Одна из проблем российских решений в области искусственного интеллекта, что, когда о них заходит речь, чаще говорят про задачи и перспективы. Отчего складывается картинка в стиле «Планов у нас громадье, у нас решений нет». Хотя, на самом деле, решения тоже уже есть, и они применяются на практике, что дает возможность оценивать их реальную, а не потенциальную эффективность. Не так давно, Высшая школа экономики подготовила объемный доклад «Эффективные отечественные практики на базе технологий искусственного интеллекта в здравоохранении», где речь как раз о таких примерах.

Если смотреть на картину в целом, складывается интересная ситуация. С одной стороны, эксперты высказывают обоснованные сомнения по поводу границ доверия применительно к искусственному интеллекту, а здоровье человека – это одна из тех сфер, где вопросы доверия играют критически значимую роль. Но в то же время, здравоохранение сегодня является основным сегментом мирового венчурного рынка искусственного интеллекта, на него приходится около 20% общемирового финансирования.

С помощью технологий ИИ пытаются проводить профилактические обследования, диагностику, основанную на анализе изображений. Телеметрия с носимых устройств, завязанная на мобильные приложения помогают людям отслеживать различные физиологические показатели, что способствует поддержанию здорового образа жизни. Программно-аппаратные комплексы под управлением ИИ применяют, чтобы организовывать распределение потоков пациентов, управлять оснащением лечебно-профилактических учреждений и логистикой лекарственных препаратов и помогать быстрее реагировать на нештатные ситуации. Ряд киник вовсю использует роботизированные системы в качестве ассистента хирурга во время операций и утверждается, что это в разы снижает число послеоперационных осложнений.

В итоге, по данным Правительства России, в нашей стране только в 2021 году применение различных технологий ИИ различными медицинскими учреждениями принесло совокупный экономический эффект в размере более 13 млрд руб. И сейчас вовсю идет работа над выработкой национальных стандартов использования подобных решений, что должно ускорить их распространение.

В докладе ВШЭ отмечается также, что применение отдельных коробочных сервисов отходит на второй план, актуальным становится использование платформенных решений для врачей и разработчиков систем на основе ИИ, позволяющих решать все вопросы в одном месте: от разметки данных до создания модели и применения ИИ-продукта. Такой подход позволяет конвертировать знания и опыт большого количества врачей в создание актуальных датасетов для обучения ИИ, устраняя проблему недостатка качественных размеченных данных для обучения моделей. Также создаются условия для устранения проблемы «диагностической точности», когда ИИ-сервис показывает разную точность на данных различных регионов и больниц по причине специфики данных на разных аппаратах и их настроек.

В докладе подробно рассматриваются основные тренды применения ИИ в здравоохранении, но это тема для отдельного большого разговора. Пока же остановимся, как и обещали, на конкретных примерах успешного внедрения технологии ИИ в российских медицинских учреждениях.

Одно из наиболее быстро развивающихся направлений - поиск закономерностей и аномалий в изображениях, получаемых с медицинских устройств с помощью компьютерного зрения. Электронные устройства и программные средства, способные решать относительно простые задачи такого рода – удалять ненужные элементы на томографических снимках и т.п. – сегодня уже применяются достаточно широко. Более того, расширяются и задачи, которые решают с помощью ИИ.

Так, в России с прошлого года в тариф обязательного медицинского страхования включен анализ с помощью ИИ маммографических снимков.

Компания ООО «Медицинские скрининг системы» разработала сервис «Цельс» на базе ИИ для повышения скорости анализа и точности интерпретации флюорограмм и рентгенограмм, который прошел испытания в пяти регионах РФ, а также интегрирован в Единый радиологический информационный сервис30 (ЕРИС) Москвы. Сервис анализирует рентгенографические изображения и в течение нескольких секунд определяет наличие или

отсутствие патологических изменений органов грудной клетки по пяти клиническим направлениям (включая выявление признаков социально значимых заболеваний). Модель также проводит медицинскую сортировку, ранжируя исследования по тому, насколько патология серьезна и как быстро на нее нужно обратить внимание.

Европейский Медицинский Центр внедрил сервис видеоаналитики «Третье мнение. ИИ-мониторинг», который использует технологии компьютерного зрения. Сервис облегчает пребывание пациента в стационаре, предотвращая падения и пролежни, оптимизирует рабочее время персонала, позволяя отслеживать динамику реабилитации 24/7 и увеличивать при этом оборот койки, снижая травматизм ослабленных пациентов.

В прошлом году лаборатория аналитики потоковых данных и машинного обучения Механико-математического факультета НГУ представила первые результаты использования машинного зрения для обработки снимков, полученных с помощью МРТ. Это гораздо более сложная задача, чем обработка снимков, сделанных методами классической рентгенографии или РКТ, поскольку их сложнее стандартизировать.

Сотрудники лаборатории работают над созданием системы искусственного интеллекта для дифференциальной диагностики новообразований головного мозга на МРТ-изображениях. «Наш программный модуль не заменит врача, ставить диагнозы и назначать лечение должен только человек, но искусственный интеллект станет для него полезным помощником, предоставит информацию, сделает необходимые акценты, выделит значимые моменты», ─ рассказывал заведующий лабораторией Евгений Павловский.

Технологии не стоят на месте и, по мере их развития, вместе с ними расширяется и круг задач, в решении которых может помочь нейросеть. И уже в этом году Исследовательский центр в сфере искусственного интеллекта НГУ совместно с новосибирским филиалом «НМИЦ «МНТК «Микрохирургия глаза» имени академика С.Н. Федорова» совершенствует интерактивную компьютерную программу «Метод дистанционного скринингового исследования нарушений зрения школьников».

Сама программа уже применяется на практике: уже два года с ее помощью проводится сплошное обследование школьников Новосибирской области. Сейчас, совместно с центром ведется ее доработка: контроль критически важных параметров при тестировании и обработке данных будет проводиться с использованием искусственного интеллекта. Это должно заметно ускорить обработку данных и ее точность, при этом само тестирование сможет проводить не врач-окулист, а, например, школьная медсестра или другой сотрудник образовательного учреждения. Последнее особенно важно для территорий, где ощущается нехватка медицинских кадров. Поэтому разработчики планируют поставить несколько таких комплексов для реализации пилотного проекта обследования зрения в школы Запорожской области.

Еще одно перспективное направление - мобильное здравоохранение (mHealth38), которое является новым вектором развития телемедицины. Всемирная организация здравоохранения определяет mHealth как использование мобильных и беспроводных технологий для поддержки достижения целей в области здравоохранения, способное изменить облик оказания медицинских услуг во всем мире. К этому направлению относят как устройства, приложения и услуги для лечения и ухода за пациентами, так и системы и устройства, предназначенные для контроля за соблюдением здорового образа жизни и фитнеса, включая трекеры для физической активности, спортивные часы, пульсометры, приложения для здорового питания, контроля сна и т. д.

Например, система от российского стартапа Scanderm позволяет проанализировать эластичность, влажность, жирность, рельеф, фототип, размер пор, микроциркуляцию, пигментацию, наличие акне и степень воздействия ультрафиолета на кожу. С помощью устройства можно определить уровень старения и приблизительный возраст эпидермиса.

Другой проект в области мониторинга здоровья граждан связан с линейкой отечественных газоанализаторов HEALTHMONITOR, созданных ранее в Институте автоматики и электрометрии СО РАН совместно с промышленным партнером – компанией ООО «Сайнтификкоин». В настоящее время, в серийное производство запущена спортивная версия устройства, с помощью которой можно оценить эффективность тренировочного процесса. Устройство, отслеживает несколько ключевых показателей организма человека, по которым можно понять, через какое время после начала тренировки у человека начал «гореть жир». А когда, несмотря на увеличение интенсивности нагрузки, процесс остановился или пошел на спад.

Тем временем, в компании продолжают развивать линейку подобных устройств. Используя технологии искусственного интеллекта, разработчики не только хотят расширить функционал газоанализаторов, но и внедрить еще одну систему мониторинга состояния здоровья: оценивая расширение зрачка, новая система должна позволить точно диагностировать наличие алкогольного или наркотического опьянения у человека, а также признаки его переутомления. Такой системой, например, можно оборудовать проходные промышленных предприятий и других крупных компаний.

Сергей Исаев

Одним из ключевых событий при создании новосибирского Академгородка стало открытие по инициативе академика Михаила Алексеевича Лаврентьева в 1964 году отдельного вычислительного центра. Его возглавил 38-летний член-корреспондент АН СССР Гурий Иванович Марчук. Именно ВЦ СО АН СССР стал отправной точкой, из которого выросли сразу несколько академических институтов Сибирского отделения. О том, как современная математика меняет картину мира и выступает катализатором научных знаний накануне 60-летия Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН рассказал директор института, доктор физико-математических наук, профессор РАН Михаил Александрович Марченко. 

— Михаил Александрович, почему, на ваш взгляд, при создании новосибирского Академгородка упор был сделан на привлечение к этой работе именно представителей точных наук, ведь и Михаил Алексеевич Лаврентьев, и Сергей Львович Соболев, и Сергей Алексеевич Христианович были исследователями именно из этой сферы?

