Сотрудники Климатического центра Новосибирского государственного университета занимаются построением единой модели естественной экосистемы, в которой планируют отразить показатели почвенного дыхания, запаса фитомассы, фотосинтезирующей активности доминантных видов растений, а также освещенность ярусов леса.

Объектом изучения стал Пироговский лес, в котором впервые были проведены экспериментальные исследования. Один из инструментов, которым владеет Климатический центр, является БПЛА — Geoscan 401, оснащенный лазерным сканером LiDAR и фотокамерой Sony Alpha A6000 50 mm.

Климатический центр НГУ создан в рамках реализации федеральной программы по созданию и развитию на территории Российской Федерации сети карбоновых полигонов. Основная задача, которую решают сотрудники центра, — измерение и мониторинг потоков парниковых газов: CO2 и CH4. Для выполнения исследовательских работ сотрудниками центра используется широкий спектр современного лабораторного и полевого оборудования, в том числе и беспилотные летательные аппараты (БПЛА).

Студенты магистратуры Геолого-геофизического факультета НГУ и по совместительству лаборанты Климатического центра Степан Денисов и Дмитрий Горяйнов подготовили основу для построения модели на основе данных, полученных с БПЛА с применением лазерного сканирования. После обработки данных для каждого дерева на территории исследования удалось определить координаты, высоту, диаметр кроны, площадь кроны, объем кроны. Всего на экспериментальном участке 18 557 деревьев. Средние показатели — высота 20,53 м, диаметр кроны 3,6 м, площадь кроны 16 кв. м, объем кроны 104,6 куб. м. Из 18557 деревьев только 0,7% достигают высоты 30 метров и выше.

Благодаря использованию автоматического подсчета количества деревьев на территории исследования, у исследователей появилась возможность оценить запас фитомассы, количество поглощенного СО2 и интенсивность его поглощения, основываясь на данных фотосинтеза и дыхания элементов растительности. Они уверены, что разработка методики распознавания древесной растительности и определения видового состава на основе данных, полученных с БПЛА, представляет интерес не только с научной, но и с прикладной точки зрения.

Пироговский лес в качестве объекта исследований был выбран по причине его уникальности — в пределах Новосибирской агломерации это самый большой массив естественных и относительно нетронутых приобских сосновых боров: здесь практически нет инвазивных видов растений и искусственных посадок, сохранена естественная слабо нарушенная экосистема с богатым растительным и животным миром. Поэтому Пироговский лес представляет научный и образовательный интерес: на его примере можно получить представление об устройстве уникальных сибирских экосистем.

– Основная задача Климатического центра НГУ – определить, насколько эффективны лесные экосистемы – как естественные, так искусственные, в том числе лесопосадки, – с точки зрения депонирования углерода. Лес – это сложноорганизованная система, которая занимает большой объем пространства и делится на ярусы: деревья, кустарники, травы и мхи. Все ее компоненты работают на одну из задач – поглощение углерода и его запасание. Чтобы понять, как именно это происходит и в каких объемах, важно хорошо представлять себе пространственную организацию лесной экосистемы и степень насыщения разных ярусов органическим веществом. Важно знать, сколько ветвей и листьев расположено на определенной высоте, потому что от этого зависит количество солнечного света, а в итоге — и эффективность работы этой фотосинтетической системы. Измерить высоту каждого дерева в лесу — задача очень трудоемкая и времяемкая, но она существенно упрощается с использованием беспилотного летательного аппарата и его программного обеспечения, которое позволяет при обработке снимка с высокой точностью определить высоту каждого дерева и объем его кроны, что и было нами сделано, — рассказал главный научный сотрудник Климатического центра НГУ д.б.н. Николай Лащинский.

После схода снежного покрова исследователи проведут наземную верификацию участка, обследованного с помощью беспилотного летательного аппарата, чтобы оценить точность и полноту полученных им данных. Они попытаются получить информацию о каждом конкретном дереве и об устройстве лесного растительного сообщества в целом. Это позволит с небольшими временными и финансовыми затратами представить себе модель этой лесной экосистемы. Применив различные функциональные характеристики, например, интенсивность фотосинтеза, ученые смогут получить математическую модель работы леса по поглощению и запасанию СО2.

