В рамках визита делегации Новосибирской области в Республику Беларусь Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП «СКИФ») заключил соглашение и меморандум о научно-техническом сотрудничестве с государственными научными организациями — отделением физико-технических наук Национальной академии наук Беларуси и Научно-практическим центром Национальной академии наук Беларуси по материаловедению.

«ЦКП «СКИФ» — это международный центр по использованию синхротронного излучения в интересах самых разных наук — от материаловедения до археологии, также Центр поможет решить актуальные вопросы промышленных предприятий. Поэтому нам очень важно формировать и расширять сообщество будущих исследователей, рассказывать об имеющихся возможностях, обсуждать потребности и планировать совместную работу. Знаково, что первые международные соглашения ЦКП «СКИФ» подписал именно с белорусскими коллегами, с которыми нас связывают давние профессиональные и дружеские отношения. Мы рассчитываем на еще более тесное взаимодействие», — прокомментировал подписания директор ЦКП «СКИФ» чл.-корр. РАН Евгений Левичев.

Со стороны Белоруссии соглашение о сотрудничестве с ЦКП «СКИФ» подписал генеральный директор НПЦ НАНБ по материаловедению Валерий Федосюк, меморандум о сотрудничестве — академик-секретарь отделения физико-технических наук НАНБ Сергей Щербаков.

Подписания состоялись в присутствии губернатора Новосибирской области Андрея Травникова и первого заместителя Председателя Правления Белкоопсоюза Александра Скрундевского.

В перечне планируемых направлений научно-технического сотрудничества ЦКП «СКИФ» и НПЦ НАНБ по материаловедению — определение кристаллической структуры материалов, исследование их фазовой стабильности при внешних воздействиях, определение однородности распределения электрического дипольного порядка, химического состава материалов, характера химических связей, особенностей электронной структуры, обменных и дипольных взаимодействий в материалах, исследование структурно-фазовых превращений в тугоплавких и ультратугоплавких композиционных материалах и покрытиях нового поколения при высоких температурах, процессов динамического взаимодействия трущихся сопряжений, в том числе при неконтактном нагружении и многие другие.

Также с представителями Национальной академии наук Беларуси в настоящее время обсуждается создание российско-белорусской экспериментальной станции в составе ЦКП «СКИФ». В рамках X Международного форума технологического развития «Технопром 2023» обсуждались такие темы исследований на будущей станции, как защита электронных компонентов от радиационного воздействия, в том числе в интересах космической отрасли, разработка технологий упрочнения поверхности режущих инструментов для современного станкостроения, развитие технологий создания безлитиевых (в частности, натрий-графеновых) аккумуляторных батарей.

Пресс-служба ЦКП СКИФ

10 октября, на площадке НГАСУ состоялось подписание соглашения об открытии представительства вузов Новосибирской области в Пекине. Партнером по данному проекту является китайская образовательная корпорация Миньян (Beijing Mingyang Weilai Education Technology Co.). Определяющая, интегрирующая роль в создании представительства принадлежит Новосибирскому государственному университету, который уже много лет ведет активную деятельность в сфере экспорта российского образования. Это первая в России подобная инициатива, когда в Поднебесной создается представительство вузов сразу целого региона.

Образовательная корпорация Миньян занимается проектами в сфере международного сотрудничества уже 7 лет. «Мы ежегодно отправляем в российские вузы почти 2000 китайских студентов, на текущий момент заключили договоры о партнерстве с 60 университетами по всей стране, также работаем по реализации совместных российско-китайских образовательных программ. Мы видим большой интерес с обеих сторон по развитию такого сотрудничества, поэтому поддержали инициативу по открытию представительства ассоциации вузов Новосибирска в Пекине», — комментирует Чжан Жуй, основатель корпорации образования Минян.  

Ведущая роль в реализации данного проекта принадлежит Новосибирскому государственному университету. НГУ уже больше года сотрудничает с образовательной корпорацией Миньян по таким основным направлениям, как привлечение иностранных студентов, поиск партнеров за рубежом и создание совместных образовательных программ.

«Вузам, чтобы выходить на зарубежный рынок и успешно продвигать российские образовательные программы, необходимо объединять ресурсы — организационные, интеллектуальные, человеческие, финансовые. Самым эффективным инструментом является консолидация на уровне субъекта федерации. По поручению губернатора Новосибирской области был сформирован паспорт региональной программы «Развитие экспорта образования Новосибирской области до 2030», который был представлен на форуме «Технопром» в августе 2023 года. Представленный комплекс мероприятий позволит системно продвигать высшую школу Новосибирска за рубежом, охватывает все форматы развития экспорта образования. Одновременно мы прорабатываем и другие механизмы и форматы межвузовского сотрудничества», — рассказывает Евгений Сагайдак, начальник управления экспорта образования НГУ.

Основу программы составили мероприятия, направленные на увеличение в регионе числа иностранных обучающихся и доходов от их обучения, стимулирование продвижения российского образования.

При формировании региональной программы особое внимание уделили следующим аспектам:

•          переход региональной образовательной системы к проектной модели управления,

•          усиление межведомственного взаимодействия органов государственной власти, образовательных, общественных, некоммерческих организаций, бизнес-сообщества, расположенных на территории региона,

•          объединение ресурсов всех заинтересованных сторон в развитии экспорта образования Новосибирской области,

•          реализация системного управления экспортом образования.

В создании представительства в Пекине участвуют все ведущие вузы Новосибирска, которые занимаются международной деятельностью. Проект открыт для участников не только из числа высших, но и средних специальных учебных заведений региона. 

«Представительство университетов Новосибирской области в Пекине будет точкой входа для китайских партнёров, желающих найти партнеров в Новосибирской области, и для региональных образовательных организаций, ищущих партнеров в Китае», – подчеркивает Евгений Сагайдак.

Таким образом, данный проект позволит усилить имидж новосибирских учебных заведений в Китае, привлекать иностранных студентов, искать надёжных китайских партнёров для выстраивания долгосрочного сотрудничества в сфере науки, образования и культуры, а также развивать новые форматы и механизмы взаимодействия университетов двух стран.

Пресс-служба НГУ

Наступил октябрь, а значит в Швеции снова вручили Нобелевские премии, а ученые СО РАН объяснили журналистам суть этих открытий и заодно рассказали, чем в этом направлении отметилась наша наука.

Конструктор для вакцин и лекарств

Лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2023 году стали венгерский и американский биохимики Каталин Карико и Дрю Вайсман. Награду им присудили за разработку технологии, которая легла в основу мРНК-вакцин против COVID-19. Значение этой работы прокомментировал заведующий лабораторией геномного редактирования Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН кандидат химических наук Григорий Степанов.

Он напомнил, что работы в этом направлении начались задолго до самой пандемии: «Исходно Каталин Карико начала заниматься этой тематикой, именно чтобы показать: мРНК возможно использовать в качестве доставки генетической информации в клетку и таким образом проводить терапию или профилактику каких-либо заболеваний. В конечном итоге мы все знаем результат: во время пандемии коронавирусной инфекции была экстренно применена эта мРНК-технология, и мир получил две вакцины на ее основе».

Схожая история, по словам ученого, была и с российской вакциной «Спутник» - создавший ее коллектив в Центре им. Гамалеи на протяжении ряда лет до того работал с другой разновидностью коронавируса в качестве модельного объекта. И кода мир столкнулся с SARS-CoV-2, они смогли достаточно быстро создать свою вакцину на базе предыдущих наработок. Это можно назвать научным везением, а можно – аргументом в пользу того, что любые фундаментальные научные исследования могут иметь прикладной эффект.