— Думаю, что важную роль сыграло участие выдающихся советских математиков в реализации стратегически важных для нашей страны проектов — атомного и космического. Именно математика стала тем связующим звеном, которое позволило объединить ученых разных сфер: химии, физики, астрономии, метеорологии, механики, медицины. Потому что это единый язык, понятный всем, и к тому же способный описать практически все процессы, происходящие в этом мире. Даже если что-то пошло не так, математическая наука позволяет сделать обоснованную оценку возможных отклонений. Сегодня мы еще раз можем убедиться в правильности сделанного выбора: при всем многообразии направлений исследований, которые проводятся научно-исследовательскими институтами, математика остается главным языком общения, при этом он постоянно развивается и совершенствуется. Более того, с помощью математики и математического моделирования во много раз увеличивается скорость получения новых знаний в разных областях наук. Это ученые поняли сразу, как только появились компьютеры. Еще один показательный пример — наш парк мощных вычислительных машин коллективного пользования. К нему всегда были подключены десятки научных институтов и университетов, это происходит и сейчас. Всё это говорит о том, что без математики и больших вычислений в современной науке обойтись невозможно.

— Гурий Иванович Марчук часто называл созданный им институт кузницей научных кадров.

— Совершенно верно! Однажды даже подсчитали — из него вышло 28 руководителей научных организаций и специализированных конструкторских бюро. Можно назвать ряд выдающихся ученых, которые работали в нашем институте. Причем многие из них начинали у нас свою научную карьеру, став впоследствии членами Академии наук. Это академики Гурий Иванович Марчук, Анатолий Семёнович Алексеев, Борис Григорьевич Михайленко, Валентин Павлович Дымников, Андрей Петрович Ершов, Василий Михайлович Фомин, Сергей Константинович Годунов, Анатолий Николаевич Коновалов, Михаил Михайлович Лаврентьев, Владимир Григорьевич Романов, Юрий Иванович Шокин, Николай Николаевич Яненко, Умирзак Махмутович Султанганзин и члены-корреспонденты Геннадий Алексеевич Михайлов, Сергей Игоревич Кабанихин, Вадим Евгеньевич Котов, Геннадий Павлович Курбаткин, Василий Николаевич Лыкосов, Сергей Иванович Смагин, Владимир Викторович Шайдуров. 

ИВМиМГ стал преемником ВЦ, и это связано с математическими школами, которые создали и возглавили наши выдающиеся ученые. Это, во-первых, сам Гурий Иванович Марчук, организовавший две научные школы: по вычислительной математике и по математическому моделированию в физике атмосферы и океана. Член-корреспондент РАН Геннадий Алексеевич Михайлов — создатель научной школы методов Монте-Карло и их применения для решения важнейших задач математической физики. Благодаря академику Анатолию Семёновичу Алексееву появилась научная школа по математической геофизике, далее ее развивал академик Борис Григорьевич Михайленко. Все они в разное время были директорами нашего института.

Ключевую роль в развитии математического моделирования и обработки данных в Академгородке играет находящийся в нашем институте Сибирский суперкомпьютерный центр, в создании и развитии которого принимали участие известные отечественные ученые. Совершенно точно можно сказать, что до середины 1970-х годов советские вычислительные комплексы по всем своим показателям были на мировом уровне. В середине 1980-х годов Вычислительный центр коллективного пользования был связан кабельной сетью между институтами — это также была уникальная разработка. И, если бы эта работа была должным образом продолжена, Советский Союз, Россия могли бы стать законодателями мод  в этой важнейшей сфере. 

— Михаил Александрович, в самом названии института есть две составляющие: вычислительная математика и математическая геофизика. Какие у вас основные научные направления?

— Название института — наша особая гордость. Пожалуй, в мире не так много научных организаций, в названии которых была бы четко обозначена научная и прикладная сфера. При этом они очень тесно взаимосвязаны со всем комплексом научных исследований, в основе которых, и это тоже отмечено в названии, находится вычислительная математика. 

Сегодня в ИВМиМГ исследования ведутся по четырем основным научным направлениям. Это вычислительная математика, математическое моделирование и методы прикладной математики, параллельные и распределенные вычисления и информационные системы. В институте пятнадцать научных лабораторий, в которых ведутся фундаментальные поисковые исследования в области методов Монте-Карло и их приложений, обратных задач, вычислительной физики, математических задач химии. Ведется работа по математическому моделированию процессов в атмосфере и гидросфере, методам природоохранного прогнозирования, моделированию волн цунами. Занимаемся мы вычислительными задачами геофизики, геофизической информатикой. Ведутся исследования по автоматическому синтезу параллельных программ, технологиям суперкомпьютерного моделирования, системному моделированию и оптимизации, методам искусственного интеллекта, информационной безопасности и цифровыми двойниками. 

— Как у вас сочетается академическая наука и практическое применение полученных знаний?

— Чтобы лучше представлять практическую деятельность нашего института на современном этапе, перечислю лишь некоторые программы и проекты, в которых мы участвуем. У нас есть контракт с Российским федеральным ядерным центром — Всероссийским научно-исследовательским институтом экспериментальной физики по разработке программного пакета ЛОГОС. Это полностью отечественная вычислительная платформа для мультифизичного моделирования, которая призвана прийти на замену зарубежных разработок. 

Мы ведем разработку цифрового двойника городской атмосферы — в рамках консорциума Центра компетенции НТИ «Геоданные и геоинформационные технологии» при Московском государственном университете геодезии и картографии и консорциума Исследовательского центра в сфере искусственного интеллекта.
Еще одно важное направление — обработка актуальных геофизических данных, связанных с исследованием земных оболочек: литосферы, гидросферы, атмосферы, и теперь к ним добавляется еще биосфера. По этой задаче активно работаем с научной станцией РАН в Бишкеке.

Создан пакет программ для расчетов распространения цунами в океане с реальным рельефом дна и глобальная база данных по наблюдениям цунами. Эти компоненты составляют основу Информационно-экспертной системы «Цунами», которая используется для решения широкого круга задач по совершенствованию оперативного прогноза цунами и оценке цунамиопасности побережья.

Мы разрабатываем методы информационной безопасности. Совместно с нашим технологическим партнером ООО «СИБ» разработали систему защиты научной информации в институте, что обеспечило задел для начала фундаментальных исследовательских работ по этой тематике. Результаты таких исследований востребованы и нашим партнером, и в Центре компетенций НТИ «Технологии доверенного взаимодействия», участником которого мы являемся.

И у нас действует Центр коллективного пользования «Сибирский суперкомпьютерный центр СО РАН», который стараемся развивать изо всех сил. На нем мы проводим работу со своими проектами, им пользуются другие институты, индустриальные компании, которым оказываем научную и образовательно-методическую поддержку.

— Какие новые результаты вы получили в последнее время, с кем вы сотрудничаете?

— Мы создали консорциум научных организаций Академгородка по разработке цифрового двойника Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ). В него вошли разработчики проекта, организации, осуществляющее разработку и изготовление научного оборудования, и он быстро расширяется за счет новых участников. За год до сдачи этого объекта мы уже проводим исследования, связанные с управлением работой оборудования и обработкой научных данных, чтобы обеспечить бесперебойную и безопасную работу установки и повысить научную отдачу СКИФа. 

Наш институт вошел в состав консорциума научных организаций из Иркутска и Улан-Удэ по цифровым исследованиям Байкальской природной территории в рамках крупного научного проекта Минобрнауки. В рамках этого проекта мы занимаемся разработкой математических моделей, сервисов и технологий для экологического мониторинга, анализа и прогнозирования развития территории на основе цифровой платформы. 

Совершенно новое и перспективное направление, на которое просто огромный спрос, — математическая, или, как ее еще называют вычислительная химия. Разработка численных методов моделирования химической кинетики в газовых потоках в сложной геометрии — это передний край науки. Этим мы занимаемся с РФЯЦ — ВНИИЭФ из Сарова и химическими институтами Академгородка. 

Был разработан новый класс явно-неявных алгоритмов для моделирования фильтрации двухфазной жидкости. Данная проблематика является важной составляющей математического обеспечения технологии нефтедобычи для процессов вытеснения нефти водой и очень востребована в нефтегазовой отрасли. 

Очень активно развивается направление по статистическому моделированию распространения излучения в неоднородной атмосфере. Эта задача напрямую связана с дистанционным зондированием Земли из космоса и основана на сотрудничестве с космическим ведомством. 

Созданы новые методы Монте-Карло для моделирования транспорта электронов в низкоразмерных гетероструктурах, что открывает новые возможности для их улучшения и повышения производительности СВЧ-транзисторов. Здесь развито сотрудничество с институтами физического профиля.

Наши исследователи создали методы анализа изменений климата в Арктике и Восточной Сибири на основе математического моделирования взаимодействия атмосферы, океана и льда Северного Ледовитого океана, основанного на актуальных и исторических данных. Эти результаты получены в сотрудничестве с институтами Москвы и Федеральной службой по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет).

Разработаны новые алгоритмы решения обратных задач и задач усвоения данных для многомерных моделей переноса и трансформации примесей в атмосфере, в том числе и гибридные, совмещающие более традиционные подходы с методами машинного обучения.

У нас активно развиваются методы моделирования процессов распространения волн в земной коре, разрабатываются методы обработки больших геофизических данных. Это важно для изучения возможностей построения прогноза землетрясений. Сюда же можно отнести важные результаты по геоэкологии техногенных шумов в интересах безопасности инфраструктуры города и его населения.

Разработаны новые алгоритмы оценивания надежности беспроводных сетей передач данных, а также методы структурной оптимизации таких сетей.

Суперкомпьютерное моделирование в астрофизике, модели рождения и взаимодействия галактик — у нас есть важные результаты по такой интересной задаче, полученные в сотрудничестве с отечественными и зарубежными астрономическими институтами. 

