центра коллективного пользования «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ», объединившего ресурсы четырех научных организаций — Института ядерной физики СО РАН имени Г.И. Будкера, Института археологии и этнографии СО РАН, Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Новосибирского государственного университета. Они установили радиоуглеродный возраст ценной находки.

— Для ЦКП «УМС НГУ-ННЦ» данная публикация стала знаковым событием. Впервые результаты нашего исследования публикуются в группе журналов Nature. Вклад новосибирского центра в эту замечательную совместную работу заключался в датировании сохранившейся шерсти котенка. Радиоуглеродный возраст, полученный методом ускорительной масс-спектрометрии, оказался равным 31808±367 лет, что по калибровке для объектов северного полушария IntCal 20, доступной в программе OxCal 4.4, дает период жизни кота 35 – 37 тысяч лет назад, — прокомментировала директор ЦКП «УМС НГУ-ННЦ» Екатерина Пархомчук.

Для датирования останков котенка в ЦКП УМС учеными Якутии были переданы фрагменты шерсти животного, которые подвергли традиционным процедурам. Шерсть очистили от всевозможных примесей, которые проникли в образец из окружающей среды, определенным образом обработали и подвергли процессу графитизации: образец сжигался, углекислый газ отделялся от смеси и в присутствии катализатора восстанавливался водородом до элементарного углерода. Затем полученный порошок графита прессовался в таблетку. Она помещалась в ускорительный масс-спектрометр, с помощью которого было определено содержание оставшегося после радиоактивного распада ядра изотопа углерода С-14. Радиоуглеродный возраст рассчитывался из полученной концентрации, нормированной на стандартный образец, с учетом фоновой концентрации С-14 и изотопного сдвига, измеренного по другому изотопу – С-13.

— Сотрудничество ЦКП УМС с Академией наук Республики Саха началось несколько лет назад, еще до прохождения центром международной сертификации. Ежегодно в центре проводится анализ около 1500 образцов и среди них − несколько десятков из Якутии. В основном это костные останки мамонтов, а также других древних животных, которые находят в результате таяния вечной мерзлоты. Потепление климата дает человечеству уникальный шанс исследовать множество исчезнувших живых организмов, некогда живших по всей Земле. Особенно богата такими яркими находками огромная территория Якутии и количество их будет только увеличиваться. Поэтому наличие в географическом центре Евразии – Новосибирске, − квалифицированного центра по изучению древних находок является ключевым фактором успеха в достоверном выявлении законов эволюции и истории взаимодействия человеческого общества и природы. Созданная в 2011 году Институтом ядерной физики им. Г.И. Будкера первая российская установка УМС послужила мощным толчком для развития радиоуглеродного направления, она показала отличные результаты во время сертификации, и сейчас остается главным инструментом для совершенствования технологии и обучения сотрудников сложнейшему процессу,  — рассказала Екатерина Пархомчук.     

В планах ЦКП УМС – силами налаживание производства компактных коммерческих низковольтных (200 кВ и ниже) установок УМС для радиоуглеродного датирования в комплекте с установками графитизации с целью создания лабораторий в различных регионах России и запуск отечественных комплексов УМС универсального назначения для исследований ряда других редких изотопов, таких как 10Be, 26Al, 129I.

Справка:

Мумифицированные останки детеныша саблезубой кошки Homotherium latidens были обнаружены в 2020 году на севере Якутии — в верхнеплейстоценовых отложениях на правом берегу реки Бадяриха в бассейне реки Индигирка. Данный район известен многочисленными находками останков мамонтовой фауны. В Сибири останки данного вида животных обнаружены впервые. Ранее их находили только в Северной Америке.

Поскольку останки саблезубого котенка находились в вечной мерзлоте, сохранилась передняя часть туловища, две лапы с когтями, тазовые кости и внутренние органы. Изучением уникальной находки занялись ученые Палеонтологического института им. А.А. Борисяка РАН, Геологического института РАН, Академии наук Республики Саха (Якутия), Института экологии растений и животных Уральского отделения РАН и Новосибирского государственного университета. По степени развития костей и зубов определили, что животное погибло в возрасте трех месяцев по неизвестной причине.

Останки детеныша Homotherium latidens сравнили с современным львенком Panthera leo того же возраста. Помимо внешнего сходства было отмечено множество серьезных различий. У саблезубого котенка более вытянутая морда, крупный рот, небольшие уши, удлиненные и широкие передние лапы, массивная шея и шерсть темного цвета. Данное открытие уникально еще и потому, что впервые в палеонтологии ученые реконструировали внешний облик вымершего 10 тысяч лет назад животного, не имеющего аналогов в современной фауне, не по костным остаткам, а путем прямого наблюдения.