– Математическая модель работы лесной экосистемы поможет нам понять, насколько эффективен конкретный лесной массив и в каких объемах он нейтрализует выбросы предприятий и автомобильного транспорта в атмосферу. Кроме того, на математических моделях мы сможем проводить различные эксперименты, направленные на то, чтобы каким-то образом попытаться оптимизировать или максимизировать функции запасания углерода. Провести подобные исследования в природе довольно трудно и результат не всегда гарантирован. Математическая модель дает исследователю больше пространства для всевозможных экспериментов и модификаций без вреда для природы.

Взгляд на лесную растительность с высоты птичьего полета очень важен для нас. Такой точной детализации не дает ни аэрофотосъемка, ни космическая съемка, не обладающие достаточным для этого разрешением. Снимки с БПЛА дают возможность увидеть внутреннюю архитектуру лесных насаждений, которая важна для понимания устройства лесной экосистемы. Благодаря этому мы сможем получить данные о животных, обитающих на различных ярусах леса, маршрутах их передвижения, убежищах, местах зимовки и гнездования, а также многое другое. Исходя из этих данных, мы сможем рассчитать оптимальное количество тех или иных животных для определенных участков леса или лесных массивов. Таким образом, мы получаем довольно мощный механизм управления лесом, контроля за ним и понимания того, какие процессы происходят в лесных экосистемах. Эти знания чрезвычайно важны для сохранения лесов со всем богатством животного и растительного мира, а также предотвращения негативного влияния на них, — объяснил Николай Лащинский.

Пресс-служба Новосибирского государственного университета

CEO новосибирской инновационной компании Hectare Systems, занимающейся разработкой решений для цифровизации сельского хозяйства, Анатолий Васильев рассказал о так называемом интеллектуальном земледелии и о том, какие инструменты по автоматизации бизнеса в сфере АПК создаются и применяются в регионе.

Интеллектуальное (его еще называют — точное) земледелие по своей идеологии близко к персонализированной медицине. В завершенном виде это некая автоматизированная система, которая ведет постоянный и детальный мониторинг полей по самым разным параметрам, анализирует полученную информацию и обеспечивает максимально эффективное управление всем процессом выращивания и сбора урожая. Те или иные технологии точного земледелия уже использует многие российские хозяйства. Пока это в основном импортные решения, но в последние годы на этот рынок выходят и отечественные фирмы.

–  Анатолий, какие ИТ-решения, призванные помочь в вопросах оптимизации работы фермерских хозяйств, разработаны на сегодня в новосибирском Академгородке?

– Речь идет о наборе программных и аппаратных решений, устанавливаемых на борту сельскохозяйственной техники и автоматизированных рабочих местах (АРМ) сотрудников предприятия. Программа-менеджер систем позиционирования GPS/GLONASS, следит за тем, где находится техника, сколько гектаров вспахал механизатор, намолотил зерна, какой идет расход топлива и другими параметрами, что призвано обеспечивать эффективное управление парком техники, контроль за ходом работ из центров управления. У нас предусмотрена интеграция с БПЛА (коптерами), в стадии разработки – интеграция со спутниковой фотосъемкой, что позволит еще больше расширить функционал системы. Например, рассчитывать индексы вегетации и увлажненности почвы.

– Такая система представляет собой некий типовой набор модулей, то, что принято называть «коробочным решением»?

– Нет, это проектное решение, поскольку для каждого предприятия нужен свой набор «железа» — модулей, датчиков, свой функционал.  Важно, чтобы хозяйство могло подобрать его индивидуально в рамках одного из наборов – базового, продвинутого и с высокоточной навигацией. Также важно наличие соответствующей подписки на доступ к системе, обновления программного обеспечения и техническая поддержка в формате «24/7».

– На какой стадии находится такая разработка, есть уже примеры ее использования в реальных условиях?

– Сейчас мы запустили пилотные проекты на предприятии «Бахетле» в Искитимском районе и в хозяйстве «Дары Ордынска». Там пока оборудовали три единицы транспорта. Сейчас ждем начала полевого сезона, заказчик посмотрит, как все это работает и примет решение по поводу оснащения остальной техники. Эти два проекта станут своего рода финальным испытанием системы, и в случае успешных результатов, к осени мы планируем уже начать полноценный выход на рынок.