А в случае с лауреатами премии этого года эффект не исчерпывается вакциной против COVID-19. Основная проблема, которую пытались решить эти ученые, заключается в том, что при введении нуклеиновых кислот наступает цитотоксический эффект, объясняют специалисты. Сенсоры в клетках видят нуклеиновые кислоты ДНК или РНК там, где их не должно быть, клетка сигнализирует о том, что внутри нее инфекция, похожая на вирус. В результате запускается иммунная система, клетка начинает умирать. Чтобы это предотвратить, биохимики начали разрабатывать технологии, позволяющие замаскировать РНК, чтобы клетки не включали противовирусную тревогу.

Решив эту задачу, Карико и Вайсман не просто создали некий «конструктор для вакцин», что само по себе стало бы значительным достижением. «Оставаясь в плоскости термина мРНК-вакцин, мы уже можем говорить о создании лекарств, потенциальных препаратов для борьбы с онкологическими заболеваниями», - подчеркнул Степанов.

Правда этот шаг возможен лишь в рамках персонифицированной медицины: необходимо провести генетический анализ будут настраивать мРНК-вакцину, и на ее основе уже создавать препарат индивидуально для каждого пациента. Для современного уровня развития здравоохранения это выглядит очень дорогостояще и сложно, но медицина развивается и многое из того, что еще пару десятилетий назад казалось фантастикой, сегодня становится рутинной процедурой. Вот и такие разработки в области онкотерапии уже ведутся в ряде мировых центров, наша страна пока немного отстает в данной области.

А вот работа над мРНК-вакцинами у нас развивается вполне успешно. Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН вместе с компаниями «Биосан» и «Биолабмикс» работает над такой вакциной от гриппа (в данном случае этот вирус также выступает модельным объектом, поскольку хорошо изучен) и уже дошла до стадии доклинических испытаний. Впрочем, итоговая цель, которую поставили исследователи, более значительна. «Мы хотим разработать универсальную структуру искусственных мРНК, некую платформу, которая позволит в будущем менять ту часть, которая отвечает, против какого вируса будет работать вакцина, и перенаправлять мРНК на другие вирусы», - поделился ученый.

Также Григорий Степанов рассказал о трех фундаментальных задачах, которые ученым еще предстоит решить в этой области. Первая –  определить максимально эффективную структуру самой РНК, чтобы обеспечить высокую продукцию белка в клетках человека. Вторая задача - как правильно организовать доставку лекарственных средств в клетку, учитывая, что молекула РНК не отличается высокой стабильностью. Третьим пунктом идет создание реагентной базы для синтеза молекул РНК, которая должна быть у каждой страны, претендующей на создание собственных вакцин. И если созданием и разработкой мРНК в России занимается несколько крупных научных команд, то реагентную базу на данный момент предлагает только новосибирская группа компаний, работающая в сотрудничестве с учеными Академгородка. И, при всех их успехах, этого явно недостаточно для полного обеспечения внутреннего рынка, особенно с учетом перспектив его развития.

Самый быстрый лазер

Нобелевскую премию по физике в 2023 году получили ученые Пьер Агостини, Ференц Краус и Анн Л'Юилье за исследования в области аттосекундной физики, которые открывают новые способы изучения внутриатомного мира. А прокомментировал эту работу руководитель тематической группы газового анализа лаборатории физики лазеров Института автоматики и электрометрии СО РАН кандидат физико-математических наук Александр Аполонский, который сам проработал в лаборатории Ференца Крауса двадцать лет.

В то время коллектив лаборатории занимался созданием лазера, генерирующего фемтосекундные импульсы (1 фемтосекунда – 10⁻15 часть секунды) с заданными параметрами, а также специальной оптики для него и последующих экспериментов. Именно эта работа обеспечила в дальнейшем выход на новый уровень, аттосекунд, когда за одну секунду происходит миллиард миллиардов аттосекундных колебаний. Именно с такими скоростями протекают процессы в микрочастицах - атомах и молекулах. Генерировать аттосекундные импульсы очень трудно, потому что колебания электромагнитного поля в обычной лазерной волне видимого света длятся дольше. Потребовалось работать с жестким ультрафиолетовым излучением и использовать методы нелинейной оптики: генерировать излучение в инертном газе. Ференц Краус разработал методы как генерации, так и измерения аттосекундных импульсов. Пьеру Агостини принадлежит метод реконструкции профиля аттосекундного импульса. Анн Л'Юлье применила аттосекундные лазерные импульсы, чтобы изучить движение электронов в атомах и молекулах в режиме реального времени.

Эти исследования также имеют понятное прикладное значение. Например, для создания новых проводников электричества. С помощью аттосекундных лазеров удалось засечь, как вещество из изолятора может ненадолго стать проводником, а потом обратно. Аттосекундные импульсы также могут использоваться для идентификации различных молекул при диагностике различных заболеваний, например, рака легких. «Аттосекундная физика скоро позволит понять, как мы можем воздействовать на большую биологическую молекулу вторым импульсом, чтобы, например, прекратить молекулярную реакцию или ее структурные изменения, или сделать так, чтобы они пошли по другому пути», – объяснил Александр Аполонский.

Физика сверхкоротких лазерных импульсов продолжает развиваться, новый рубеж, который предстоит взять ученым – еще больше увеличить частоту импульсов, чтобы заглянуть уже не внутрь молекулы, а в ядро атома. И хотя сегодня трудно представить, чтобы в России быстро возникла собственная научная инфраструктура, способная к новым прорывным достижениям на этом пути, как отметил Аполонский наша наука тоже внесла свой значимый вклад. Практически каждая работа в этой области имеет ссылку на теоретические работы отечественного исследователя академика Леонида Вениаминовича Келдыша. И хочется верить, что этим дело не ограничится.

Такие разные квантовые точки

Есть российский след и в Нобелевской премии по химии этого года. Ее присудили ученым Мунги Бавенди, Луиcу Брюсу и Алексею Екимову за открытие и синтез квантовых точек. Когда-то Екимов работал в ленинградской лаборатории Жореса Алферова, где первым смог увидеть эти частицы. А подробнее об этой области науки рассказал младший научный сотрудник молодежной лаборатории Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН Ян Майдэбура.

Квантовые точки представляют собой полупроводниковый объект очень малого размера, отметил он: «Такая точка примерно во столько же раз меньше футбольного мяча, насколько он меньше нашей планеты». Но этот объект, содержащий всего несколько сотен атомов очень интересен ученым. При этом его электрофизические, термические, оптические свойства меняются в зависимости от размера.

Коллоидные квантовые точки, более простые по способу получения, известны с прошлого века, они достаточно широко распространены и применяются в самых разных областях: в производстве QLED телевизоров, а кроме того, находят применение в биомедицине, в качестве маркеров для диагностики раковых опухолей.

Второй тип, эпитаксиальные квантовые точки (получением которых как раз и занимался Алексей Екимов) получить намного сложнее, для этого приходится последовательно и упорядоченно выращивать один кристаллический материал на поверхности другого (собственно методы эпитаксии и создал другой нобелевский лауреат из нашей страны, научный руководитель нынешнего Жорес Алферов).