В настоящее время мумия детеныша саблезубого котенка находится на специальном хранении в Академии наук Республики Саха (Якутия).

Судя по всему, на Западе пытаются открыть еще одно «окно Овертона». На этот раз – в отношении определенной группы наркотических веществ, вызывающих так называемое «психоделическое состояние» сознания. Общий контекст, как всегда, предсказуем - речь идет о предотвращении экологической катастрофы, связанной с глобальным потеплением. Как мы знаем, на этот счет предлагаются самые радикальные варианты «переформатирования» нашего образа жизни. Кое о чем мы уже писали. Но, как выясняется, процесс движется к еще более радикальным сдвигам в плане переоценки ценностей, чем считалось нами с самого начала.

Как мы уже видим, кампанией по переходу на «альтернативные» белки из насекомых дело не ограничивается. Рано или поздно встанет вопрос о кардинальном пересмотре нашего отношения к некоторым «опасным» вещам, куда относятся, в частности, наркотики. Какая связь между наркотиками и борьбой с климатическими изменениями?

Начнем с того, что экологические проблемы являются неизбежным следствием нашей производственной активности. В свою очередь, эта производственная активность прямо связана с нашими установками на завоевание природы, на стремлении к материальному благополучию, основанному на извлечении и эксплуатации природных ресурсов. То есть человек противопоставляет себя окружающей среде, игнорируя тот простой факт, что он сам является частью природы, которую намерен подчинить себе. Отсюда и вытекает глобальная экологическая проблема, способная поставить крест на нашем будущем.

Такая вот логическая цепочка, кажущаяся совершенно здравой. И чем сильнее ощущается экологическая угроза, тем отчетливее осознается пагубность выбранного пути развития. Но все ли из нас способны к такому осознанию? Вот здесь-то и возникает проблема, связанная с нашей ментальностью. Дескать, современный человек утратил свою способность ощущать связь с природой, и обычное просвещение через систему образования и пропаганду вряд ли что-то изменит. Нужен какой-то мощный внутренний стимул, какое-то радикальное воздействие на сознание, ведущее к восстановлению утраченной связи. Есть ли в нашем распоряжении такое средство? Как выясняется, такое средство есть. И довольно радикальное.

Примерно два года назад британские ученые из Лондонского университета королевы Марии опубликовали результаты своего исследования, связанного с действием психоделиков. Название публикации говорит само за себя: «Связь между использованием психоделиков, мистическим опытом и экологически направленным поведением». Как сообщается уже в преамбуле, мистические переживания оказывают прямое влияние на экологически направленное поведение (pro-environmental behavior). И будущие исследования, надеются авторы, смогут еще больше пролить света на причинно-следственные связи в данной области. Соответственно, мистический опыт (как спонтанный, так и вызванный фармакологическим путем через психоактивные препараты) способен существенно повлиять на жизнь человека. Суть этого влияния в том, что таким путем у людей возникают благоприятные сдвиги в сознании, ведущие к изменению взаимоотношений с природой. Исследователи будто бы реально наблюдали такие сдвиги в клинических условиях, когда после испытанных переживаний, вызванных психоделиками, человек менялся духовно, становился более открытым и тоньше улавливал связи с окружающим миром.

По мнению исследователей, экологически направленное поведение имеет решающее значение для снижения пагубного воздействия человека на окружающую среду. В настоящее время - на фоне угрозы климатических изменений - наше глубокое понимание связей с природной средой имеет серьезное значение как для индивидуального благополучия, так и для благополучия всей планеты, подчеркивается в публикации. Отсюда вытекает актуальность подобных исследований, где устанавливаются связи между мистическими переживаниями, вызванными психоделиками, и ростом «экологической сознательности».

Таким образом, развивая в людях экологически направленное поведение, мы получим минимизацию негативного воздействия на природу. Мотивации людей в данном случае нельзя описать простой формулой, поскольку они весьма сложны. Однако авторы исследования уверены в том, что такое поведение выражено тем сильнее, чем больше человек ощущает связанность и эмпатию с природой. А это состояние как раз усиливают мистические переживания, вызванные психоделиками. Такие экологически-позитивные последствия мистических переживаний на наше сознание отмечают и другие исследователи. Именно благодаря усилению ощущения единства с природой люди способны задуматься о сохранении природных ресурсов и осуществить переоценку своей повседневной деятельности и ее влияния на окружающую среду, полагают авторы.