– В настоящее время на рынке есть аналогичные российские или импортные решения?

– Да, аналогичные продукты есть, причем, не только в сфере сельского хозяйства. Мы сами, перед тем, как прийти к своему стартапу, несколько лет работали в горнодобывающей отрасли, решая подобные задачи на канадском программном обеспечении. Но у каждого производителя подобных систем есть свои сильные стороны, «фишки», которые делают его продукт конкурентоспособным. Мы делали ставку на собственную архитектуру, собственное производство высокоточных ресиверов, которые интегрируются в систему и позволяют организовать полевые работы разных единиц техники с точностью до 5 сантиметров, чтобы не допускать перекрытий или наоборот, недосева и т.п. Еще мы понимали, что важно предусмотреть возможность не только снимать показания с техники, но и дистанционно управлять ее работой через планшет, установленный в кабине механизатора.

– Вообще, насколько сложно сейчас продвигать инновации в сельском хозяйстве?

– Достаточно сложно. Многие небольшие хозяйства предпочитают работать по старинке: отец с сыном засаживают несколько гектар морковью, обрабатывают поле на двух тракторах и им никакая автоматика не нужна. У крупных хозяйств тоже есть свои отработанные схемы, и они не спешат их оптимизировать. Плюс, сельское хозяйство достаточно рискованный бизнес, сложно угадать, насколько урожайным будет следующий год и в таких условиях не каждый рискнет вкладываться в автоматизацию с заделом на будущее.

– Почему тогда вы выбрали именно эту отрасль для своего стартапа? И на что рассчитываете?

– Как я уже говорил, мы несколько лет проработали в горнодобывающей отрасли и продолжаем там работать. Но когда мы накопили компетенции, доросли до собственных разработок, стали искать новую нишу для их применения, чтобы не создавать прямой конкуренции с разработчиками того софта, на котором мы до того работали. И я вспомнил, как один мой знакомый, который управляет как раз сельхозпредприятием, говорил, что хорошо бы ему иметь такую же систему. В качестве эксперимента мы смонтировали ему набор для мониторинга и результат оказался очень обнадеживающим. Тогда и приняли решение зайти на этот рынок. А на что надеемся? Внедрить нашу систему на нескольких предприятиях, показать эффект от ее использования как пример, что это выгодно и так искать новых заказчиков.

– У вас есть опыт использования мер господдержки инновационных компаний, можете как-то оценить их эффект?

– Сначала через Новосибирский областной инновационный фонд мы стали участниками программы «А-старт» в Академпарке, это был интересный опыт. Затем, снова по приглашению фонда, приняли участие в Сибирской венчурной ярмарке. Это вообще оказалось очень полезное мероприятие с хорошим пулом менторов, бизнес-встречами, у нас появились полезные контакты. Дважды через Фонд содействия инновациям подавали заявки на участие в программе «Старт», но они не прошли по конкурсу. И пока я эту идею отставил в сторону, время на подготовку заявок уходит много, а отдачи пока никакой не видно. Также ФСИ (фонд содействия инновациям – «КС») пригласил нас стать резидентами инновационного центра «Сколково», сейчас мы размышляем, надо это нам или нет. Вообще, есть мысль, что проще сосредоточиться на том, чтобы выйти на рынок и уже там привлекать средства от потенциальных заказчиков.

– Вы планируете как-то дальше развивать систему или разрабатывать еще какие-то схожие программные решения?

– Сейчас мы работаем над возможностью работы со спутниковыми фотографиями. Также работаем над интеграцией в систему технологий искусственного интеллекта, что расширяет спектр задач, которые она сможет решать, в том числе, самостоятельно. Ну и главное, мы изначально разрабатывали систему с расчетом возможной смены направления для ее использования, например – в логистических компаниях, предприятиях общественного транспорта. Так что эти отрасли мы тоже рассматриваем как свои потенциальные рынки.

В августе Артема Оганова - известного кристаллографа-теоретика, минеролога, химика, педагога и профессора РАН⁠⁠ пригласили прочитать лекцию на Международном Геологическом Конгрессе. Два дня назад он получил от организаторов письмо с требованием убрать российскую аффилиацию. На фоне истории вокруг Олимпиады и споров о праве спортсменов на уступки, "ведь они этому всю жизнь посвятили", позиция российского ученого, который посвятил науке гораздо большую часть своей жизни, чем молодые атлеты, выглядит достойным примером для подражания. Вот его публичный ответ организаторам конгресса.