И еще очень многообещающие результаты: разработка баз знаний и системы автоматического конструирования параллельных программ, она называется LuNA. Эта разработка очень востребована научными организациями и ИТ-компаниями.

Перечисленное мной — только часть наших результатов! И очень жаль, что могу рассказать лишь о некоторых из них.

— Михаил Александрович, это — сегодня. А что у вас в перспективных научных исследованиях? 

— Сегодня можно говорить о четырех важных прорывных направлениях института, которые базируются на наших фундаментальных исследованиях в области вычислительной математики, математического моделирования и обработки данных. 

Первое — цифровые двойники технических и природных систем. Это качественно новый уровень математического моделирования, связанный с обработкой больших данных и применением методов искусственного интеллекта.

Второе направление — вычислительная химия. Это математическое моделирование химических реакций, разработка и создание вычислительной платформы, в которой будут содержаться методы моделирования химических реакций в разных постановках и их константы. Не так давно, выступая в Новосибирске, академик Валентин Павлович Анаников привел такой пример: химические эксперименты, на которые раньше уходило три года, сегодня обсчитываются на суперкомпьютере за пару месяцев! Представляете, какой это прорыв?

Третье направление — обработка больших геофизических данных, их усвоение и разработка динамических моделей земных недр и методов прогнозирования катастрофических событий.

Четвертое — это численные методы биоинформатики и анализа больших генетических данных. Мы занимаемся этим направлением совместно с ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН». Здесь планируется создание отечественной алгоритмической базы и универсальной вычислительной платформы, где будут храниться большие геномные данные, численные методы по их обработке и методы искусственного интеллекта. Это настоящее импортозамещение, платформа видится универсальной и для генетики, и для химии, и для геофизики. 

— Наука о вычислениях стремительно изменяется. Что вы, как исследователь, видите в перспективе ее дальнейшего развития? 

— Современные вычислительные системы, платформы математического моделирования, методы искусственного интеллекта выводят науку в любой ее сфере на совершенно новый уровень. Думаю, что будущее за созданием гибридных вычислительных схем, сочетающих традиционные вычисления с активным использованием нейросетевых алгоритмов. Нейросети уже сейчас широко применяются, но есть одна фундаментальная проблема: такие алгоритмы не обоснованы с математической точки зрения, они являются эвристическими. И вот здесь нужна специальная методология обоснования этих алгоритмов, работа математиков. Этим мы и занимаемся, это технология будущего. 

Если же говорить о том, куда вообще идет вычислительная математика… Мы следим за научными разработками в разных странах, как и они за нами. И мы видим по научным журналам, что очень часто иностранные ученые ссылаются в своих статьях именно на нас. Это говорит о том, что мы сегодня находимся в авангарде научного поиска по многим направлениям, и именно наш институт, наши исследования определяют то, как будет развиваться вычислительная математика в будущем. Это не просто слова: математика — наука точная, а понимание своей роли в сложившейся системе и наших возможностей по определению путей ее развития для нас очень важно.

— Для решения прорывных задач необходимы специалисты. Как институт участвует в подготовке научных кадров? 

— В Академгородке помнят, что именно академик Андрей Петрович Ершов еще в 1970-х годах возглавил созданную в стенах ВЦ сибирскую группу школьной информатики, которая многое сделала для развития национальной программы компьютеризации. В начале 1980-х он разработал концепцию школьного учебника информатики, и тогда началось ее преподавание как отдельного предмета во всех школах страны. 

Эта традиция выстраивания научной траектории молодого ученого — работа с молодыми людьми, начиная от школьной скамьи до институтской лаборатории, — существует и поддерживалась всеми руководителями института. Уже много лет в лицее № 130 им. ак. М. А. Лаврентьева в Академгородке существует лаборатория математического моделирования. Ее возглавляет наш сотрудник профессор, доктор физико-математических наук Антон Вацлавович Войтишек. Благодаря его самоотверженной работе учащиеся лицея принимают участие не только в студенческих, но и во взрослых математических конференциях и в написании научных статей. Затем такие мотивированные ребята поступают в Новосибирский государственный и Новосибирский государственный технический университеты — в них руководителями и преподавателями базовых кафедр являются наши сотрудники. Студенты приходят к нам на практику, наши ученые рассказывают о своих задачах, и у молодых людей загораются глаза: им это интересно! Для повышения интереса у студентов мы проводим дни карьеры, на которые приглашаем учащихся всех факультетов. Это очень хорошая академгородковская практика — вовлечение специалистов из разных сфер в междисциплинарную научную работу. Самых способных, самых мотивированных ребят мы приглашаем на работу, причем выдвигаем их на научные ставки, когда они еще являются студентами или аспирантами. Сразу после университета они становятся нашими сотрудниками, уже имеющими свою исследовательскую историю.

У нас действует два диссертационных совета, издается три научных журнала, работает большой спектр семинаров по нашим научным направлениям. Организуем площадки для научного общения: международные научные конференции, в числе которых Марчуковские научные чтения — наша визитная карточка. Считаю, что у сотрудников ИВМиМГ СО РАН имеется всё необходимое для успешной научной карьеры.

— Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН отмечает свое 60-летие. Что бы Вы, как директор, назвали самым главным в его сегодняшней научной деятельности?

— Самое главное, и я не раз в этом убедился, — с нашими научными школами мы умеем собирать междисциплинарные команды для решения прорывных задач, стоящих перед российской наукой и индустрией. Я уверенно могу сказать, что мы умеем моделировать сложные системы на разных масштабах, от атомов до звездных систем. Для новых научно-технологических направлений успешно готовим высокообразованную молодежь и включаем ее в рабочие команды. Мы готовы к любым вызовам, и чем сложнее задача, тем интереснее ее решать! Причем сделать это изящно, тонко, красиво — по-академгородковски. Так, как не умеет больше никто в мире.

Станислав Белых, пресс-служба ИВМиМГ СО РАН

Фото предоставлены ИВМиМГ СО РАН

Сотрудники Центра трансфера технологий и коммерциализации Новосибирского государственного университета запатентовали технологию получения наночастиц, которые в дальнейшем можно использовать в лечении онкологических заболеваний.

Современным, щадящим и высокоэффективным методом лечения предраковых и онкологических заболеваний является фотодинамическая терапия (ФДТ). Она основана на способности ряда лекарственных препаратов — фотосенсибилизаторов — избирательно накапливаться и удерживаться в ткани злокачественных опухолей. Затем, под действием энергии лазерного излучения они запускают фотохимические реакции с выделением синглетного кислорода и свободных радикалов, что приводит к гибели и разрушению опухолевых клеток без негативного влияния на здоровые ткани и органы.

Препараты для ФДТ выпускаются в виде наночастиц, которые сначала накапливаются в опухоли, а затем активируются. Когда речь идет об опухолях, расположенных внутри организма, обычно это делают с помощью рентгеновского излучения, которое само по себе не очень полезно для организма.

«Мы научились делать частицы, которые предварительно активируются вне организма с помощью ультрафиолетового излучения, а потом вводятся в нужный участок опухоли и в течение шести часов оказывают на ее клетки необходимое воздействие», — рассказал ведущий специалист ЦТТК НГУ Евгений Галашов.

Это значительно расширяет спектр опухолей, которые можно лечить методом ФДТ. Чтобы еще больше расширить перспективы применения новой технологии, сотрудники университета сейчас ведут работу над синтезом наночастиц, активируемых с помощью ультразвука и магнитного поля.

«Сам принцип работы частиц не меняется, они все так же действуют в рамках методов лечения внутренних онкологических образований, но разные способы активации позволят подобрать оптимальную стратегию применения терапии для каждого пациента», — пояснил Евгений Галашов.

Есть у нанопорошков, получаемых по технологии новосибирских разработчиков, и ряд преимуществ перед аналогичными препаратами зарубежного производства. Как известно, обычно наночастицы получают химическим способом, и они имеют сферическую форму, при которой их функциональные свойства минимальны. Далее, с помощью пиролиза происходит их кристаллизация, повышающая функциональность, но, вместе с тем, и размеры самих частиц. Технология, созданная в НГУ, позволяет получать кристаллические наночастицы размером менее 20 нм, это оптимальный порог для проникновения в опухолевые клетки.

«Благодаря кристаллической форме, мы можем покрывать их полисахаридами, которые хорошо усваиваются раковыми клетками. Кроме того, благодаря этому же свойству, такие частицы могут использоваться как средства доставки для других лекарств», — отметил Евгений Галашов. Он также подчеркнул, что запатентованный способ получения наночастиц достаточно недорогой и без особых проблем может быть воспроизведен российской промышленностью.

Следующим этапом внедрения технологии в практическое здравоохранение должны стать необходимые испытания самих нанопорошков, полученных с ее помощью. После чего в распоряжении врачей может оказаться целая линейка лекарственных препаратов, эффективных и в то же время оказывающих более щадящее воздействие на организм пациента, чем традиционные средства онкотерапии.

Пресс-служба Новосибирского государственного университета

Мы уже затрагивали в предыдущих публикациях тему депопуляции, которую в наше время прямо или завуалированно поднимают представители влиятельных международных структур, таких, например, как Всемирный экономический форум в Давосе. Разумеется, всеобщего одобрения такие вещи пока еще не получают, в силу чего за некоторыми неосторожными высказываниями публичных деятелей неизбежно следуют оправдания. Мол, нас не так поняли, наши люди ни к чему такому не призывают и так далее.