Исследование, на которое мы здесь ссылаемся, продолжает аналогичную работу, проведенную еще в 2017 году группой ученых Йельского университета. Они также исследовали влияние таких классических психоделиков, как ЛСД, мескалин и псилоцибин, на экологически направленное поведение. Последнее, по их словам, выражалось в стремлении экономить воду и перерабатывать отходы. Ученые пришли к выводу, что опыт употребления подобных веществ предсказывал вовлеченность в действия, благоприятные для экологии. По их убеждению, жизненный опыт с психоделиками может, в самом деле, содействовать усилению экологически направленного поведения, причем, независимо от основных черт личности.

Разумеется, указанные работы носят сугубо академический характер и адресованы исключительно специалистам. Однако не стоит думать, что сама эта тема будет удерживаться исключительно в академических рамках. Похоже, что новость о благотворном влиянии психоделиков на окружающую среду уже проникла в ряды западных экологических активистов. И сейчас мы видим первые попытки популяризации данной темы как в широких слоях населения, так и в рядах политиков.  

Вот конкретный пример. В начале октября этого года The Guardian опубликовала статью, где употребление психоделиков прямо называется «нестандартным решением климатического кризиса». Статья посвящена репортажу с ежегодной Недели климата, проводимой в Нью-Йорке. В основном всё было как всегда: обсуждение мер по отказу от ископаемого топлива, обсуждение углеродного налога. Но было и одно новшество: ученые, общественные деятели, активисты и маркетологи собрались вместе для просмотра фильма, где сообщалось о том, что опыт применения психоделических веществ способен вдохновить человека на дружественное поведение в отношении климата, осуществляя сдвиг сознания в экологически благоприятном направлении.

Именно продвижение психоделиков как «нестандартного» способа спасения планеты от глобального потепления стало одной из важных особенностей пошедшей Недели климата, отмечается в статье. По ходу изложения темы автор довольно буднично сообщает, что сейчас растет интерес к потенциалу галлюциногенов вроде ЛСД, а также к кетамину в качестве лечебного средства от депрессии, наркомании (!) и других проблем с психическим здоровьем. И что особо примечательно: в качестве одной из серьезных причин депрессивного состояния современных молодых людей называется, как раз климатическая проблема. Якобы страх перед будущим планеты настолько силен, что некоторые пары даже отказываются заводить детей. В таких условиях психоделики откровенно пропагандируются в качестве важного лечебного средства, способного вывести человека из депрессии и поменять его отношение к природе.

Подчеркиваем, что оправдание наркотиков данной группы (будто бы не вызывающих физического привыкания) преподносится под модной нынче климатической вывеской. Кто-то скажет, что происходит банальное продвижение наркотических средств, где проблемы климата – только повод. Возможно, так оно и есть. Однако при этом необходимо принимать во внимание, что у пропагандистов «нестандартного» пути спасения планеты есть один важный козырь – наличие вполне конкретных научных исследований на данную тему, выдержанных в строгом академическом стиле.

Константин Шабанов

 Новосибирский государственный университет и Чунцинский университет, ведущий национальный университет КНР, расположенный в городе Чунцин, одном из трех городов федерального подчинения, 10 ноября подписали соглашение о создании совместного центра фундаментальных наук. Основной задачей центра станет координация и налаживание научного обмена между двумя вузами в сфере математики и физики. Также будет создана совместная образовательная программа по физике с двойным дипломом китайского и российского вузов.

— У нас достаточно давно было в планах установить тесное сотрудничество с Чунцинским университетом, одним из сильнейших университета Китая по естественно-научным направлениям подготовки. Мы долго к этому шли, поэтому очень рады достигнутым результатам. Помимо сотрудничества в научной сфере, мы также будем работать в области образования — подали заявку в Министерство образования КНР на создание совместной образовательной программы по физике. Предполагается, что студенты бакалавриата три года будут обучаться в Чунцинском университете, в дальнейшем приезжают на один год в НГУ, по итогам получают два диплома. Предусмотрено и обучение в совместной магистратуре, — рассказал Евгений Сагайдак, начальник управления экспорта образования НГУ.

— Сотрудничество в сфере науки предполагает работу по грантам, проведение совместных исследований в области математики, механики и физики, в том числе и экспериментальных, на базе Чунцинского университета, который обладает современной инфраструктурой и лаборатории которого оснащены передовым высококлассным оборудованием, — прокомментировал Игорь Марчук, декан Механико-математического факультета НГУ.

Планируется, что новая совместная образовательная программа по физике с Чунцинским университетом стартует в следующем учебном году, первый набор студентов составит 90 человек.