Такие квантовые точки имеют большее значение для фундаментальных и прикладных исследований, которые проводят, в частности, в Институте физики полупроводников СО РАН. «По этой тематике проводят исследования в научных группах заведующего лабораторией члена-корреспондента РАН Анатолия Васильевича Двуреченского, заведующего лабораторией кандидата наук Валерия Владимировича Преображенского и других. Область моих научных интересов: нитрид-галлиевые (GaN) квантовые точки, исследования ведутся под руководством заведующего лабораторией доктора наук Константина Сергеевича Журавлева», – сообщил Ян Майдэбура.

Он отметил, что особенности нитрида галлия дают преимущества, позволяющие создавать, к примеру, светоизлучающие приборы глубокого ультрафиолетового диапазона, а также источники одиночных фотонов, работающие при комнатной температуре. Для традиционных источников одиночных фотонов требуется охлаждение до криогенных температур. Поэтому источники на основе нитрид-галлиевых квантовых точек особенно интересны, но пока синтез этих материалов весьма дорог. «Вместе с коллегами я работаю над тем, чтобы создать простой метод синтеза и получать значимые как для фундаментальной, так и прикладной науки результаты», – подытожил ученый.

Сергей Исаев

6 октября в Москве на Всероссийской агропромышленной выставке «Золотая осень» наградили победителей конкурса молодых учёных «Агроинновации для выращивания ячменя и хмеля в России».

Конкурс организовала российская компания «Балтика». Старший научный сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН Олеся Шоева победила в номинации «Новые технологические схемы выращивания пивоваренного ячменя в различных регионах России». Она разработала и апробировала стратегию селекции сортов ячменя для Западно-Сибирского региона.

Проект новосибирского учёного решает несколько задач, в том числе выявление влияющих на качество ячменя генов, разработку ДНК-маркеров для отбора лучших для региона сортов, создание линий ячменя на основе сортов сибирской селекции и их тестирование по признакам урожайности и качества.

«Работа Олеси Шоевой, её интересные научные решения предлагают эффективные способы повышения качества и продолжительности хранения готового напитка. Поиск и внедрение инноваций — важная задача не только для нашей компании, но и для всего российского АПК. Конкурс показал, как много в отрасли молодых талантливых учёных, которые работают над действительно важными научными проектами. Нам удалось выявить интересные разработки, которые, я надеюсь, мы сможем апробировать на наших полях в рамках агропрограммы компании», — отметил директор по пивопроизводству и агропроектам компании «Балтика» Игорь Матвеев.

Победитель конкурса Олеся Шоева отметила, что задачу избавления пивоваренных сортов ячменя от ответственных за коллоидное помутнение напитка соединений учёные разных стран решали начиная с 1970-х годов. Учёный вместе с коллегами из Института цитологии и генетики проанализировала этот опыт и используя результаты генетических исследований провела селекцию беспроантоцианидиновых ячменей на основе районированных для условий Западной Сибири сортов.

«Первые 12 линий уже проходили в этом году конкурсное испытание на полях нашего института. Заинтересованность и высокая оценка нашей работы специалистами отрасли очень важны для нас, и мы будем продолжать начатую работу. Её конечной целью мы видим новые отечественные пивоваренные сорта ячменя», — рассказала кандидат биологических наук.

В конкурсе участвовали более 30 молодых учёных из разных вузов и научных учреждений страны. Победителей жюри выбирало в пяти номинациях, связанных с выращиванием пивоваренных сортов ячменя, средствами его защиты, технологическими схемами и инновационными агротехнологиями развития хмелеводства в России. Каждый победитель получит 300 тысяч рублей и публичное признание на всероссийской выставке «Золотая осень» — одного из ключевых событий года в отечественном АПК.

С 2005 года компания «Балтика» занимается развитием агропрограммы для контроля качества ячменя на всех этапах выращивания. Для снижения экоследа и обеспечения стабильного качества компания постоянно внедряет инновации, применяет технологии ответственного земледелия и поддерживает российских учёных. Это особенно актуально, когда перед отраслью и экономикой в целом стоит задача по достижению технологического и кадрового суверенитета.

Специалисты Томского политехнического университета и Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) провели цикл экспериментов на стенде УНУ ЭЛВ-6 по экспресс-изготовлению различного типа керамик. Одним из результатов стало получение люминесцентной керамики промышленного качества. Время изготовления составило секунды, при том что получение таких материалов другими методами занимает десятки часов. При такой производительности одна установка может обеспечить мировые потребности в определённых типах люминофорной керамики.

Люминофоры – это кристаллические многокомпонентные системы, как правило, их синтезируют с использованием твердофазных реакций. Температуры плавления компонентов могут достигать 2-3 тысяч градусов Цельсия.

«Смешиваемые компоненты имеют разные температуры плавления. Для облегчения процесса синтеза термическими методами в исходные смеси добавляют дополнительные вещества, от которых потом нужно избавляться. Термические технологии очень чувствительны к режимам сложной совокупности операций, предыстории исходных веществ. Поэтому синтез люминофоров проводится в условиях строгого соблюдения технологического регламента, разного у разных производителей. Существуют и другие методы синтеза с подобными недостатками», – прокомментировал профессор Томского политехнического университета доктор физико-математических наук Виктор Лисицын.

Поэтому постоянно ведутся работы по совершенствованию технологий синтеза. Синтез различных типов керамики, в том числе, люминофорных, с помощью воздействия пучка электронов активно исследуется физиками Томского политехнического университета. Синтез электронным пучком способствует протеканию реакций, поскольку под воздействием радиации материалы приближаются к состоянию, близкому к плазменному. Этот метод позволяет спекать различные вещества, при необходимости меняя состав компонентов. В результате можно синтезировать керамику сложного состава и исследовать, каким образом примеси различных компонентов влияют на свойства конечного материала.

Эксперименты проводились на базе промышленного ускорителя электронов ИЯФ СО РАН, который позволяет выводить мощный сфокусированный электронный пучок в атмосферу. Стенд имеет статус Уникальной научной установки (Стенд УНУ ЭЛВ-6).

«Энергия электронов в пучке может варьироваться по желанию заказчика от 1 до 2,5 МэВ, – пояснил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Михаил Голковский. – Такое значение энергии позволяет пронизывать слой порошка с массовой толщиной около 1 г/см2, что в среднем соответствует толщине слоя порошка около 1 см. Перед облучением порошок с толщиной слоя, несколько превышающей указанную толщину, помещается в массивный медный тигель и перемещается под сканирующим электронным пучком перпендикулярно направлению сканирования. Происходит синтез керамики требуемого состава за счёт сплавления исходных порошковых компонентов».

Михаил Голковский отметил, что этот метод спекания керамики обладает рядом преимуществ. «Продолжительность синтеза из исходных порошковых компонентов составляет секунды, в то время, как процесс изготовления керамик традиционными методами обычно включает несколько стадий и может продолжаться несколько суток. В связи с тем, что для синтеза используются инертные к воздействию атмосферы исходные материалы, в процессе синтеза не происходит изменения химического состава исходной смеси. Кроме того, при таком методе создания материала в него не вносятся загрязнения», – пояснил Михаил Голковский.

Единственная сложность в настоящее время состоит в необходимости размола синтезированной керамики, а она, как и большинство керамик, имеет высокую твердость. По словам Виктора Лисицына, решается и эта проблема: для этого можно использовать электроразрядные методы, не исключены и механические.