Казалось бы, надо быть реально сумасшедшим, чтобы открыто заявлять о необходимости сокращения народонаселения во имя климата и спасения планеты. Возможно, многие из нас так и думают. Однако при внимательном изучении вопроса выясняется, что тема депопуляции продвигается уже давно, причем без всякой двусмысленности. Это делается прямо. И что самое важное, идея сокращения численности людей пропагандируется под флагом науки – прямо с университетских кафедр.  

Так, еще в 1999 году вышло исследование Корнеллского университета (США), согласно которому разумная политика управления ресурсами и демократичные методы контроля над рождаемостью могли бы обеспечить процветание для двух миллиардов человек в условиях полной гармонии с природой. В противном же случае, при отсутствии таких подходов, к 2100 году на Земле будет жить 12 миллиардов несчастных людей, обреченных на страдания, считают авторы исследования. По их признанию, сокращение численности населения и разумное управление ресурсами станет весьма трудной задачей ближайших десятилетий. Но без ее решения, считают они, жить будет гораздо труднее. Даже при двух миллиардах человек средний уровень жизни людей не дотянет до среднего уровня жизни современного американца, но в случае превышения этого количества нам не избежать массового недоедания, болезней, войн и социальных потрясений. Ученые уверены, что правильная демографическая политика в состоянии за сотню лет сократить численность народонаселения до двух миллиардов, не нарушая при этом права личности.

Если задачу удастся решить, то через сотню лет на Земле будут жить два миллиарда счастливчиков. О роскошном существовании речь не идет, однако сокращение численности народонаселения в сочетании с технологическим развитием позволят выйти на среднеевропейский уровень материальных благ. Отсюда следует, что ни в коем случае нельзя допускать роста численности людей. Только так нам удастся избежать массового недоедания, эпидемий и кровопролитий в борьбе за ресурсы. Указанные факторы всегда являлись естественными механизмами контроля над численностью людской популяции. Поэтому нам придется выбирать: либо контролировать численность гуманно, то есть без голода, болезней и вооруженных столкновений, либо забыть о жизни в гармонии с природой и в гармонии друг с другом.

В настоящее время, подчеркивают исследователи, происходит снижение производства зерновых культур на душу населения (начиная с 1983 года). Зерно обеспечивает до 90% продовольствия в мире. Поэтому каждый вновь рожденный человек способствует снижению продовольственной доступности. Растущий дефицит продовольствия, в свою очередь, связан с 20-процентным сокращением пахотных земель на душу населения и 15-процентным сокращением воды для орошения.

Сторонники депопуляции до сих пор опираются на основные тезисы данного исследования. Впрочем, с недавних пор у них появился еще один «веский аргумент» в пользу своей позиции – угроза глобального потепления. Наверное, лет тридцать лет назад оправдать сокращение народонаселения борьбой с углеродными выбросами было бы невозможно в силу того, что климатическая проблема не являлась мейнстримом. Но с тех пор, как ее основательно «раскачали», необходимость депопуляции стали прямо увязывать с мерами против климатических изменений.

Шесть лет назад в газете The Guardian появилась статья с откровенным заголовком: «Хотите бороться с климатическими изменениями? Имейте меньше детей». Автор статьи ссылается на очередное научное исследование, где рассматриваются основные шаги персонального вклада каждого из нас в спасение планеты от глобального потепления. Самый серьезный шаг – это отказ от появления одного «лишнего» ребенка. Скажем, вы собираетесь иметь двух детей. Это ваш личный выбор. Но если вы чувствуете свою ответственность за климатическую ситуацию, то лучше ограничиться одним ребенком. Данный шаг, по подсчетам исследователей, равнозначен сокращению 58 тонн выбросов CO₂ на каждый год жизни родителей. Указанная цифра получена путем сложения всех возможных выбросов ребенка и его потомков.

Впрочем, отмечает автор статьи, отказ от одного ребенка – этот только первый шаг. Следующим шагом станет отказ от личного автомобиля, отказ от длительных авиаперелетов и переход на вегетарианскую диету. Как заявляют сами исследователи, мы не можем игнорировать влияния на климат нашего образа жизни. Мол, задача ученых – честно донести людям эту не совсем приятную для них правду.

Как видим, дело не ограничивается государственными мерами по трансформации энергетического сектора и иных способов снижения углеродных выбросов в промышленности. Борьба с глобальным потеплением переносится, образно говоря, в каждую семью, затрагивая и такую важную сферу, как планирование детей. И всё это получает «научное» обоснование. Насколько подобные идеи принимаются западным обществом? В той же газете The Guardian сообщалось о семейных парах, согласившихся на добровольный отказ от деторождения по так называемым «экологическим причинам». Причем, меры были выбраны самые радикальные – стерилизация! Примечательно, что в статье фигурирует знакомая нам ссылка на 58 тонн ежегодных углеродных выбросов, которыми измеряется «экологический ущерб» от рождения одного ребенка.

Как оказалось, в Великобритании действует целая организация, проводящая кампанию по снижению роста народонаселения, который прямо увязывается с деградацией окружающей среды, истощением ресурсов, бедностью и неравенством. Интересно, что в список покровителей данной организации входит такой известный у нас в стране человек, как британский натуралист и телеведущий Дэвид Аттенборо – один из пионеров документальных фильмов о природе.

Судя по всему, тема людской депопуляции давно уже включена в образовательные программы британских и американских университетов. Как отмечается в упомянутой статье, именно там на студентов выплескивают шокирующие цифры прогрессирующего роста народонаселения. Мы не утверждаем, что молодых людей прямо подталкивают к стерилизации. К таким выводам они приходят сами, проникнувшись с университетской скамьи «экологической сознательностью», прививаемой именно в такой алармистской манере. И как всегда – с позиции науки.

Важным штрихом нарождающегося мейнстрима (именно так) является появление так называемого «Движения за добровольное вымирание человечества» (The Voluntary Human Extinction Movement). Официальный сайт этого движения разносит пропаганду отказа от деторождения на тридцати (!) языках, включая русский. Чтобы оценить уровень постановки вопроса, приведем только один весьма примечательный пассаж: «У людей, как и у всех живых существ, есть побуждения, ведущие к размножению. Наше биологическое желание — заниматься сексом, а не рожать детей. Наш «инстинкт размножения» аналогичен инстинкту белки сажать деревья: потребность состоит в том, чтобы запасать пищу, деревья — это естественный результат. Если секс — это побуждение к продолжению рода, то голод — это побуждение к дефекации». Иными словами, деторождение не является некой биологической потребностью человека. Это своего рода – «побочный эффект» сексуальных отношений. И в контексте борьбы с депопуляцией – эффект нежелательный, но вполне устранимый средствами контрацепции или стерилизации. Полагаем, что подобные умозаключения неплохо «заходят» в сознание западной молодежи.

Как видим, продвижение темы депопуляции проработано на достаточно высоком интеллектуальном уровне, чтобы говорить о спонтанности. Идеология выстроена четко и недвусмысленно. Охватит ли она российскую аудиторию, сказать не беремся. Во всяком случае, в российском научном сообществе тема депопуляции не находит явного признания. Скорее, наоборот. Наша страна пока что демонстрирует приверженность к традиционным семейным ценностям. И предложения со стороны наших ученых по исправлению экологической ситуации (о чем мы уже писали) не вступают в противоречие с этими ценностями. Возможно, у нас появляется шанс продемонстрировать свой путь преодоления экологического кризиса, когда человека не ставят перед тяжелым моральным выбором, каковым является добровольный отказ от продолжения рода.

Константин Шабанов

Программное обеспечение для точного подсчета всходов на поле создали сотрудники Института цитологии и генетики СО РАН совместно с партнерами. Разработка, основанная на использовании алгоритмов искусственного интеллекта, поможет эффективнее оценивать качество всходов и планировать внесение удобрений, сообщили в пресс-службе организации.

Современное точное земледелие требует регулярного мониторинга полей с сельскохозяйственными культурами. Одна из важных задач такого обследования – подсчет количества взошедших после посева растений: свеклы, картофеля, подсолнечника и других пропашных культур. Эти данные позволяют оценить качество всходов и спланировать агротехнические мероприятия по повышению урожайности.

Ранее специалисты "на глаз" оценивали количество взошедших растений по снимкам полей с беспилотников. Решить эту задачу быстрее и точнее можно с помощью методов обработки изображений, основанных на алгоритмах искусственного интеллекта, рассказал ведущий научный сотрудник Курчатовского геномного центра ИЦиГ СО РАН Дмитрий Афонников.

Для решения задачи сначала потребовалось собрать большую выборку изображений и разметить их, чтобы обучить нейронные сети их распознавать. Эту работу, а также коррекцию алгоритма взяли на себя специалисты компании ГЕОСАЭРО.

"На втором этапе работы сотрудники нашего института занимались разработкой алгоритма и программированием. Это наша компетенция, мы регулярно создаем алгоритмы обучения нейронных сетей для решения самых разных задач, связанных с анализом изображений, и приобрели большой опыт в подобных проектах. Например, мы разработали мобильные приложения для анализа формы и размеров зерен пшеницы и для автоматического распознавания грибных заболеваний пшеницы на основе полевых изображений побегов", – отметил он.