Пару месяцев назад меня пригласили прочитать лекцию на Международном Геологическом Конгрессе (Ю. Корея, август 2024). Два дня назад я получил от организаторов письмо с требованием убрать российскую аффилиацию. Я отказался это делать - нельзя позволять себя унижать. Нельзя превращать науку в инструмент дискриминации. Привожу письмо от организаторов конгресса и мой ответ. Прошу максимальных репостов.

***
From: Scientific Committee <XXXXXXXX>
Sent: Friday, April 5, 2024 11:08 AM
Subject: [IGC 2024] Request for modification of your affiliation on the official website of IGC 2024

Dear Russian abstract submitters,

Warm greetings!

IGC 2024 Organizing Committee is very grateful for your submission of abstracts.

Nevertheless, we earnestly ask you to change your Russian affiliation to the other country's affiliation by 7th April, 2024 (UTC+9),

if possible.

If not, we cannot accept the abstracts from Russia during review period next week according to IUGS's policy.

If your abstacts are not accepted because of the nationality, your fee may be refunded.

Thank you again for your cooperation.

Sincerely,

IGC 2024 Organizing Committee
******

From: Artem Oganov
Sent: Friday, April 5, 2024 11:39 PM
To: XXXXXXXXXXXX
Subject: Fw: [IGC 2024] Request for modification of your affiliation on the official website of IGC 2024
 
Dear colleagues,

I am appalled, shocked and disappointed by your discrimination against Russian scientists. Such discrimination is against the spirit of science and is not compatible with the international status of the International Geological Congress that you are organizing.

While some people can be susceptible to xenophobia and hysteria induced by media and politicians, intellectuals should be above that. I hope that after a second thought you will agree that discrimination should have no place in science, in any international events, and more generally, in society - and will allow me and all other Russian scientists to use our Russian affiliations at IGC. Otherwise I will be unable to attend and will have to give this case maximum possible international publicity, in order to eradicate discrimination and racism from science.

P.S. I have never visited Korea, but visited other Asian countries (especially China) many times, and got used to their welcoming attitude and hospitality. I expected a similar attitude in South Korea, but your letter showed that perhaps I was wrong. 

Cordially yours,

Artem R. Oganov PhD DSci FRSC

Ниже - перевод писем

From: Scientific Committee <XXXXXXXX>
Sent: Friday, April 5, 2024 11:08 AM
Subject: [IGC 2024] Request for modification of your affiliation on the official website of IGC 2024

Уважаемые российские авторы рефератов,

Сердечно приветствуем вас!

Оргкомитет МПК 2024 очень благодарен вам за подачу тезисов.

Тем не менее, мы убедительно просим вас до 7 апреля 2024 года (UTC+9) сменить российскую принадлежность на принадлежность к другой стране,

если это возможно.

В противном случае мы не сможем принять тезисы из России в период рассмотрения на следующей неделе в соответствии с политикой IUGS.

Если ваши абстракты не будут приняты из-за национальной принадлежности, ваш взнос может быть возвращен.

Еще раз благодарим вас за сотрудничество.

Искренне,

Организационный комитет IGC 2024

From: Artem Oganov
Sent: Friday, April 5, 2024 11:39 PM
To: XXXXXXXXXXXX
Subject: Fw: [IGC 2024] Request for modification of your affiliation on the official website of IGC 2024

Уважаемые коллеги,

Я потрясен, шокирован и разочарован вашей дискриминацией в отношении российских ученых. Такая дискриминация противоречит духу науки и несовместима с международным статусом Международного геологического конгресса, который вы организуете.

Если некоторые люди могут быть подвержены ксенофобии и истерии, нагнетаемой СМИ и политиками, то интеллектуалы должны быть выше этого. Я надеюсь, что, поразмыслив, вы согласитесь, что дискриминации не должно быть места в науке, на любых международных мероприятиях и вообще в обществе, и разрешите мне и всем другим российским ученым использовать наши российские аффилиации на IGC. В противном случае я не смогу присутствовать и буду вынужден придать этому делу максимально возможную международную огласку, чтобы искоренить дискриминацию и расизм в науке.