Справка

У НГУ на текущий момент действуют несколько совместных образовательных программ с китайскими вузами. Так, в 2011 году был создан совместный китайско-российский институт с Хэйлунцзянским университетом. Около 900 китайских студентов обучаются по согласованным программам двух университетов по естественно-научным направлениям подготовки в бакалавриате, магистратуре и аспирантуре. В 2022 успешно реализовываются программы бакалавриата по направлениям «математика» и «мехатроника и робототехника» с Северо-Китайским электроэнергетическим университетом. Около 10 лет осуществляется совместная подготовка бакалавров по гуманитарным направлениям подготовки с Синьцзянским университетом. Ежегодно проходят совместные зимние и летние школы с Синьцзянским, Северо-западным политехническим и Северо-Китайским электроэнергетическим университетами.

Пресс-служба Новосибирского государственного университета

Ученые Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН рассказали на форуме «Золотая Долина» в Новосибирском госуниверситете о наработанном опыте применения исследовательских разработок в индустрии, представив как недавно появившиеся, так и неоднократно апробированные институтом подходы. Речь шла о преодолении «долины смерти» между научными разработками и их промышленным применением, способах выхода на индустрию, получении обратной связи, разработке и отладке технологических процессов на пути к готовым изделиям.

В работе двух пленарных заседаний и секции «Приборостроение и машиностроение» приняли участие директор ИФП СО РАН академик РАН Александр Васильевич Латышев, заместитель директора кандидат физико-математических наук Георгий Юрьевич Сидоров, заведующий молодежной лабораторией кандидат физико-математических наук Денис Сергеевич Милахин. В презентации молодежных лабораторий на главной сцене форума участвовали Денис Милахин и заведующий лабораторией физико-технологических основ создания фотоприёмных устройств на основе полупроводников A₃B₅ ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук Максим Сергеевич Аксенов.

На первом пленарном заседании «Запросы реального сектора экономики на создание новых технологий», которое модерировал Александр Латышев, обсуждались ключевые вопросы взаимодействия науки и промышленности.

Руководитель департамента инновационного развития АО «Объединённая двигателестроительная корпорация» Евгений Олегович Павлов рассказал о роли кооперации в инновационном развитии двигателестроительной отрасли, обозначив текущие вызовы и подходы к развитию сотрудничества. Виктор Васильевич Славянцев, руководитель проектов высшей категории инновационного развития госкорпорации «Ростех» представил онлайн доклад, в котором осветил вопросы технологического суверенитета через призму научно-технологического развития. Особое внимание он уделил важности прогнозирования научно-технологического развития на уровне страны, отметив, что проект прогноза НТР, представленный Российской академией наук еще в 2008 году, являлся наиболее приемлемым.

Вице-президент по технологиям АФК «Система» Анна Валерьевна Коротченкова рассказала о форматах партнерства бизнеса и науки на примере АФК «Система». Она отметила, что у компании существует три типа направлений, для которых могут потребоваться наукоемкие решения. Это текущие операционные задачи, запрос на новые технологии и продукты (в горизонте 3-5 лет) и долгосрочные инвестиционные проекты. Спикер подчеркнула важность интеграции научных проектов в бизнес-процессы корпорации.

Константин Юрьевич Котляров, руководитель по научно-исследовательской работе АО «АвтоВАЗ», поделился опытом внедрения искусственного интеллекта на предприятии, отметив ключевые моменты: важность правильной постановки задач, ориентации на потребительский запрос и необходимость создания новой ценности для потребителя.

Ян Витаутасович Зубавичус, доктор физико-математических наук заместитель директора ЦКП «СКИФ», представил информацию о возможностях центра для промышленных предприятий. Особое внимание было уделено станциям первой очереди и их потенциальному применению в реальном секторе экономики. Среди примеров использования синхротронного источника для решения технологических задач, ученый отметил проект, выполняемый совместно с ИФП СО РАН и промышленным партнером — осуществление неразрушающей визуализации (с нанометровым разрешением) устройств микроэлектроники.

Сергей Викторович Кривальцевич, заместитель генерального директора Омского НИИ приборостроения, исполняющий обязанности директора Института радиофизики и физической электроники Омского научного центра СО РАН подчеркнул важность синхронизации работы университетов и предприятий при совместных разработках. Он отметил несколько успешных приемов, которые позволяют быстро внедрять разработки: поддержание контактов с научной общественностью разных городов через систему научных семинаров, поездок, конференций, проведение конференций и семинаров на собственной площадке, проведение совместных (с вузами и НИИ) работ по уникальным научным направлениям.

Лев Сергеевич Носенко, генеральный директор АО «Новосибирский завод радиодеталей “Оксид”», подчеркнул, что половина задач предприятия связана со снижением стоимости продукции. Для решения этой задачи разрабатываются новые материалы, не имеющие в составе драгоценных металлов. В частности, в сотрудничестве с Новосибирским госуниверситетом было получено решение — создан высокоомный резистор с использованием перовскитов.