«Область применения полученного материала, – отметил Михаил Голковский, – широка. Измельченную люминофорную керамику наносят тонким слоем на поверхность выхода света светоизлучающих приборов, например, на газоразрядные люминесцентные лампы (используются для освещения в большинстве организаций), светодиодные лампы, которые используются для освещения в быту, светодиоды белого света в электронных приборах, фонариках и пр. Также этот материал используется для светодиодной подсветки жидкокристаллических экранов компьютеров, телевизоров и сотовых телефонов».

Получение под воздействием электронного пучка разнообразных керамик из исходных порошковых компонентов – одно из наиболее перспективных направлений работы на стенде УНУ ЭЛВ-6. Исследования по этому направлению были инициированы и проводятся под руководством профессора Виктора Михайловича Лисицына из Томского политехнического университета. На стенде синтезируются различные типы материалов, однако в получении люминесцирующих керамик был достигнут особо заметный успех. Получены люминофоры на основе иттрий алюминиевого граната (YAG), фторида магния (MgF2), фторида бария (BaF2), оксида магния (MgO), магниевого алюмината (MgAl2O4).

Как отметил Виктор Лисицын, ведутся работы, направленные на повышение функциональных свойств синтезируемых керамик, расширению круга синтеза тугоплавких керамик, изучению физико-химических процессов при радиационном синтезе.

В настоящее время исследования по люминесцентной керамике проводятся в рамках гранта РНФ № 23-73-00108 «Экспресс-технология радиационного синтеза высокотемпературной оксидной керамики для фотоники».

Пресс-служба ИЯФ СО РАН

НТИ запускает пятый Всероссийский конкурс кружков.

К участию приглашаются детские и молодежные технологические кружки, студенческие технологические команды и учреждения, выступающие площадками для работы кружков. При грантовой поддержке Российского движения детей и молодежи «Движение Первых» в рамках конкурса впервые проводится отбор кружков юных техников.

Юбилейный Всероссийский конкурс кружков организован при поддержке Министерства просвещения РФ, Министерства науки и высшего образования РФ, Российского движения детей и молодежи «Движение Первых», АНО «Платформа НТИ», Агентства стратегических инициатив и сети «Точек кипения». Заявки на конкурс принимаются до 1 декабря 2023 года: https://konkurs.kruzhok.org/. 

«С 2019 года участниками конкурса стали более 3000 кружков со всей страны. Это не только возможность рассказать о себе и попасть на Карту кружков. На базе конкурса формируется мощное сообщество технологических кружков страны – они поддерживают друг друга, обмениваются лучшими практиками, запускают клубы и совместные детско-взрослые проекты, – подчеркнул проректор НИУ ВШЭ, ответственный секретарь оргкомитета Национальной технологической олимпиады, лидер Кружкового движения НТИ Дмитрий Земцов. – В этом году совместно с «Движением Первых» мы впервые проводим отбор кружков юных техников. Эти кружки не просто получат новый статус – они станут ключевыми площадками реализации технологического направления «Движения Первых», сдачи нормативов технологической грамотности «ТехноГТО» и других наших совместных проектов».

В 2023 году конкурс кружков проводится по трем основным трекам. Трек «Технологические кружки» предназначен для кружков, которые формируют интерес школьников к инженерии и техническому творчеству; здесь представлены три возрастные лиги: младшая (кружки для школьников 1-4 классов), средняя (для 5-8 классов) и старшая (для 9-11 классов).

На трек «Студенческие технологические команды» приглашаются научные объединения и кружки на базе вузов и колледжей, молодежные стартап-команды, студенческие конструкторские бюро и другие молодежные организации, которые занимаются разработкой технологических проектов. 

В треке «Среда развития кружков» принимаются заявки от организаций, на базе которых действуют несколько технологических кружков и создаются условия для научно-технического творчества школьников и студентов. К участию приглашаются школы, вузы, колледжи, технопарки, ЦМИТы, Кванториумы и другие организации, которые на своих площадках развивают кружковую работу.

Чтобы получить статус кружка юных техников, необходимо зарегистрироваться на платформе «Талант» Кружкового движения, провести одно или несколько специально разработанных мероприятий для школьников и заполнить анкету-заявку. Среди предложенных кружкам мероприятий – Уроки НТО, «Час Берлоги», образовательные игры и мастер-классы, просветительские мероприятия, посвященные технологическому творчеству, и др.

«Одной из важных задач «Движения Первых» является поддержка талантливых детей в сфере технического творчества и повышение престижа технологического образования в России. Объединяя накопленный методический опыт Кружкового движения НТИ и организационные возможности «Движения Первых», мы возрождаем движение юных техников в нашей стране. Ключевым мероприятием этого года станет первый Слет кружков юных техников в ноябре в Новосибирске», – отметил Председатель правления Российского движения детей и молодежи «Движение Первых» Григорий Гуров.

Также в рамках треков Всероссийского конкурса кружков 2023 года формируются дополнительные тематические номинации от партнеров Кружкового движения НТИ, информация об их запуске будет публиковаться на сайте https://konkurs.kruzhok.org/. Экспертный совет конкурса составит рейтинг участников каждого трека и определит победителей и призеров. Все заявившиеся кружки будут размещены на интерактивной карте технологических кружков России map.kruzhok.org.

Ведущий научный сотрудник Института археологии и этнографии СО РАН доктор исторических наук Андрей Павлович Бородовский не раз рассказывал нашим читателям про археологические находки времен скифов и гуннов. Но обычно речь шла о предметах культа, оружии, котлах, зеркалах и т.п. Но какую информацию можно узнать из остатков древних колыбелей и что такое «сумак» - об этом в сегодняшнем интервью с ученым.

– У Вас вышла статья про находки сумаков на территории Сибири и Центральной Азии. Что это за предметы и чем они интересны науке?

– Сумаки - это мочевыводящие трубки катетеров из переносных младенческих колыбелей, которые используются кое-где до сих пор. Сейчас их обычно изготавливают из дерева, но изначально, традиционные сумаки делали  из длинных костей баранов, овец и косуль. Существовали специальные трубочки для девочек и мальчиков, в конструкции которых были учтены все физиологические особенности. Так что можно сказать, что древние кочевники исходя из своих мобильных условий повседневной жизни достаточно эффективно решили эти проблемы младенческой гигиены в глубокой древности, задолго до современных памперсов. Часто сумак – единственная сохранившаяся часть колыбели, которую можно зафиксировать на археологических памятниках.

– Насколько широко распространено было это устройство?

–   Достаточно широко от Средней Азии до Кавказа и Крыма. Сумаками пользовались крымские караимы, греки, живущие при Азовском море, таджики, жители Дагестана, армяне, азербайджанское население и многие другие народы. Сумаки находили и на территории Венгрии. Конечно, существовали некоторые отличия в технологии изготовления, материалах, названии (где-то их называли сунак или шумек, к примеру), но в целом принцип устройства сохранялся, и оно прочно вошло в традицию ухода за младенцами, что отмечают уже не археологи, а этнографы. Как кстати и сам тип жесткой колыбели – бешик, который многие народы используют до сих пор.

– А это важно, знать, какой колыбелью пользовались в прошлом или какими устройствами для ухода за младенцем она оснащалась?