По словам ученых, новая технология позволяет подготовить рекомендации для хозяйств или фермеров, например, рассчитать необходимую растениям дозу подкормки и полива, снизить расходы и повысить урожайность сельскохозяйственных культур. Возможная выгода от использования разработки зависит от потребностей конкретного производителя, но она может быть очень существенной, подчеркнул ученый.

"Нам неизвестны примеры полных аналогов нашего программного обеспечения с использованием нейросетей и глубокого машинного обучения. Обычно снимки изучают вручную или на основе обычных алгоритмов анализа изображений. Более высокая скорость и эффективность обработки снимков за счет нейросети – и есть наше преимущество".

Он добавил, что в перспективе подобные разработки могут стать модулями общей цифровой платформы – "электронного помощника руководителя хозяйства", способного решать задачи оптимизации севооборота, прогнозирования урожайности и картирования почв.

"Наша совместная разработка находится на переднем крае сельскохозяйственной науки, и пока она востребована лишь отдельными заказчиками. Но с 1 января в России вступил в действие национальный проект "Беспилотные авиационные системы", налаживается производство беспилотников, готовятся кадры. В ближайшие годы увеличится количество специального оборудования, у работников появятся компетенции, чтобы им управлять, и тогда наш инструмент станет более востребованным", – рассказал директор компании ГЕОСАЭРО Захар Завьялов.

Разработка внесена в реестр ПО, на нее получено свидетельство о регистрации. Сейчас исследователи работают над созданием алгоритма для нейросети, которая сможет подсчитывать количество созревших колосьев и оценивать урожай, а в перспективе – определять число колосьев на более ранних стадиях созревания для корректировки полевых работ (подкормки и т.п.) и давать ранние прогнозы на урожай.

В работе была использована нейросеть модели U-net. Программа SeedlingsNet создана в сотрудничестве с компанией ГЕОСАЭРО по программе "Антикризис-ИИ" Фонда содействия инновациям в рамках национальной программы "Цифровая экономика".

Мы в свое время уже обращались к разбору принципов ESG, которые навязываются современной экономике как ключевое условие нашего вхождения в светлое будущее, где любая предпринимательская активность будет напрямую сопряжена с социальной и экологической ответственностью. Тот факт, что в развитых странах ESG-стандарты тесно увязываются с идеологией Woke и стратегией «зеленой» трансформации, вызывает весьма неоднозначную реакцию со стороны отечественных борцов за российский суверенитет. Консервативно настроенные граждане, хорошо знающие эту тему, не приемлют даже саму мысль о перекройке общественного уклада по указанным стандартам. И сегодня, когда с самых высоких трибун провозглашается ценностное противостояние с «падшим» миром коллективного Запада, возникает впечатление, будто тема ESG нас совершенно не касается.

Однако не всё так просто. Как мы уже неоднократно отмечали, в недрах государственных управленческих структур, ответственных за выстраивание стратегий развития, время от времени объявляются персонажи, открыто демонстрирующие ориентацию на стандарты ESG. Делается это прямо и недвусмысленно, что неизбежно ведет к некоторому диссонансу с заявлениями Главы государства. Почему в высоких властных кабинетах до сих пор остаются прозападные «кроты», объяснять не беремся. Просто примем как факт.

Пока что ни власть, ни общество никак не реагируют на какие-либо подвижки (хотя бы только словесные) в указанном направлении. Во многом это связано с тем, что вплоть до настоящего времени такие перспективы у нас мало кто воспринимает всерьез, в основном – из-за плохого понимания самой сути ESG-стандартов. Кому-то кажется, будто речь идет о незначительных реформах, направленных на улучшение экологической и социальной обстановки. На самом же деле указанные стандарты подразумевают коренную перестройку всей сферы производственных отношений.

Если коротко выразить суть этого новомодного изобретения, то оно допускает возможность успешной коммерциализации «добрых дел» для представителей крупного бизнеса. Это когда некие «акулы капитализма» выстраивают свою деятельность так, что они получают прибыль, одновременно спасая людей и планету. Принципы «ответственного» инвестирования направлены как раз на то, чтобы добиться тесного сопряжения коммерческой деятельности с реализацией «добрых дел». Скажем, ваша компания во имя борьбы с глобальным потеплением инвестировала в системы улавливания CO₂, отказалась от сотрудничества с производителями ископаемого топлива и начала активно развивать водородную энергетику ради спасения планеты. Параллельно вы ввели «разнообразие и инклюзивность» в руководящем составе, выделив квоты для женщин, национальных и сексуальных меньшинств, а также для инвалидов. Кроме того, вы уравняли во имя «справедливости» уровень доходов для способных сотрудников и не очень способных. И при этом ваша компания ничуть не потеряла в прибыли! Наоборот, все предпринятые проекты оказались коммерчески успешными. Бывает ли такое на самом деле?  

В течение нескольких лет мировой общественности (включая и представителей власти) внушалось, что всё именно так и происходит. В качестве подтверждения приводились многочисленные исследования, якобы совершенно беспристрастные и объективные. В итоге создавалось впечатление, будто «ответственное» инвестирование, опирающееся на ESG-критерии, демонстрирует впечатляющий практический результат. Представители крупного капитала, присягнувшие на верность этим принципам, уже не выглядели кровожадными «акулами капитализма», а уподобились ангелам, спасающим и улучшающим наш мир.

Однако у определенной части наблюдателей оставались сомнения. Совсем недавно эти сомнения начали усиливаться, особенно после того, как появились новые исследования по данной теме, где картинка выглядела не такой уж радужной. Так, в первой половине марта агентство Bloomberg сообщило о том, что всё больше и больше ученых склоняется к тому, что оптимистичные выводы об успешности «ответственного» бизнеса не имеют четкой доказательной базы. Большую роль в этом деле сыграла недавняя работа ученых Бостонского университета, которые провели тщательный анализ многочисленных исследований по теме ESG. Оказалось, что на самом деле финансовая отдача от «ответственного» инвестирования во многих случаях была недостаточна для того, чтобы говорить об успешности такого бизнеса. Возникало впечатление, что исследователи, поведавшие нам о красивых результатах, подходили к своей работе предвзято, намеренно выстраивая результаты в нужную им сторону. В большинстве своем доказательства в пользу ESG выглядели, мягко говоря, неубедительно.

К аналогичным выводам пришли также ученые из Колумбийского университета, Калифорнийского университета в Беркли, Массачусетского технологического института. Схожие публикации появились и в других странах. Несмотря на то, что в целом они поддерживали усилия, направленные на борьбу с глобальным потеплением, они сочли необходимым дискутировать вопросы, связанные с программами по поддержке ESG-стандартов. То есть, полного отрицания пока что нет. Тем не менее, нет уже и былого пиетета перед «ответственным» инвестированием, нет фанатичного восторга и безусловного признания того, будто только через эти стандарты должно выстраиваться наше вхождение в прекрасное будущее.

Интересно, что исследователи, чьи выводы подверглись столь тщательному анализу и пересмотру, не опровергли ни одного выдвинутого против них положения. Но, на удивление, это никак не сказалось на пересмотре ими своих взглядов. Они продолжают придерживаться основной идеи, заявляя, что она «доказана» многочисленными исследованиями – теми самыми исследованиями, которые были подвергнуты пересмотру! То есть критика признается вполне обоснованной, но это никак не отражается на переосмыслении позиции, что выглядит несколько странно для ученых, претендующих на объективность. Они продолжают настаивать на истинности своих результатов так, как будто цитируют Евангелие, отмечают наблюдатели. Мало того, некоторые ученые опасаются высказывать свои сомнения относительно ESG публично, поскольку, по их признанию, это может повредить карьере. Попытка заглушить критические голоса имеет место, что вызывает беспокойство у тех, кто намерен взглянуть на проблему беспристрастно.

Тем не менее, обсуждение проблемы уже вышло за рамки академического сообщества. В Америке сразу в нескольких штатах, возглавляемых республиканцами, выдвинули законопроекты, направленные против ESG. И что особенно показательно: компании, участвующие в финансировании так называемых «климатических» проектов, подверглись давлению со стороны властей (хотя, еще раз подчеркнем, сама по себе научная критика «ответственного» инвестирования еще не предполагает отказа от проектов по снижению углеродного следа). Наконец, генеральные прокуроры шестнадцати штатов направили список вопросов руководителям крупнейших инвестиционных фондов, активно продвигающих ESG-стандарты. Так, много вопросов вызывает инвестиционная стратегия такой известной компании, как BlackRock, развернувшей свою деятельность не только в США, но и далеко за ее пределами (в частности, на Украине). У официальных лиц есть опасения, что «ответственные» инвесторы озабочены не столько ответственностью перед своими клиентами, сколько продвижением ультралиберальной идеологической повестки. Прокурорские претензии не остались незамеченными. Консервативно настроенные политики высоко оценивают данный прецедент, видя в нем начало сопротивления новомодной прогрессистской утопии.

В свете сказанного остается недоумевать по поводу того, что в нашей стране ESG-стандарты до сих пор презентуются так, будто за последние пять лет ничего не изменилось. По крайней мере, проекты, разработанные в угоду этих стандартов, позиционируются в полном отрыве от дискуссии, вспыхнувшей в западных странах. То есть у нас продолжают ориентироваться на Запад как на некий идеальный образец поступательного прогресса, совершенно игнорируя начавшиеся там перипетии. К примеру, одна госкомпания (о чем мы писали) вкладывает деньги в технологии «зеленого» водорода, не учитывая идеологической подоплеки данного тренда. И у нас нет никакой уверенности в том, что этот тренд окажется долгосрочным. Интересно, что Илон Маск не так давно назвал «зеленый» водород глупой идеей. А буквально год назад он прямо объявил всю возню вокруг ESG мошенничеством. Мир, таким образом, раскололся по этому  вопросу. Полагаем, что российская общественность должна быть в курсе. 