P.S. Я никогда не посещал Корею, но много раз бывал в других азиатских странах (особенно в Китае) и привык к их доброжелательному отношению и гостеприимству. Я ожидал, что в Южной Корее будет такое же отношение, но ваше письмо показало, что, возможно, я ошибался.

С искренним уважением,

Артем Р. Оганов PhD DSci FRSC

Помните историю про Вавилонскую башню (или – Вавилонское столпотворение) из Библии? После Всемирного потопа выжившие люди были одним народом, разговаривали на одном языке. В междуречье Тигра и Евфрата они основали город Вавилон и решили построить там башню, которая дотянулась бы до небес. Строить затеяли, что характерно, не из практических побуждений и не для наблюдений за звездами, а, чтобы «сделать себе имя». А далее Бог разгневался на людей за гордыню, сделал так, что все они заговорили на разных языках, строительство из-за этого не задалось и башня рухнула, так и не достав до неба.

Эта всем известная история вспомнилась, когда прочитал про суперкомпьютер StarGate для искусственного интеллекта, который хотят построить Microsoft и OpenAI.

Почему именно эта история? Давайте разбираться. Для начала, что известно про этот проект. Как пишут в СМИ, ссылаясь на источник, близкий к главе OpenAI Сэму Альтману, речь идет о строительстве Центра обработки данных нового поколения с суперкомпьютером для искусственного интеллекта, которое оценивается в $100 млрд. А это, на минуточку, в сто раз дороже ряда наиболее крупных и мощных ЦОД на планете.

Впрочем, это еще не самая дорогая инициатива от Сэма Альтмана. В феврале он заявлял о намерении привлечь 7 (семь) триллионов долларов от инвесторов, включая правительство ОАЭ, чтобы совершить революцию в полупроводниковой промышленности и преодолеть дефицит микросхем, необходимый для развития ИИ. От названной суммы полезли глаза на лоб даже у самых смелых экспертов и вскоре Альтман объявил, что он таких цифр не называл, это все журналисты, мол, раздули.

Но почти сразу выступил одним из инициаторов нового мегапроекта – того самого StarGate. Заявлено, что он будет состоять из миллиона специальных LPU-чипов то ли от Nvidia, то ли от Groq, и обладать мощностью в 5 гигаватт, чтобы обеспечить необходимую фантастическую производительность.

И вот на этой стадии у здравомыслящих людей возникли первые вопросы, поскольку самая мощная на текущий момент атомная электростанция в США способна выдавать лишь 3.3 гигаватта. И они уже поделены между существующими потребителями. На что Альтман парирует: почему бы не построить рядам с ЦОД новую АЭС с необходимой мощностью генерации, которая и обеспечит его энергоснабжение. Более того, он предполагает построить всю инфраструктуру к 2028 году.

Причем, одним мега-ЦОД дело не должно ограничиваться, опыт, накопленный при его создании, Альтман и компаньоны намерены использовать для строительства еще десятка подобных дата-центров (хорошо, почти подобных, но несколько меньших по масштабу), дабы раз и навсегда закрепить за собой и Соединенными Штатами место лидера ИТ-технологий.

К перспективам собственно OpenAI как флагмана информационных технологий мы еще вернемся. А пока посмотрим, почему планы Альтмана вызвали скептические усмешки у представителей атомной отрасли.

Итак, согласно озвученным планам и срокам, за четыре года надо спроектировать и построить самую мощную АЭС в США, использующую не обычные реакторы, а маленькие модульные, которые вроде как легче в эксплуатации. Ради этого Microsoft и OpenAI вкладывают немалые средства в ядерные стартапы по типу Oklo и NuScale, а также инвестируют в разработку реактора термоядерного синтеза.

Но в настоящее время малые модульные реакторы существуют лишь на бумаге, а реактор термоядерного синтеза и вовсе лишь в теории. И за указанный срок, в самом оптимистичном сценарии, учитывая все необходимые протоколы и процедуры для новых технологических решений в области АЭС, разработчики модульных реакторов в лучшем случае успеют подготовить необходимую документацию для получения разрешения на строительство. Если очень повезет. Потому что в любой новой технологии при переходе к внедрению могут проявиться непредвиденные изъяны и проблемы.