– Конечно, важно. Все мы родом из детства, и оно на всех накладывает свой отпечаток, иногда – в буквальном смысле слова. Так, ребенка, лежащего в бешике, привязывают к колыбели специальными ремнями, ограничивающими его движения. Популярность люлек типа бешиков (с сумаками) среди многих кочевых и полукочевые племен можно объяснить тем, что ребенок, привязанный ремнями к колыбельке, не требует постоянного присмотра, что позволяет взрослым заниматься своими делами. Побочный эффект лежания в такой колыбели с постоянно находящейся жесткой подушкой – так называемая люльковая деформация черепа. Это уплощение затылочной кости, которое до сих пор можно наблюдать у людей и сегодня пользующихся твердой колыбелькой, например, у осетин, узбеков, казахов, ингушей и многих других.

Но для ученых еще важнее то, что через распространение сумаков мы можем проследить культурные контакты между древними культурами, поскольку это устройство явно заимствовали, а не изобретали заново каждый раз. Об этом говорит высокая схожесть технологии изготовления, конструкции, которая имеется между предметами, найденными в самых разных регионах. Распределение находок на карте Южной Сибири и исследования костных комплексов позволяют сформулировать гипотезу, что изначально сумаки относились не к культуре хунну, находящейся под китайским влиянием, а, скорее, происходят от кочевых племен южной Сибири, точнее Русского Туркестана. А вот его относительно быстрому распространению среди других народов, о чем говорят сумаки, найденные от Тувы до Киргизии, очевидно, способствовали частые миграции «гуннских» племен.

Кстати, до недавнего времени их практически не находили на территории Горного Алтая. Но нам, как всегда, повезло и на поселении Чултуков Логу-9 (Майминский район Республики Алтай) такие предметы удалось обнаружить, что позволило нашим польским коллегам (К. Михальчевский Институт археологии Краковского, Ягелонского университета) даже изготовить их точные копии и экспериментально восстановить весь процесс их изготовления – от целой ноги косули до готового предмета.  

Однако, самое главное, это загадка – почему в хунно-сяньбийское время на территории Южной Сибири (Алтай, Тува) такие приспособления младенческой гигиены есть, а в этнографических материалах этих регионах они отсутствуют. Один из ответов на этот вопрос напрашивается сам собой – это последствия исхода далеких предков этносов в эпоху Великого Переселения Народов на сопредельные территориальные просторы Евразии, года здесь властвовали могущественные хунну, известные в последствии как гунны. Как говорится «волны истории» потом схлынули, а традиция осталась.

– Сумак в этом плане уникален, или другие предметы детского обихода тоже могут нести интересную информацию о миграциях и культурных связях разных культур?

– Такую информацию можно получить от самых разных предметов. Яркий пример – в свое время отечественный этнограф, доктор исторических наук, профессор Галина Ивановна Пелих обратила внимание на то, что устройство младенческих колыбелей у селькупов, самодийского народа, живущий на севере Западной Сибири, практически идентично колыбелям, которыми пользовались шумеры – древний народ, проживавший на востоке от Средиземного моря. Выводы можете делать сами.

Вообще, практически вся окружающая предметная среда, связанная с детством, включая гигиенические приспособления не только сверхтрадиционна, но и предельно исторична. И если изначально в археологических исследованиях находки, связанные с детьми, практически игнорировались и доисторическая реальность воспринималась исключительно через призму призма взрослых, то с 1990-х годов начал развиваться интерес к детям и детству. И сегодня мы можем говорить о целом направлении – археологии детства.

Нельзя сказать, что здесь накоплен большой багаж находок, обычно их можно разделить на две категории: детские погребения (остеологический материал) и миниатюрные предметы, интерпретированные как игрушки. Но на примере исследования сумака понятно, что эти артефакты могут рассказать гораздо больше, чем просто о том, как протекало детство у представителей разных народов и эпох.

– Вот, кстати, появление такого относительно сложного устройства младенческой люльки именно у кочевых народов, по сути, опровергает миф о том, что они были дикарями, которые разоряли и разрушали более развитые земледельческие культуры?

– Если мы говорим о Сибири, то надо помнить, что в то время земледелие здесь носило очаговый культур и ни о каких развитых земледельческих культурах речи не было. Первыми, кто смог организовать системное земледелие в сибирских экстремальных условиях были русские поселенцы, пришедшие в эти места на много веков позднее.

А во-вторых, оценки культуры кочевников как более отсталой – неверны, поскольку обычно это делают, применяя к ней критерии принципиально другого общества – земледельческого. А это, как минимум, некорректно. Культура кочевников развивалась в других условиях, решала другие задачи и по-своему делала это довольно успешно. Мы можем видеть это на примере обеспечения младенческой гигиены в условиях, когда родители не могли подолгу находиться рядом. Но есть схожие примеры и в других областях быта, так что это были довольно развитые культуры, просто не похожие на те, что мы называем оседлыми.

Сергей Исаев

«Пройти между Сциллой и Харибдой» – так образно охарактеризовал проблемы любой терапии академик Сергей Деев, представлявший Институт биоорганической химии РАН (Москва) на Втором Международном конгрессе «CRISPR-2023». В данном случае речь шла об онкологии. Ученые исходят из того простого принципа, что «лекарство сладким не бывает» - в том смысле, что лечение тяжелых заболеваний всегда оборачивается стрессом для организма. К онкологии это относится в первую очередь. Хотим мы того или нет, подчеркивает ученый, но лекарство против рака всегда будет ядом.

Главное здесь – грамотно рассчитать концентрацию препарата, чтобы лекарство справилось с патогеном, не уничтожив при этом здоровые клетки. Врачам приходится учитывать разницу между концентрацией, способной вылечить, и концентрацией, способной нанести непоправимый ущерб. Это как раз и есть тот узенький проход между Сциллой и Харибдой, через который нужно «перевезти» больного. «Задача всех практических работ, - отметил Сергей Деев, - направлена на то, чтобы раздвинуть концентрацию этих соединений. Фармакологическое окно улучшается, и у пациента появляется больше шансов выжить и при этом не остаться инвалидом».

Вопрос: какими путями этого достигнуть? Делается это с помощью так называемых «адресных соединений», уточнил ученый. Речь идет о таргетной терапии онкологических заболеваний. Говоря по-простому, к молекуле, которая убивает раковую клетку, присоединяется агент, способный доставить ее в нужное время и в нужное место. Вроде бы всё здесь хорошо. Но на самом деле это не так, признается Сергей Деев.

Даже если взять препарат с адресной молекулой, то это поможет только определенной части пациентов. Для кого-то вообще не будет никакого эффекта, а отдельным пациентам станет только хуже. То есть, несмотря на то, что мы берем таргетный препарат, он не решает всей проблемы. Отсюда появляется следующая задача – сделать таргетную терапию персонифицированной, чтобы у каждой таблетки был максимально высокий терапевтический эффект.

Как решается эта задача? Здесь также имеется адресная доставка, как и в существующей тергетной терапии. Но помимо этого появляется еще один компонент – к адресам прикрепляется диагностический или терапевтический агент. Причем, разъясняет Сергей Деев, диагностический агент не менее важен, чем терапевтический. «Хорошие врачи, - напоминает ученый, - прекрасно понимают, что самая лучшая терапия – это ранняя высокоточная диагностика». В данном случае мы говорим о тераностике, которая подразумевает адресную доставку – воздействие на клетки с определенным «молекулярным портретом». Также сюда входит создание бифункциональных соединений, включающих в себя нацеливающую часть и совмещенных с терапевтическим или диагностическим агентом. Именно в этом направлении движется сейчас Институт биоорганической химии РАН, где уже работают с разными группами соединений.