По итогам проведенного заседания модератор А.В. Латышев резюмировал: участники дискуссии представили анализ текущих проблем, сформулировали ключевые запросы к партнерам, продемонстрировали успешные кейсы из практики, а также выразили высокую заинтересованность в развитии сотрудничества.

Преодоление «долины смерти»: успешный опыт ИФП СО РАН

На втором пленарном заседании доклады касались научных разработок для индустрии. Одна из ключевых проблем — так называемая «долина смерти» между научными разработками и их промышленным применением.

Об опыте Института физики полупроводников СО РАН в преодолении этого разрыва рассказал заместитель директора ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук Георгий Сидоров: «Проблема здесь видна сразу. Университеты и научные организации на шкале TRL или УГТ (уровня готовности технологий) располагаются в цифрах от одного до трех, а индустрия начинается от восьми. Вот эта мертвая долина и является главным барьером», — отметил ученый.

По его словам, решение проблемы ИФП СО РАН видит в том, чтобы по итогам ОКР (опытно-конструкторских работ) находить способы выхода с продукцией на индустриального потребителя и поставлять ему малые серии разработанных образцов. «Поставка позволяет провести апробацию продукции на реальных изделиях, в реальных индустриальных условиях, которые нам как институту-разработчику, недоступны. Мы получаем дополнительную обратную связь, на основе которой можем внести корректировку в техническую, контрактную документацию и доработать нашу технологию до того уровня, который готова воспринимать индустрия», — объяснил Георгий Сидоров.

Конечно, для индустрии такой вариант – не самый выгодный, поскольку ведет к дополнительным издержкам. Но, по мнению ученого, это единственный способ сократить «долину смерти» и обеспечить внедрение разработок в производство.

Институт физики полупроводников накопил большой опыт в реализации такого подхода. Например, при становлении и развитии технологии молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) для производства полупроводниковых материалов в институте создана собственная линейка установок, а также ряд другого оборудования, которое обеспечивает контроль ростовых процессов, в том числе в режиме реального времени.

«Технологический уровень, который мы смогли достичь, достаточно высок. Иллюстрацией может служить разработанная нами по заказу ПАО «Ракетно-космическая корпорация “Энергия” им. С. П. Королёва» установка молекулярно-лучевой эпитаксии, которая прошла все наземные испытания и предназначена для эпитаксии в открытом космосе», — подчеркнул Георгий Сидоров.

Кроме того, институт создает большое количество полупроводниковых материалов, которые поставляются промышленным потребителям.

Замдиректора ИФП СО РАН привел в пример работы института по созданию полупроводниковых материалов для СВЧ-электроники. Когда были получены первые приборные структуры, институт начал активно искать потребителей, чтобы провести апробацию технологии. Несмотря на то, что по некоторым параметрам материалы уступали импортным аналогам, обратная связь позволила дорабатывать технологию. В результате, в последние годы наблюдается взрывной рост объема поставок этих материалов.

Для другой разработки — источника одиночных фотонов, находящегося сейчас на стадии опытного образца, ИФП СО РАН ищет индустриального партнера, который мог бы апробировать устройство в своих изделиях.

Наиболее полный цикл работ с потребителем реализован институтом при создании инфракрасных детекторов на основе соединений А2B6. Здесь пройден путь от разработки эпитаксиального оборудования до изготовления финальных изделий — охлаждаемых инфракрасных фотоприемных устройств. На каждом этапе ИФП СО РАН поставлял малые серии разработок промышленным партнерам для испытаний и получения обратной связи.

«Результатом являются мелкосерийно выпускаемые сложные технологические изделия. Одно из них — высокоскоростной инфракрасный детектор, который можно использовать для мониторинга быстротекущих процессов, скорость считывания составляет 10 килогерц, позволяет наблюдать быстродвижущиеся объекты. Так, например, можно контролировать состояние, температуру колесных пар поездов, лопаток турбин, точность мониторинга температур при этом очень высокая и на ранней стадии можно определять технические сбои и проблемы», — продолжил Г.Ю. Сидоров. Он также отметил, что Институт физики полупроводников движется в сторону создания компактных носимых устройств на базе ИК-детекторов для медицинской термографии.

По мнению эксперта, для преодоления «долины смерти» и эффективного внедрения научных разработок в промышленность необходима поддержка государства. Георгий Сидоров привел пример Китая, где правительство поставило четкую стратегию: каждую разработку своих НИИ оно скупало определенным тиражом и направляло потенциальным потребителям. В результате за 15 лет китайские приборы догнали, а некоторых случаях опередили, российские и европейские аналоги. «Я считаю, что государство хотя бы в рамках тех опытно-конструкторских работ, которые оно ставит научно-исследовательским институтам, могло бы реализовывать закупку малых серий и стимулировать их внедрение в промышленность», — заключил исследователь.