Константин Шабанов

Сегодня Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН отмечает 60-летие. Институт известен во всем мире, как одна из ведущих организаций в области исследования поверхностных свойств тонких кристаллических пленок, полупроводниковых материалов, их границ раздела и создания новых полупроводниковых приборов.

Тонкие полупроводниковые пленки и явления, возникающие на границе раздела полупроводников, лежат в основе современных цифровых приборов. Когда создавался институт в 1960-е годы, отношение к полупроводникам было не слишком серьёзным, никто не ожидал, что именно они определят развитие эры цифровых технологий.

Однако первый директор ИФП СО РАН академик Анатолий Васильевич Ржанов сразу сформулировал направления работы Института. В их числе было и сотрудничество с предприятиями, и уже в 1970-х годах появились плоды этого взаимодействия и, в частности, разработка, открывающая этот список.

1. Первые «флешки». Конечно, тогда они выглядели иначе, чем современная флеш-память. В  ИФП СО РАН вместе с Институтом неорганической химии СО АН, НПО «Восток» были сделаны многоэлементные полупроводниковые элементы памяти на основе структур металл-диэлектрик-полупроводник, производством которых занималось новосибирское предприятие НПО «Восток».

2. Оборудование собственного производства для роста тонких полупроводниковых пленок ―  установки молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Сегодня ученые Института в числе мировых лидеров в области владения технологией МЛЭ — одной из лучших для создания новых полупроводниковых материалов. Тогда же (в 1970-х) годах Институт начал разработку установок молекулярно-лучевой эпитаксии, позволяющих выращивать кристаллические тонкие пленки с атомарной точностью. Такого оборудования не было в нашей стране, но уже в 1988 г. Институт представил не только научные, но и промышленные образцы установок, в том числе и на экспорт.

 3. Прецизионные диагностические приборы: эллипсометры и развитие метода эллипсометрии — неразрушающего контроля состава и толщины тонких полупроводниковых пленок во время их роста. Метод эллипсометрии используется во всем мире для быстрого и точного контроля качества тонких полупроводниковых пленок во время их роста. Благодаря развитию методики, существованию научной школы в области эллипсометрии и разработанной приборной базе, ИФП СО РАН пользуется собственными эллипсометрами.

 4. Открытие эффекта эшелонирования атомных ступеней на поверхности кремния под воздействием постоянного электрического тока (1989 год). В результате открытия эффекта стало возможным изготовление эталонных мер для измерений в наномасштабе  ―  «нанолинейки»  на диапазон от сотых долей нанометра до десятков нанометров. Поверхность кристалла не идеально ровная, она включает атомно-гладкие поверхности, разделенные ступенями, высотой в один атом. Воздействуя на кристалл кремния постоянным током, можно «разогнать» ступени — и увеличить площадь гладкой поверхности или собрать нужное количество ступеней в более плотную «лестницу» — эшелон ступеней и, соответственно, точно определить его высоту.

 5. Появление принц-технологии ― способа создания трехмерных наноструктур, основанного на отделении тонких напряженных полупроводниковых пленок от подложки. Так можно получить полупроводниковые нанотрубки диаметром до 2 нм, которые, могут быть сформированы в определённых местах на подложке и с заданными диаметрами с помощью литографии. Новый способ создания наноструктур совместим с кремниевой технологией изготовления интегральных схем. С помощью принц-технологии можно изготавливать наносенсоры, наноиглы для биомедицинских применений, чипы и другие наноприборы.

6. Элементная база для квантовых коммуникаций. Недавно специалисты института создали однофотонный излучатель и детектор для систем защищённой квантовой связи.

Излучатель, в основе которого лежат тысячи полупроводниковых слоев атомарной толщины, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии слоев, испускает лишь один фотон за определенный интервал времени. А детектор, улавливающий это квант света, представляет собой лавинный фотодиод, работающий в гейгеровском режиме счета.

Обычно детекторы одиночных фотонов требуют охлаждения до криогенных температур, а лавинный фотодиод, разработанный ИФП СО РАН, охлаждается с помощь миниатюрного элементах Пельтье при комнатной температуре.

Институт физики полупроводников им А.В. Ржанова СО РАН ―  научный центр, с опытом выполнения крупных академических и промышленно-ориентированных проектов, большим штатом высококвалифицированных специалистов. В Институте собрана обширная приборная база, работают опытные сотрудники, умеющие пользоваться всеми преимуществами сложного оборудования, обслуживать его и проводить сервисные процедуры.

Кроме собственно фундаментальной науки, Институт развивает сотрудничество с промышленностью: работают новые молодежные лаборатории, созданные в интересах индустрии, выполняются гранты Российского научного фонда, осуществляются и традиционные для ИФП СО РАН поставки полупроводниковых подложек на отечественные предприятия.

«ИФП СО РАН входит в число мировых лидеров в области физики конденсированного состояния, и мы эту позицию будем сохранять», ―  говорит директор ИФП СО РАН академик РАН Александр Васильевич Латышев.

Пресс-служба ИФП СО РАН

 В этом году полоса Полного Солнечного затмения (ПЗС) прошла по тем штатам США, которые можно назвать «средними». Каждое солнечное затмение по-своему уникально, и наша обсерватория старается наблюдать эти редкие явления, которые очень ярко подтверждают фундаментальные законы Природы.

В этом году, 8 апреля, научный руководитель нашей обсерватории Игорь Нестеренко наблюдал ПСЗ в штате Индиана, местечко Винчестер. На его снимках, сделанных с использованием 2 разных камер (простой и поляризационной), можно увидеть самые мелкие детали Солнечной короны. Снимок 2. Фото короны с протуберанцами справа. Пятен на Солнце сейчас много, что говорит о большой Солнечной активности и выход петель протуберанцев за пределы Солнечной короны подтверждает это. На снимках: 1-й контакт ПСЗ- Бриллиантовое кольцо, четверть фазы ПСЗ, эта же четверть фазы ПСЗ снятая через поляризационную камеру. Информация о поляризации короны очень важна для изучения процессов, происходящих в фотосфере Солнца. Для съемок использовался объектив с фокусным расстоянием 200 мм и относительным отверстием 1/2.8. Камера DZK 33GX250б c сенсором 2448x2048 пикселей, 3.45 микрона.

На еще одном снимке общий вид ПСЗ 2024, сделанный одним из первых «веговцев» (студентов, делавших курсовые работы в нашей обсерватории) Александром Зайцевым, который снимал ПСЗ в штате Техас. Погода там была облачной, но тем не менее ему удалось сделать хороший снимок, по которому можно изучать школьную астрономию, раздел «Солнечная система (СС)». По плоскости орбит СС в центре мы видим Солнце (с короной) — слева Юпитер, справа Венера, Сатурн, Марс. Александр использовал объектив с фокусным расстоянием 200 мм и относительным отверстием 1/2.8. А камера DZK 33GX250б c сенсором 2448x2048 пикселей, 3.45 микрона.

Ученые Центра компетенций Национальной технологический инициативы «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на базе Института катализа СО РАН исследовали использование низших спиртов для реакций переноса водорода. Они раскрыли механизм их влияния на состояние активных центров никелевых металлических катализаторов. Полученные данные принципиально важны для понимания допустимых границ применения катализаторов реакций переноса водорода и разработки соответствующих технологий запасания и транспортировки водорода. Исследование опубликовано в высокорейтинговом журнале Chinese Journal of Catalysis (IF= 16.5).

Спирты часто рассматривают как перспективные доноры водорода — их активность неоднократно доказана, они просты в обращении и безопасны для транспортировки в отличие от газообразного водорода. Дополнительное привлекательное преимущество — возможность получения спиртов из растительной биомассы, что делает процесс более экологически чистым.

Для извлечения водорода из спиртов можно использовать никелевые катализаторы — у них высокая активность и они дешевые. Однако, они могут терять свою активность под действием реакционной среды и условий процесса. Ученые ИК СО РАН раскрыли универсальный механизм, в соответствии с которым первичные спирты, такие как метанол, этанол и 1-пропанол, отравляют катализатор. В то же время со вторичным спиртом (например, 2-пропанолом) процесс протекает эффективно.

«Мы выяснили, что первичные спирты с никелевыми катализаторами не работают. От них отделяется молекула монооксида углерода, из-за чего катализатор дезактивируется и больше не способен эффективно работать. Вторичные спирты, а именно 2-пропанол, позволяют проводить реакцию переноса водорода, и, следовательно, процесс гидрирования. Эти данные важны с точки зрения использования спиртов как источника водорода для проведения реакций гидрирования», — рассказывает научный сотрудник отдела физико-химических методов исследования на атомно-молекулярном уровне (ОФХИ АМУ) ИК СО РАН к.х.н. Николай Нестеров.

Ученый отмечает, что при работе с первичными спиртами никелевые катализаторы претерпевают фазовые превращения. Так, формируется фаза карбида никеля, а также значительно увеличивается размер каталитически активных частиц металлического никеля, что практически полностью дезактивирует катализатор. Работа со вторичными спиртами не приводит к перестройке никелевого катализатора, и он сохраняет свою активность в ходе процесса.