Принципиальным моментом для решения указанной задачи являются сами подходы к ее решению. Сергей Деев привел на этот счет несколько таких подходов. Прежде всего, он обратил внимание на использование радионуклидов, которые, по его словам, переживают сейчас «реинкарнацию». У нас в стране было немало горячих голов, пытавшихся использовать радионуклиды для лечения рака. Однако, заметил ученый, в большинстве случаев это не работало. В принципе, вполне возможно лечение при заболевании отдельных органов (например, щитовидной железы, в который может накапливаться йод). Но в целом говорить об эффективности подобных препаратов без таргетности невозможно. Однако уже сейчас за рубежом созданы и успешно применены препараты, разработанные в рамках концепции тераностики – когда терапевтический потенциал (конкретно, жесткое бета-излучение) совмещается с диагностикой (гамма-излучение). Такой препарат применялся против рака простаты. И, как следует из отчетов, для пациента всё закончилось благополучно после трех курсов приема препарата.

В настоящее время, говорит Сергей Деев, уже создана технология, позволяющая получать малые молекулы (молекулы-скаффолды) с сильными биотехнологическими и фармакологическими свойствами. Их можно производить много и дешево, а некоторые можно чуть ли не кипятить. Последний момент очень важен, поскольку для радионуклидного мечения необходимо осуществлять, нагрев примерно до 80 градусов Цельсия в течение часа. Антитело за это время может полностью свариться, чего не скажешь об упомянутых молекулах. Сейчас этой технологией заинтересовались отечественные компании, которые обратились в Институт с соответствующим коммерческим предложением. В результате удалось провести необходимые начальные испытания.

В свете указанного изобретения работа с антителами становится даже не вчерашним, а позавчерашним днем применительно к методу доставки радионуклидов для диагностических целей, считает Сергей Деев. Упомянутые молекулы-скаффолды показывают себя в этом деле блестяще. Данный пример, по словам Сергея Деева, наглядно демонстрирует, как рациональный дизайн молекул позволяет оптимизировать фармакокинетику и фармакодинамику одновременно.

Идя тем же путем и применяя нестандартные решения, наши ученые пытаются усовершенствовать и другие хорошо известные методики лечения онкологических заболеваний. Например, фотодинамическую терапию и химиотерапию агрессивных опухолей. Так, впервые была предложена стратегия одновременного нацеливания на разные участки одного и того же рецептора опухолевой клетки двух противоопухолевых агентов с разными механизмами действия. Было получено строгое синергетическое действие этих токсинов на опухоль, позволившее существенно замедлить рост опухоли и предотвратить появление метастазов. При этом действующая доза токсинов была снижена в тысячу раз!

Конечно, из-за обилия специальных термином неспециалисту практически невозможно разобраться в тонкостях всей этой «кухни». Однако ясно одно: работа в данном направлении продолжаются, а методы лечения совершенствуются. Поэтому не исключено, что новые подходы в скором времени приведут к заметным качественным улучшениям на данном поприще.

И напоследок необходимо обратить внимание на экономический аспект, связанный с развитием онкологической тераностики. На него специально обратил внимание Сергей Деев. Почему так важно поддерживать такие исследования? Не только из соображений поддержки национального здравоохранения. Дело в том, что удачный препарат способен принести государству прибыли, соизмеримые с тем, что мы пытались заработать на нефтегазовых проектах вроде СП-2. Необходимо напомнить, что борьба с онкологией имеет глобальное значение. А потому успехи наших ученых будут также оцениваться на глобальном уровне. Крупные компании серьезно просчитывают доходы от продаж эффективных лекарств. И России не стоило бы терять свое место в списке государств с передовой медициной и фармакологией. Поэтому финансирование подобных исследований не является тратой впустую. Применительно к борьбе с онкологией такие вложения являются хорошими инвестициями. В конце концов, если мы бились за то, чтобы наша вакцина против ковида была признаваема во всем мире, то хороший современный препарат против рака также оказался бы не менее актуальным и востребованным.

Николай Нестеров

Ученым НГУ с помощью методов радиоуглеродного датирования и изотопного анализа удалось установить возраст поселения, выявить особенности образа жизни захороненных в кургане людей, узнать, чем они питались и насколько рацион женщин отличался от пищи мужчин.

Археологические раскопки кургана № 51 саргатской культуры раннего железного века на могильнике Усть-Тартасские курганы (Венгеровский район Новосибирской области) проходили под руководством заместителя директора по науке Института археологии и этнографии СО РАН, академика Вячеслава Молодина и доцента кафедры археологии и этнографии Гуманитарного института Новосибирского государственного университета, доктора исторических наук Людмилы Мыльниковой. Раскопки проводились ручным способом без использования техники.

Впервые для сибирского региона был исследован «элитный» курган саргатской культуры раннего железного века с многочисленными неграблеными погребениями, для которых получен статистически значимый набор радиоуглеродных дат и календарных возрастов, а также результатов анализа стабильных изотопов, выявивший особенности образа жизни усопших и хронологии погребений. Весь мультидисциплинарный комплекс научных работ выполнен в Новосибирской области.
Саргатская культура – культура раннего железного века, относится к культурам скифского круга. Ее население занимало огромную территорию между Ишимом и средним Иртышом, а возможно, простиралась чуть ли не до берегов Оби. Существовала более тысячи лет: ученые датируют культуру VII-V вв. до н.э. – III-V вв. н.э.

По количеству выявленных погребений, погребальному обряду и сопроводительному инвентарю обследуемый курган был отнесен учеными к разряду элитных объектов. В нем была обнаружена большая серия не ограбленных погребений, в которых захоронены дети, мужчины и женщины.

- Мы исследовали 22 погребения. Все они снабжены наборами сопроводительного инвентаря: женщины в большинстве случаев – тремя сосудами, мужчины – двумя. И те, и другие, кроме разнообразного набора изделий, имели однолезвийный железный нож. В мужских захоронениях встречались железные и костяные наконечники стрел и пряжки. Женщины из трех захоронений были похоронены в меховых или матерчатых шапочках, расшитых разноцветными бусинами и бисером, в том числе сделанными из стекла. В отдельных случаях даже удалось выявить тончайшие серебряные нити и шнурочки, на которых эти изящные подвески крепились к головным уборам. Еще одной интересной особенностью данных головных уборов явились ряды фигурных бронзовых бляшек, горизонтально нашитых в один ряд на лобной части головного убора. Бляшки имели индивидуальную форму для каждой женщины. В одном погребении помимо двух крупных округлых бронзовых бляшек находились ещё две золотые, украшенные выдавленным пуансоном декором. Также нами были найдены редкие изделия, например, шейная бронзовая гривна и костяная подвеска с изображением кабана. Примечательно, что некоторые из найденных изделий изготовлены по технологиям, не практиковавшимся в нашем регионе в то время. Это подчеркивает высокий статус погребенных, - рассказала Людмила Мыльникова.

Ученые отметили интересную особенность построения сакрального пространства кургана - наложение некоторых могильных ям друг на друга. Это дало им возможность построить относительную хронологию объекта, которая позднее была подтверждена радиоуглеродным методом.