Участники секции отметили, что текущая ситуация создает новые возможности для развития отечественных технологий и углубления сотрудничества между наукой и промышленностью.

Создание технологии по запросу индустрии

В молодежной лаборатории ИФП СО РАН ведется разработка технологии производства полупроводниковых гетероструктур на основе нитрида галлия и нитрида алюминия. Эти материалы находят широкое применение в силовой и СВЧ-электронике. Подразделение создавалось Минобрнауки России на конкурсной основе, в рамках национального проекта «Наука и университеты».

«Идея данного конкурса была в том, чтобы собрать пул задач у предприятий и подключить к решению этих задач ведущие научно-исследовательские институты», — отметил руководитель лаборатории аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксии GaN гетероструктур на подложках кремния для силовых и СВЧ транзисторов кандидат физико-математических наук Денис Сергеевич Милахин.

Сотрудниками нового подразделения стали молодые исследователи, а также соисполнители от предприятий-партнеров: АО «Зеленоградский нанотехнологический центр» и АО «НПП “Исток” им. Шокина». Первый партнер видит применение нитридных гетероструктур в высоковольтных блоках питания постоянного тока и AC-DC преобразователях, системах беспроводной зарядки электроники. Второй представитель промышленности специализируется на разработке систем связи, систем 5G и 6G.

Для реализации проекта ученые использовали современное оборудование института, а также диагностические комплексы для контроля качества пленок в процессе роста. Кроме того, были задействованы ресурсы Центра коллективного пользования ИФП СО РАН «Наноструктуры», включающего атомно-силовые, сканирующие электронные и просвечивающие электронные микроскопы и комплекс оборудования для ближнепольной микроскопии и спектроскопии компании Horiba, установку фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением.

«Современная приборная база существенно помогла в разработке технологии. Наша задача была за два с небольшим года отработать этапы роста гетероструктуры, и мы с ней справились. Каждый этап отдельно был реализован, подкреплен публикацией наших исследований в рецензируемых научных журналах, — рассказал Денис Сергеевич, — Мы получили гетероструктуры на подложках кремния и карбида кремния с параметрами двумерного электронного газа, сопоставимыми с мировым уровнем. Сейчас они переданы на апробацию предприятиям-партнерам для изготовления экспериментальных СВЧ- и силовых транзисторов, а технология их производства планируется к внедрению».

Ответ на запрос промышленности: отечественные фотодиоды для линий связи

Другая молодежная лаборатория ИФП СО РАН, тоже созданная в рамках конкурса 2022 года, и работающая в интересах индустриального партнера, фокусируется на создании кристаллов (чипов) лавинных фотодиодов — как для оптоволоконных линий связи, так и для передачи данных в открытом пространстве.

Для этого ученые решают несколько задач: с одной стороны, разрабатывают дизайн послойного состава гетероструктур (полупроводникового материала), которые требуются для фотоприемного устройства. С другой — разрабатывают топологию: общие размеры кристалла (чипа), внешний вид, геометрию контактов, отрабатывают процессы фотолитографии, химического и плазмохимического травления материала, режимы осаждения металлических и диэлектрических покрытий.

«Процесс изготовления фотоприемных устройств включает более 20-30 технологических операций. В упрощенном виде этапы выглядят следующим образом: производится синтез гетероструктуры, изготовление кристалла, тестирование. Важна обратная связь от индустриального партнера: процесс может длительно повторяться на каком-то этапе, пока не достигнет хорошего результата, устраивающего промышленность. Все перечисленное мы проводим в ИФП СО РАН, а на выходе получаем технологию как готовый продукт. Ее можно внедрять, работая с конкретными заказчиками, дальше возникают вопросы стоимости, адаптируемости, масштабируемости, решаемые по-разному в каждом отдельном случае», — пояснил заведующий лабораторией физико-технологических основ создания фотоприёмных устройств на основе полупроводников A3B5 кандидат физико-математических наук Максим Сергеевич Аксенов.

Другой вариант взаимодействия с индустрией — путь к готовому продукту. «Именно готовый продукт всем и нужен, в нашем случае речь идет о фотодиоде, уже в корпусе, и желательно с усилителем. Поэтому требуется корпусирование, тестирование и опять обратная связь. На выходе получаем изделие — фотодиод, который можно вставить в оптоволоконные линии связи.

Здесь очень удобно привлекать технологических партнеров, потому что мы сталкиваемся с отдельной областью знаний, не связанной напрямую с технологией изготовления чипа. В частности, изготовление корпуса и само корпусирование — сложная отрасль, требующая специфических компетенций и оборудования», — отметил Максим Сергеевич.