По словам руководителя ОФХИ АМУ, замдиректора Института катализа СО РАН д.х.н. Олега Мартьянова, эта работа — яркий пример синергизма идей и знаний специалистов из областей органической химии (группа начинала работать под руководством крупного специалиста Андрея Чибиряева), катализа и физических методов исследования. «С одной стороны, полученные результаты подтверждают правильность идеи основателя института Г. К. Борескова о взаимодействии гетерогенного катализаторов и реакционной среды, с другой — принципиальную важность использования комплекса взаимодополняющих методов исследования в режиме in situ, когда появляется возможность одновременно получать информацию о состоянии катализаторов и химических превращениях, которые реализуются в ходе химического процесса. Нам многое предстоит сделать в этом направлении, в том числе исследовать восстановительные превращения гетероатомных соединений тяжелых нефтей в низших спиртах», — резюмирует ученый.

Изображение: Элементное картирование никелевого катализатора после взаимодействия с первичным спиртом при температуре 250 °С. Источник: ИК СО РАН.

Анастасия Аникина, пресс-служба Центра НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики»

Освоение Арктики является неоспоримым государственным, политическим и экономическим приоритетом. С Арктикой связано укрепление энергетического потенциала страны, расширение логистических возможностей, а также обеспечение национальной безопасности, подчеркнул он. Новые перспективы для освоения региона и развития Северного морского пути открывает глобальное потепление, которое очень ярко проявляется как раз в Арктике. Но оно же несет новые риски, связанные с таянием мерзлоты. «Континент Сибирь» с помощью экспертов выясняет, чем оборачивается таяние льдов и что делают в этой ситуации крупные российские компании, которые, откликаясь на призыв Путина, заявляют о своем участии в освоении Арктики.

Обращает внимание на проблему и власть. Как сообщили в аппарате полномочного представителя президента Российской Федерации в Сибирском федеральном округе: «В той или иной плоскости ситуация с деградацией мерзлоты регулярно обсуждается в рамках Государственной комиссии по вопросам развития Арктики. Вопросы хозяйственной деятельности в условиях вечной мерзлоты ранее рассматривались в рамках совместных мероприятий с представителями региональных органов власти, крупного бизнеса и учёных не только Сибири, но и Уральского федерального округа».

Угрозы, которые несут с собой климатические изменения и вызванное ими таяние вечной мерзлоты, осознаны и на верхнем уровне российского бизнес-сообщества. Недавно, например, на эту тему высказался вице-президент по федеральным и региональным программам ПАО «ГМК Норильский никель» Андрей Грачев. «Мониторинг состояния вечной мерзлоты – это тема, актуальная для всей арктической зоны, в ближайшие десятилетия можно ожидать глобальных проблем, вызванных этими процессами. Поэтому наша компания совместно с Заполярным университетом открыла центр контроля мерзлоты», — говорит топ-менеджер. Как рассказали «Континенту Сибирь» в «Норникеле», в 2022 году Институт физики атмосферы РАН на основе глобальных сценариев изменений климата выполнил прогноз климатических изменений для регионов присутствия компании. В рамках моделирования проанализировано более 60 климатических моделей, из которых выбраны 5, наилучшим образом отражающие динамику фактических данных за последние десятилетия. Советом директоров «Норникеля» были утверждены сценарии глобального изменения климата до 2050 года и рекомендованы для использования при оценке физических рисков. Эксперты из академической среды оценивают ситуацию не менее серьезно, считая, что проблемы нарастают.

Чтобы оценить, насколько серьезными могут стать проблемы, разберемся, что такое вечная мерзлота. Неверно думать, что речь идет только о далекой тундре в Заполярье. Вечная мерзлота – это грунт, под поверхностью Земли, непрерывно промерзающий в течение сотен или тысяч лет, который простирается на четверть Северного полушария намного южнее Полярного круга, вплоть до Северной Монголии. Так, землетрясение на Алтае в начале этого века доказало, что под Чуйской долиной залегают слои сплошной мерзлоты и это объяснило многие происходящие там процессы. «Раньше мы могли только догадываться об этом, поскольку выяснить точно можно было лишь с помощью бурения, а это очень дорогие исследования. Благодаря возникшим тектоническим трещинам, ученые смогли получить достоверную информацию о ситуации в этой локации. Но если говорить о Сибири в целом, мы до сих пор точно не знаем ни границ распространения областей мерзлоты, ни их влияния на наземные экосистемы», – сказал научный консультант Климатического центра Новосибирского государственного университета, доктор биологических наук Николай Лащинский.

Но что известно ученым точно, так это то, что в процессы таяния (или деградации) мерзлоты заметно ускоряются. Причем таяние началось не вчера. «Эти процессы происходят на протяжении уже десятков лет и дальше будут развиваться по нарастающей», — уверен ведущий научный сотрудник Института нефтегазовой геологии и геофизики (ИНГГ) им. А.А. Трофимука СО РАН, кандидат геолого-минералогических наук Владимир Оленченко.

Правда, в вопросе о том, как климат будет меняться дальше, научный мир до сих пор не пришел к консенсусу. Как известно, климатические изменения носят циклический характер, периоды потепления сменяются похолоданиями и наоборот. Многие нынешние погодные аномалии – летние периоды небывалой жары, обильные снегопады зимой или столь же обильные дожди в межсезонье – характерны скорее для смены цикла и могут означать возникновение тренда на похолодание. Но и это тоже не гарантировано, считают эксперты. Дело в том, что таких циклов несколько, они сильно отличаются по продолжительности (от нескольких десятков до сотен и тысяч лет) и, в случае наложения одного цикла на другой, грядущее похолодание может сдвинуться. В любом случае, речь идет о прогнозах изменения климата на протяжении достаточно длительного периода, а деградация мерзлоты сказывается на состоянии инфраструктуры и экономическом развитии арктических территорий уже сейчас.

Напомним, в целом речь идет о территориях от Мурманской области до Чукотки, где суммарно живут и работают 2,6 миллиона человек. Хотя, конечно, темпы таяния мерзлоты в разных регионах могут отличаться. «В Ямало-Ненецком автономном округе (ЯНАО) границы мерзлоты сдвинулись на 100-300 километров на север, меняется состояние грунтов, растительный покров, там, где были только мхи и лишайники, теперь растут низкорослые травы», – говорит ведущий научный сотрудник Института криосферы земли СО РАН, директор программы «Геотехника в криолитозоне» Тюменского государственного университета, кандидат технических наук Надежда Молокитина. Схожие процессы отмечаются и на территориях восточнее, например, берег острова Котельный в Восточно-Сибирском море отступает вглубь суши со скоростью 40 метров в год, что чрезвычайно быстро по геологическим меркам.

Наиболее интенсивно процессы потепления климата и деградации мерзлоты, по мнению большинства экспертов, проявляются в Западной Сибири. «Для сравнения, температура мерзлых грунтов на Алтае повысилась на 0,2 градуса, а на Ямале на два с половиной градуса, разница больше, чем десятикратная», — отмечает Владимир Оленченко. В результате, изменения в грунте уже сейчас ощутимо сказываются на состоянии инфраструктурных объектов.

Особенно это заметно на территории городов и поселков, где с одной стороны выше плотность этих самых объектов, а с другой – выше темпы таяния мерзлоты. «Ситуация осложняется тем, что большая часть зданий и сооружений была возведена в 1960-1970-х годах, когда никто не рассматривал вероятность потепления, считалось, что свойства грунта не изменятся и глубина свай была соответственной. А сейчас они оказываются в пластичных грунтах, в фундаменте появляются трещины и здание необходимо выводить из эксплуатации», — поясняет Надежда Молокитина.

В конце февраля этого года заместитель губернатора ЯНАО Александр Подорога выступил с прогнозом, что из-за таяния вечной мерзлоты к 2050 году может быть повреждено более 50% зданий региона. Протаивание грунтов угрожает не только фундаментам, оно может привести к обрушению берегов и образованию провалов. Побережье поселка Амдерма в Ненецком округе местами уже начало осыпаться в Карское море. Специалисты не исключают, что в воде могут оказаться и прибрежные сооружения.

В итоге сегодня возникают две глобальных задачи: выработать новые правила строительства и эксплуатации зданий и сооружений, учитывающие изменения, происходящие с мерзлотой и, одновременно, внедрить системы мониторинга и раннего оповещения о повреждениях, возникающих в фундаментах уже построенных объектов (а еще лучше – системы, прогнозирующие риск таких ситуаций).

Одно из решений предлагают сотрудники Передовой инженерной школы Новосибирского государственного университета (ПИШ НГУ), разрабатывающие интеллектуальную программную платформу, которая с помощью датчиков будет в автоматическом режиме осуществлять сбор информации о состоянии зданий с последующим анализом и оповещением пользователя о возникновении угрожающей ситуации. По сути, речь идет об еще одном применении технологий «интернета вещей», о которых «Континент Сибирь» неоднократно рассказывал.

Платформа, созданная в ПИШ НГУ, стала победителем технологического конкурса «Арктек» в декабре 2023 года. Сейчас идет речь о ее дальнейшем совершенствовании, оптимально – о построении массовой сети с облачным сервисом для хранения информации о техническом состоянии исследуемых зданий и конструкций. На его основе предполагается запустить сервис уведомлений, с помощью которого обслуживающие их организации будут оперативно получать информацию о наступлении опасных событий.