Сотрудники Центра коллективного пользования «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» радиоуглеродным методом произвели датирование 17 костных фрагментов. Статистическую обработку полученных результатов выполнил сотрудник Института интеллектуальной робототехники НГУ Петр Меньшанов, анализ стабильных изотопов (δ13C и δ15N) в коллагене костных фрагментов проводила сотрудник лаборатории изотопных исследований ИАЭТ СО РАН.

В результате исследований выяснилось, что для всех захоронений памятника характерна небольшая величина вариации значений изотопных сдвигов, свидетельствующая в пользу однотипности диеты у захороненных на территории памятника, а также в пользу короткого временного промежутка, в который жили представители этой культуры. Небольшие различия в уровне изотопных сдвигов между мужчинами и женщинами Саргатской культуры на протяжении второй фазы существования памятника позволяют предположить некоторое преобладание в рационе женщин белковой пищи по сравнению с мужчинами, по-видимому в результате большей стабильности богатого белком рациона и более оседлого образа жизни женщин рядом с богатой рыбой рекой в сравнении с мужчинами.

- Байесовское моделирование хронологии комплекса на основе радиоуглеродных дат, полученных с помощью ускорительной масс-спектрометрии, предполагает высокую вероятность использования кургана в диапазоне между 200 и 40 годами до н.э. при этом «первая очередь» погребений (примерно 25%) могла происходить асинхронно в период до 150 года до н.э.. Пик захоронений (приблизительно 75%) «второй очереди», вероятнее всего, пришелся на период со 150 по 120 годы до н.э., а последним событием на кургане стало погребение №13, которое могли произвести не ранее 110 года до н.э., - пояснила директор ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ», исполняющая обязанности заведующего кафедры физической химии Факультета естественных наук НГУ Екатерина Пархомчук.

Археологическая работа проводилась в рамках проекта РНФ № 22-18-00012 «Элитные курганы саргатской культуры раннего железного века в Обь-Иртышской лесостепи (Новосибирская область)». Радиоуглеродное датирование выполнено при поддержке проекта программы «Приоритет-2030».  

Пресс0служба Новосибирскго государсвенного университета

Искусственный интеллект называют черным ящиком. Он может решать сложные задачи и давать практические ответы, но как он это делает, как приходит к определенным выводам и результатам, до конца неизвестно. Мы поговорили о том, как работает ИИ с математической точки зрения, в чем его польза и основная опасность, с директором и заведующим лабораторией искусственного интеллекта и информационных технологий Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН профессором РАН, доктором физико-математических наук Михаилом Александровичем Марченко.

— Что такое искусственный интеллект?

— Согласно традиционным представлениям, ИИ — аналог естественного интеллекта человека. Практически — это вычислительный метод, который помогает анализировать данные, делать прогнозы и принимать решения. Но я сужаю понятие ИИ до машинного обучения или нейросетевых вычислений, так как практически всё, что делается сейчас, связано с этой технологией. Хотя существуют и другие направления, например сильный ИИ, то есть машинный разум, по замыслу не уступающий человеческому.

— Есть ли интеллект у искусственного интеллекта?

— Начнем с того, что мы точно не можем сказать, что такое естественный интеллект. Есть разные варианты этого понятия, но цельной картины не получается. Что происходит в голове у людей или даже у животных, до конца непонятно. Я считаю, что у ИИ нет интеллекта и непонятно, будет ли. Но есть хорошо работающие имитационные системы, например нейросеть ChatGPT. Она распознает речь и отвечает на вопросы. Я могу спросить, как работает нейросеть, и она мне ответит. Но бывают сложные вопросы, с которыми ChatGPT не справляется. Однако ответ выдать обязана, поэтому незнакомые места нейросеть заполняет похожими словами. Тем не менее ChatGPT всё равно не интеллект, а программа. 

— Как устроена нейросеть?

— Нейросеть, или нейросетевая модель, — это компьютерная программа, которая с точки зрения математики реализует некоторую приближенную функцию. Для построения такого приближения сначала выбирается так называемая архитектура нейросети, которая определяет алгоритм последовательной обработки входной информации и получения выходной. Если эти этапы алгоритма изобразить на рисунке, то получается структура, чем-то напоминающая цепочки нейронов в мозге, отсюда и название — нейросеть. 

В нейросети присутствуют неизвестные вначале параметры, они численно определяются процедурой, называемой обучением. Обучение производится по заданному набору значений — обучающей выборке, в которую входят известные входные данные и соответствующие им выходные. Данные для обучения должны быть достоверными и, как принято говорить, размеченными – заранее должно быть известно, что они описывают.

Обучение — вычислительно сложный процесс, и есть много способов, как его осуществлять. Математики говорят, что при этом производится нелинейная оптимизация. Обученную в результате этой процедуры нейросетевую модель нужно проверить на независимых от обучающей выборки данных. Так, нейросеть ChatGPT тренировали и проверяли с помощью суперкомпьютеров на огромных массивах данных в течение нескольких месяцев. 

В итоге мы получаем готовую к использованию нейросетевую модель. Она является программным инструментом, численно приближающим неизвестную нам взаимосвязь, которая существует в природе или технической системе. На вход нейросети будут подаваться данные, и путем вычислений получаться выходные, например ChatGPT на заданный вопрос будет давать ответ.

— С чего началась история нейросетей и машинного обучения?

— Работы по нейросетевым моделям начались с результатов исследований выдающихся советских математиков Андрея Николаевича Колмогорова и Владимира Игоревича Арнольда. В 1957 году они решили тринадцатую проблему Гильберта о представлении произвольной функции нескольких переменных с помощью функций с одной или двумя переменными. В математике эта область исследований называется теорией приближений. Эти и последующие работы определили математические основы нейросетевых моделей.

Технологии машинного обучения известны еще с 1950-х годов. Тогда был предложен персептрон, одна из первых нейросетей, которая имитировала работу нейронов в мозге. Дальше ученые конкретизировали задачи, стали взаимодействовать на стыке разных дисциплин: математики, естественных наук и программирования. Широко использовать эти технологии начали совсем недавно, буквально 10—15 лет назад, когда нейросетевые модели научились эффективно реализовывать на доступных графических процессорах. 

Графический процессор состоит из простых вычислительных ядер, объединенных в группы. Для вычислений на нем используются технологии распараллеливания. Тогда ядра решают задачу не последовательно, а некоторое время независимо. Уже впоследствии они обмениваются данными. Математики, инженеры и программисты начали применять нейросети для обработки больших данных, чтобы на их основе прогнозировать динамику природных или технических систем и принимать решения. 

— В чем основная проблема искусственного интеллекта?

— Основная проблема в том, что применение современных нейросетевых моделей с точки зрения математики не обосновано. Нет проверенной информации о вычислительной погрешности и точности прогнозирования. Математически проработанные результаты существуют только для простейших нейросетей. Даже в этом случае приходится строить весьма сложные рассуждения. 

Еще одна проблема — достоверность данных в обучающей выборке и их полнота. Ведь нейросеть чему обучена, то и выдает как результат работы. Например, нейросетевая модель обучена распознавать фотографии кошек. Глядя на картинку, мы понимаем, что перед нами кошка, даже если поменять цвета пикселей, ввести так называемый шум. А вот нейросеть может ее уже не распознать, она работает только с теми данными, на которых обучена. Не исключено, что зашумленное изображение кошки туда не входит. 