Лаборатория опирается на уже наработанный опыт ИФП СО РАН в области создания разных типов фотоприемных устройств, включая СВЧ-pin фотодиоды, мощные СВЧ-фотодиоды с барьерами Шоттки и однофотонные лавинные фотодиоды.

Именно фотодиоды (фотоприемные устройства) определяют скорость преобразования оптического сигнала в электрический, что необходимо для обработки информации в современных компьютерных системах.

«Использование оптоволоконных технологий имеет существенные преимущества перед традиционными СВЧ-трактами: низкие потери при передаче сигнала, высокая пропускная способность и значительное снижение веса оборудования», — подчеркнул заведующий лабораторией.

Результаты ряда исследований, выполненных сотрудниками молодежной лаборатории, опубликованы в ведущих научных журналах и представлены на конференциях. Планируется расширение сотрудничества с промышленными партнерами для решения вопросов масштабирования, адаптируемости технологии, получения готовых изделий, а также их тестирования.

Справка: Научно-производственный форум «Золотая Долина» (31 октября-1 ноября) организован Новосибирским государственным университетом второй раз. Мероприятие призвано стимулировать развитие российской науки, инноваций и промышленности, укрепляя связи между академической средой и реальным сектором экономики.

Программа форума включала деловую часть — пленарные заседания и секции по разным тематикам; выставку проектов, технологий и разработок; переговоры (площадку для подписания соглашений и договоров между участниками форума); и культурно-развлекательную программу с научным оттенком.

Надежда Дмитриева, пресс-служба ИФП СО РАН

Мы уже сообщали о том, что в рамках прошедшего в Академгородке Второго Научно-производственного форума «Золотая долина-2024» была организована целая тематическая секция, посвященная инновациям в сфере энергетики. В центре внимания оказалась геотермальная энергетика, под которую даже организовали отдельную панель с четырьмя научными докладами.

Откуда такое внимание к этой теме, и почему её так тесно спрягли с инновационным развитием? Догадаться не сложно. Как пояснил научный руководитель Института теплофизики СО РАН академик Сергей Алексеенко, возобновляемые источники энергии нам в любом случае необходимо осваивать, однако делать это надо с умом, избегая слепого подражания западным странам. Для нашей страны жизненно важна генерация тепла, чего не в состоянии нам дать солнечные и ветряные электростанции. Что касается геотермальной энергетики, то она вполне удовлетворяет указанному требованию. Поэтому есть смысл сосредоточиться как раз на этом возобновляемом энергетическом ресурсе, благо, наша страна располагает им в приличных количествах.

Отметим, что Институт теплофизики СО РАН в свое время разработал комплексный проект, направленный как раз на развитие в нашей стране геотермальной энергетики. К сожалению, до сегодняшнего дня к нему не было проявлено должного интереса со стороны руководящих органов. Тем не менее, наши ученые уверены в том, что энергетический переход без геотермальной энергетики невозможен. То есть, рано или поздно на такие проекты обратят внимание, поэтому работа в указанном направлении осуществляется не напрасно. Кроме того, за рубежом не стоят на месте, и России придется конкурировать в данной сфере по части создания перспективных технологий извлечения «подземного» тепла. Этот момент подробно осветил в своем выступлении главный научный сотрудник ИТ СО РАН Михаил Низовцев, рассказывая о современных геотермальных технологиях.

По словам ученого, говоря о геотермальной энергетике, необходимо выделять два направления. В одном случае мы имеем в виду приповерхностное тепло, а именно тепло горячих водных источников. Это так называемая «гидротермальная энергетика». Второе направление связано с извлечением тепла сухих горных пород, расположенных на глубине от трех до десяти километров. Это так называемая «петротермальная энергетика». Второе направление технологически более сложное, но оно является весьма перспективным именно в плане развития геотермальной энергетики как отрасли, отметил Михаил Низовцев.

Преимущества геотермальной энергетики в сравнении с такими возобновляемыми источниками, как солнце и ветер, - в ее непрерывности. При этом ее влияние на экологию минимально (разумеется, при правильной организации процесса). Здесь отсутствует эмиссия парниковых газов (включая СО₂). Кроме того, вам не требуется занимать много земли, как это происходит в случае с ветряками и солнечными панелями. А если брать петротермальную энергетику, то она позволяет извлекать тепло практически в любом месте планеты. К тому же запасы глубинного тепла неисчерпаемы.  