Аналогичные системы, по информации, полученной от аппарата полномочного представителя президента РФ в СФО, уже внедряются на производственных объектах ГМК «Норильский никель». «В частности, [на территории Норильска] действует Центр оперативного отслеживания состояния зданий и сооружений, а именно – температурного состояния грунтов оснований, а также деформационного поведения фундаментов», — сообщается в ответе полпредства на запрос «Континента Сибирь». Вице-президент компании Андрей Грачев поделился с изданием некоторыми результатами этой работы: «В Заполярном филиале «Норникеля», мы создали Центр мониторинга зданий и сооружений, взяв под постоянный контроль более 600 объектов, оснастив их специальными датчиками, пробурив более 400 наблюдательных скважин. В перспективе планируется взять под наблюдение еще около 1500 объектов, что позволит заблаговременно выявлять потенциально опасные отклонения и оперативно принимать меры».

Андрей Грачев также рассказал «Континенту Сибирь» о проекте мерзлотных полигонов, реализуемом в партнерстве с Заполярным госуниверситетом имени Н.М. Федоровского на территории Таймыра. Эти полигоны позволят обеспечить комплексное изучение многолетнемерзлых грунтов, оценить степень влияния на них различных факторов, спрогнозировать скорость изменений. Уже пробурено несколько скважин фонового мониторинга глубиной 200 метров – на всю мощность мерзлых грунтов.

Таяние мерзлоты сказывается и на дорогах, причем, не только на старых, но и на новых, которые, казалось бы, строят с учетом ситуации – насыпается песочная подушка, делается изоляция. Но сами дорожные откосы делают из песка и в условиях сильных ветров, которые дуют в тундре, они с одной стороны развеваются, а с другой (наветренной) скапливается снег и размывает их. «Это в свою очередь усиливает протаивание грунтов на данных участках, твердый слой мерзлоты с высоким содержанием льда становится киселеобразным. Причем, это касается не только дорог, но и промплощадок, которые, в большинстве своем, оборудуются по тому же принципу, с песчаными откосами», — описывает ситуацию Николай Лащинский.

Существуют химические технологии закрепления откосов, когда их покрывают специальными растворами, образующими на поверхности полимерную пленку. Но у этого решения сразу несколько минусов – оно сильно вредит окружающей среде, необходимые реагенты преимущественно импортные, поэтому они и раньше стоили довольно дорого, а с введением санкций многие и вовсе ушли с нашего рынка.

Некоторое время назад представители компании «Газпромнефть-Заполярье» обратились за решением этой задачи к специалистам Климатического центра НГУ. Ученые предложили использовать опыт более южных регионов, где откосы традиционно укрепляют с помощью зеленых насаждений. «Понятно, что посеять в арктических условиях обычную газонную смесь – просто выкинуть деньги на ветер. Поэтому мы сформировали ее аналог из представителей местных растений. Это важно и для того, чтобы избежать внедрения в арктическую флору чужеродных растений, поскольку такие ситуации в ряде мест на планете приводили к очень плачевным для экосистемы последствиям», — говорит Лащинский.

Он отмечает, что уже на первых этапах исследований стало ясно – такой подход позволит решать еще две задачи. Зеленые насаждения будут фиксировать атмосферный углерод (снижая уровень выбросов парниковых газов) и выступать средством промышленного дизайна. «На фоне общего «лунного» пейзажа тундры, правильно подобранный набор растений способен значительно украсить рабочие площадки и положительное влияние этого на людей отмечали и сами сотрудники компании, которые помогали нам в организации исследовательской работы по этому проекту», — добавил ученый.

В настоящее время первоначальный набор растений сформирован, в этом году будут сделаны первые экспериментальные посадки на объектах в районе Бованенковского месторождения. В случае успешного результата, эту технологию можно будет распространять по всей арктической зоне, естественно, корректируя состав засеваемой смеси с учетом местных особенностей.

Еще одну потенциальную «зеленую технологию» подсказали результаты Большой научной экспедиции, организованной в прошлом году совместно Сибирским отделением РАН и компанией «Норильский никель». Впервые в России десятки специалистов из 14 академических институтов всесторонне изучали последствия техногенных вмешательств в Арктике. В частности, внимание исследователей обратила на себя ольха – оказалось, она очень устойчива к различным атмосферным выбросам, обладает почвоулучшающими свойствами и может выступать средством против процессов линейной эрозии почвы (размывы, овраги), которые также усиливаются вследствие деградации вечной мерзлоты.

У российской науки есть немало и других потенциально интересных разработок, которые вызывают обоснованный интерес у компаний, работающих в Арктике. Сегодня совместные проекты с университетами и научными институтами реализуют многие крупные компании, работающие в арктической зоне — различные «дочки» «Газпрома», «Норильский никель», «Роснефть». Большинство из них имеют и собственные R&D отделы (от англ. Research & Development), занимающиеся, в том числе, решением проблем, возникающих у бизнеса вследствие протаивания северных грунтов. К сожалению, сложно составить рейтинг вовлеченности в подобную работу российских корпораций, поскольку информация о многих проектах, как собственных, так и совместных с академическими структурами, защищена коммерческой тайной. (В частности, нельзя не отметить сложность получения информации у такой крупнейшей компании, как «Роснефть».)

Но мало создать технологии и решения, нужны специалисты, причем, в немалом количестве, которые смогут ими оперировать. И это отдельная задача, решить которую без широкого государственного вмешательства вряд ли получится.

«На территорию нашей страны приходятся самые обширные площади вечной мерзлоты, мы научились строить города в Арктике и добывать огромные объемы полезных ископаемых, по сути, мы первыми разработали сами технологии строительства и эксплуатации промышленных объектов в этих условиях. Но сейчас в стране острая нехватка специалистов в этих областях», — подчеркнула Надежда Молокитина. Старые кадры постепенно уходят, а подготовка новых катастрофически сократилась.

Справедливости ради, некоторые шаги по исправлению ситуации делаются. В сентябре прошлого года Тюменский государственный университет совместно правительством ЯНАО и компанией «Газпром нефть» запустил магистерскую программу «Геотехника в криолитозоне», которая направлена на подготовку специалистов, умеющих строить и эксплуатировать здания и другие объекты в условиях мерзлоты с учетом ее нынешнего, деградирующего состояния.

Многие годы студенты Новосибирского университета, решившие связать свою судьбу с Арктикой, проходили практику на научной станции на острове Самойловский в южной части дельты Лены. Станция находится на балансе ИНГГ СО РАН, а содержать ее удавалось благодаря многолетнему сотрудничеству с учеными из Германии. После выхода немецкой стороны из проекта (в связи с внешнеполитической обстановкой) вопрос финансирования подвис в воздухе. «В силу климатических особенностей, станцию нельзя просто законсервировать до лучших времен, так что есть риск лишиться научной базы в Арктике, аналогов которой у России просто нет», — высказал опасения Николай Лащинский. Чтобы избежать этого риска, необходимо найти новые источники финансирования. В этой роли могли бы выступить представители крупного бизнеса, работающего в арктической зоне. Как показал опыт Большой Норильской и Большой научной экспедиций в 2020-23 г.г. такое сотрудничество может быть очень эффективным и взаимовыгодным. Интерес к базе проявляет и Китай, который пока не имеет собственных научных площадок в Арктике.

Подводя итог, можно выделить основное. Сколько бы ни спорили ученые о причинах и темпах потепления климата, таяние мерзлоты никто не отрицает, как и негативные последствия этого процесса для нашей инфраструктуры в Арктике. Многие компании сегодня обращаются к науке в поиске решений возникающих в связи с этим проблем. У науки есть, что предложить, но не факт, что этого будет достаточно. А главное – существенным препятствием может стать дефицит специалистов в этой области. В повышении темпов разработки технологий и подготовки кадров для них заинтересованы, казалось бы, многие. Но явно нужен и некий координирующий центр для этой работы. На эту роль напрашивается государство, и оно даже делает некие шаги в этой области. Но пока их явно недостаточно, чтобы можно было сказать, что ситуация под контролем.

ПРЯМАЯ РЕЧЬ

Андрей Грачев, вице-президент по федеральным и региональным программам ПАО «ГМК Норильский никель»:

– «ГМК Норильский никель» в сотрудничестве с СО РАН было организовано несколько экспедиций: Большая норильская в 2020, 2021 и 2022 годах, а также Большая научная экспедиция 2022-2023 годов по изучению биоразнообразия вблизи производственных площадок «Норникеля» в Красноярском крае, Мурманской области и в Забайкалье. Это были первые в постсоветской истории столь масштабные научные исследования в Арктике.

Миссия этих экспедиций гораздо шире круга локальных, прикладных экологических вопросов. Их главная задача – возродить системное изучение Арктической зоны, оценить масштабы антропогенных, техногенных, климатических и природных изменений, произошедших за последние десятилетия.

Результатом экспедиций стал единовременный срез текущего состояния, своеобразная точка отсчета для проведения последующего мониторинга. Наработан огромный массив информации. На основе его детального анализа создается научно обоснованный комплекс рекомендаций по долговременному природосберегающему обращению с ресурсами российской Арктики для промышленных корпораций и компаний, а также федеральных органов государственной власти и регулирования.

Что касается мерзлоты, то результаты объективных исследований говорят о заметном влиянии климатических изменений, которые оказывают воздействие на многолетнемерзлые грунты, меняют их стабильность, что повышает техногенные угрозы воздействия на окружающую среду. Все эти данные могут лечь в основу создания нормативной базы регулирования работ в области контроля состояния инженерных сооружений в криолитозоне, метрологических стандартов.