— Математика лежит в основе ИИ, но, как наука, она довольно абстрактна. Мешает ли это развитию ИИ или помогает?

— Математика бывает весьма конкретной! В подтверждение я расскажу про методологию математического моделирования, которая имеет прямое отношение к нейросетям.

Что такое математическое моделирование? Рассмотрим такой пример: берем воздух, которым мы все дышим. Никто не видит, из чего он состоит, но ученые разработали атомистическую модель. Свойства воздуха описывает математическое уравнение, которое носит имя великого ученого Людвига Больцмана. Оно хорошо отражает процессы, происходящие в газе, но весьма сложное, решение уравнения не запишешь в аналитическом виде. Поэтому для его приближенного решения записывается алгоритм — последовательность действий с числами. Мы, математики, обосновываем, как алгоритм соответствует решению уравнения и как из него сделать экономичную и эффективную программу для конкретного компьютера. 

Математическая модель, алгоритм, программа — это триада математического моделирования. Ее сформулировали академики Александр Андреевич Самарский и Николай Николаевич Яненко. Очень важно, что с помощью такого подхода можно проводить глубокий анализ сложных физических процессов (в приведенном примере — динамики газа) и прогнозировать их состояние в зависимости от изменений параметров.

Нейросетевая модель строится по другому принципу, поэтому ее можно считать особым видом математической модели. Если в рамках триады математического моделирования мы идем последовательно от уравнения к программе, то при нейросетевом подходе сразу записывается программа, а ее параметры определяются на основе наблюдаемых данных. Они могут сниматься с сенсоров, датчиков и так далее. Получается: вот они данные, а вот она вычислительная модель, и непонятно, есть ли между ними мостик — математическое обоснование. Глубокий анализ физических процессов, особенно при изменении параметров, с помощью нейросетей уже не проведешь. 

Нейросетевые модели не проходят этапы обоснования, как в триаде математического моделирования. Пока математики их не обоснуют, полностью доверять им нельзя. 

Хороший пример приводил академик Сергей Константинович Годунов. При вычислении собственных, заранее известных значений матрицы с помощью пакетов прикладных программ (Matlab, Maple и другие) появляется существенная ошибка. Мы подаем матрицу на вход этим пакетам, и все они выдают отличающиеся от точных значений собственные числа. Нам говорят, раз вы купили пакет, то можете ему доверять. А как доверять, если он даже такой относительно простой тест не проходит? Так и с нейросетями, увы.

— Какова основная опасность искусственного интеллекта?

— Вычислительная техника развивается настолько быстро, что математика за ней не поспевает. Оказалось, что нейросети можно собирать из готовых компонентов, как из деталей конструктора, и получать работающую программу. Помимо этого, нейросетевые модели очень уязвимы. Например, можно в обучающем наборе злонамеренно или по ошибке предоставить недостоверные данные. Из-за этого параметры нейросети будут определены неправильным образом, и нейросеть будет выдавать ошибочный или зловредный ответ при вполне правильных входных данных. 

Чтобы не допустить появления такого рода уязвимостей, нужна методология проверки нейросетей перед использованием. У каждой нейросети должен быть стандартизированный сертификат качества и открытая информация, по которой можно будет судить о качестве ее работы. 

— На каком этапе развития искусственного интеллекта находимся сейчас мы? 

— Сейчас происходит разработка программно-аппаратных систем ИИ для решения сложных задач: распознавания изображений в системах компьютерного зрения транспортных средств, разработки систем принятия решений в промышленности, создания продвинутых медицинских помощников и так далее. Специалисты совершенствуют архитектуры нейросетей, изобретают новые модели и обучают их, придумывают новые методы оптимизации и ускорения работы. Крупные компании активно увеличивают мощности суперкомпьютеров. Например, компания «Яндекс» запустила суперкомпьютеры на графических картах, которые используются для разработки клиентских сервисов, основанных на ИИ.

Еще одно перспективное направление — создание цифровых двойников природных и технических систем. Это программно-аппаратные комплексы, которые в режиме реального времени берут информацию с датчиков. На основе их обработки нейросети дают прогнозы и делают выводы для принятия решений. Наш институт вместе с коллегами из ЦКП «Сибирский кольцевой источник фотонов», ФИЦ «Институт катализа им.  Г. К. Борескова СО РАН» и Конструкторско-технологического института научного приборостроения СО РАН занимается созданием цифрового двойника СКИФа.

Также сейчас происходит этап определения уровня доверия к результатам работы систем ИИ, их сертификация. В Америке норма разработана Национальным институтом стандартов и технологий, а у нас недавно был принят соответствующий ГОСТ. 

— Может ли искусственный интеллект саморазвиваться?

— Нейросети имеют возможность дообучаться и самообучаться. В результате они совершенствуются, улучшаются их прогностические возможности. При правильной постановке дела могут появиться полностью автоматические системы ИИ для принятия решений в промышленности, медицине, транспорте и так далее.

— Могут ли нейросети рассказать что-то новое о работе человеческого мозга?

— Считается, что определенные виды нейросетей — это модели мозга. Пусть они и грубые, но что-то новое о работе мозга мы, возможно, сможем узнать. В истории уже были примеры, когда с помощью грубой модели делали новые открытия. Известно, что модель распространения тепла, или уравнение диффузии, как его еще называют, изначально формулировалась как модель распространения тепла в так называемом теплороде. До начала XIX века считали, что всё пространство заполняет теплород. Казалось бы, грубая модель, но оказалось, что с ее помощью можно описывать распространение тепла. Уже позднее ученые поняли, что теплорода нет, а сама модель в виде уравнения существует и активно используется до сих пор.

— Можно ли обучить искусственный интеллект этическим нормам и сделать его человечнее?

— Можно построить обучающую выборку из объектов с оценками «хорошо» и «плохо», но есть же тонкие ситуации. Например, мы обучаем нейросеть выбирать оптимальный вариант действий, она усваивает ту самую выборку и ею пользуется. Человек в состоянии депрессии задает ей вопрос: «Моя нервная система в очень плохом состоянии, что лучше сделать: умереть или жить?» Не исключено, что нейросеть выберет первый вариант. Потому что она получила на вход состояние человека, которое соответствует оценке «плохо», и выбрала оптимальный вариант действий по ранее заданной шкале значений. Но этическую сторону вопроса нейросеть не примет во внимание.

На мой взгляд, нейросеть никогда не заменит человека. Тут можно вспомнить писателя-фантаста Станислава Лема. Он много писал о том, что ИИ — это бездушная программа, и человек для него ничего не значит. В работе с людьми, их здоровьем и так далее нельзя применять полностью автоматические системы ИИ. Тут важно понимать разницу между автоматическими и автоматизированными алгоритмами. В автоматических компьютер сам принимает решение, в автоматизированных — только помогает человеку принять. Если будет допущена такая ошибка, что человека выведут из контура управления, то ключевые решения будет принимать не человек, а сам компьютер. Тогда могут начаться серьезные проблемы. 

Нет сомнений, что сфера применения ИИ будет дальше расширяться революционными темпами. Я считаю, важно понимать, что вопросам математического обоснования методов ИИ и стандартизованной проверки качества их работы должно уделяться максимум внимания. И уверен, что полностью доверять ИИ неразумно, а валидировать результаты его работы всегда должен только человек.

Полина Щербакова