Технологии, используемые здесь для производства электрической энергии, различаются в зависимости от того, с какими температурами геотермального источника мы имеем дело, пояснил Михаил Низовцев. Так, при температуре выше 160 градусов Цельсия формируются ГеоЭС на сухом паре. При температурах более 120 градусов – ГеоЭС на пароводяной смеси. При температурах порядка 70 градусов создаются станции с так называемым бинарным циклом. В таких станциях геотермальная жидкость осуществляет - с помощью теплообменников - нагрев вещества второго цикла (имеющего более низкую температуру кипения), которое и приводит в движение турбину. Совершив работу, это вещество конденсируется и нагревается заново (то есть работает в условиях замкнутого цикла). Кстати, именно такая технология впервые в мире была применена на Паратунской ГеоЭС (о которой мы писали ранее) еще в 1960-е годы. В качестве вещества второго цикла использовался фреон. В настоящее время его использование запрещено международными экологическими стандартами, поскольку выбросы фреона влияют на озоновый слой Земли. Но к сегодняшнему дню этому веществу уже нашли замену. По этой причине технологии бинарного цикла получили распространение в тех местах, где имеются гидротермальные источники с относительно невысокими температурами.

Наконец, при более низких температурах (то есть ниже 70 градусов Цельсия) можно применять тепловые насосы для отопления домов. Иными словами, геотермальная энергетика охватывает весьма широкий спектр температур, извлекаемых из подземных источников.

Еще один интересный момент, затронутый ученым. Одна из проблем, связанная с использованием геотермальных вод, заключается в том, что эти воды сильно минерализованные. Как правило, в них присутствуют анионы хлора, а также сульфатные, гидрокарбонатные и металлические катионы (магний, натрий). Тем не менее, есть технологии, позволяющие извлекать данные вещества, что может стать еще одним производственным направлением. Таким образом, существует возможность комплексного освоения гидротермальных источников, когда на месте параллельно производят и электроэнергию, и ценный минеральный ресурс.

Каково на сегодняшний момент мировое состояние геотермальной энергетики? Михаил Низовцев привел следующие цифры. Так, на период 2020 года совокупная установленная мощность всех ГеоЭС в мире составляла 15 950 МВт. В 2025 году она должна составить 19 361 МВт. В структуре всех ВИЭ эта цифра пока еще слишком мала – примерно 0,6 процента. Если смотреть по странам, то здесь лидируют США, где совокупная установленная мощность ГеоЭС находится на уровне 3 700 МВт (0,4% в энергобалансе страны). Далее идут такие страны, как Индонезия, Филиппины, Турция, Исландия. В Исландии на долю ГеоЭС приходится до 30% от установленных мощностей (благодаря обилию геотермальных источников). Россия находится в этом списке на 14-м месте (85 МВт установленной мощности).

Как видим, нашей стране есть, куда расти. И как мы понимаем, здесь нам придется еще раз «догонять Америку».  Так, согласно официальным планам американского руководства, к 2050 году они намерены получить 60 ГВт новых электрических мощностей за счет извлечения глубинного тепла (что составляет 25% от установленных мощностей сегодняшней России). Для теплоснабжения американцы намерены создать мощности на уровне 320 ГВт. С этой целью будет эксплуатироваться 28 миллионов тепловых геотермальных насосов! Это почти в два раза превысит выработку тепла в нашей стране (175 ГВт).

Насколько реализуемы планы американцев в области геотермальной энергетики? Наши ученые относятся к этим планам достаточно серьезно. Основанием для будущих успехов является то, что в 2020 году в США затраты на НИОКР по глубинному теплу составили 69 миллионов долларов. На традиционную гидротермальную энергетику было выделено 20 миллионов долларов, и еще 15 миллионов долларов – на низкотемпературную геотермальную энергетику (куда входят станции с бинарным циклом).

Приведенные цифры американских затрат на НИОКР поражают воображение наших ученых. Фактически это означает, что руководство США взялось за данное направление всерьез и надолго. Российское руководство, как было сказано, пока еще не осознало в полной мере перспективы геотермальной энергетики. К примеру, у нас всё еще позиционируют Сибирь как кладовую нефти, природного газа и угля, не принимая во внимание тот факт, что наши недра еще являются и кладовой тепла. Как отметил Михаил Низовцев, территория Западной Сибири – самый богатый регион России по запасам геотермальной энергии. И этими запасами, к сожалению, мы еще не воспользовались, по инерции уповая на извлечение ископаемого топлива. Однако, если участь, что от «низкоуглеродного» пути развития нам не отвертеться (еще раз вспомним ремарку со стороны академика Сергея Алексенко), то освоение тепла «горячих» недр напрашивается сюда логически. Осталось лишь донести эту простую мысль до руководства страны. Ради чего, собственно, и организуются такие мероприятия с участием ученых и политиков.

Андрей Колосов