Но даже если инвесторы решат строить АЭС по обкатанным ранее технологиям, это не снимает других проблем. Например, с топливом. Сегодня треть топлива Америка импортирует из России (санкциями в этой области даже не пугают), а остальной рынок поделили между собой несколько компаний, каждая из которых сделала свои топливные элементы незаменяемыми. И это не раз приводило к проблемам у АЭС при смене поставщика (особенно и покупателей из других стран – вспомним историю с Фукусимой). Так что, обеспечение топливом, да еще и не одной АЭС, а целой сети (напомню, в перспективе Microsoft и OpenAI хотят построитьь несколько аналогичных дата-центров) – само по себе непростая задача.

Далее – строительство. В принципе, оно (со всеми подготовительными и разрешительными процедурами) занимает лет пятнадцать. Могут ли в Штатах ускориться, если инвестиции будут щедрыми, вопрос спорный. За последние тридцать лет американские атомщики построили один новый энергоблок у себя и пять за рубежом. Причем, у заказчиков были постоянные технические проблемы на этих объектах. Китайцы, от души намучавшись, просто доработали построенную американцами станцию сами и после этого за заказами к ним не обращались. Согласитесь, это не очень похоже на могучую отрасль, которая сможет построить мощную АЭС в три раза быстрее обычного, были бы деньги. Скорее, такие темпы приведут к появлению новой «зоны отчуждения», но уже в американской пустыне.

В этом отношении больше опыта у Росатома, и в плане строительства АЭС по миру, и в плане разработки малых реакторов (для нужд Арктики). Но очевидно, что обратиться к российской госкорпорации американские ИТ-гиганты не могут по политическим причинам. Да и вряд ли наши атомщики взялись бы за заведомо невыполнимую задачу.

Кстати, кроме собственно АЭС есть и еще одна проблема в энергоснабжении будущего суперкомпьютера. Невозможно дата-центр подключить напрямую к нескольким тысячам вольт, производимых станцией, без постепенного понижения напряжения до 0.6 вольт, которые запитают миллионы чипов внутри него. Нужен сложный комплекс понижающих трансформаторов, которых тоже нет, в том числе, в проекте. На это слабое звено недавно обратил внимание Илон Маск, а он, что ни говори, знает толк в больших проектах.

Но вопросы у экспертов возникли не только к энергоснабжению для StarGate, но и по поводу перспектив и проблем, связанных с большими языковыми моделями. Последни два-три года мы переживаем настоящий бум в этой области, Nvidia заявляет о продаже чипов для различных разработчиков на сумму в 50 млрд долларов, а они на рынке не единственные. Они создают самые разные нейросети, генерирующие картинки, видео, тексты, даже музыку. А знаете, какую прибыль показали эти ИТ-компании? Пока что – три миллиарда долларов. В обычном бизнесе это назвали бы провалом, «айтишники» говорят о больших перспективах и необходимости привлечения еще больших инвестиций. Ранее похожую бизнес-стратегию демонстрировал, к слову, Мавроди.

Но может, скептики зря грешат на необоснованный оптимизм разработчиков и все будет, надо только подождать? Вот только, откуда ждать этих громадных прибылей. Самое близкое к чему подошёл GPT и ему подобные – помощник для кодинга (Copilot от GitHub). Мало того, что рынок таких помощников весьма ограничен, на нем действуют бесплатные специализированные языковые модели (CodeLLama, Qwen и др.), которые работают ничуть не хуже, а в некоторых вопросах даже лучше. У нейросетей, генерирующих картинки, абсолютно та же история. Кто будет оформлять подписку на MidJourney при наличии как бесплатного Stable Diffusion, так и возможности бесконечно оформлять пробный период с разных аккаунтов. В результате, приходится признать, что за два года не была найдена достойная финансовая модель для монетизации нейросетей.

Зато выяснилось, что результат их работы ненадежный. Нейросети ошибаются в деталях на рисунках, придумывают несуществующие в реальности источники информации для якобы аналитических текстов и так далее. Это породило дискуссию о доверительном искусственном интеллекте, в которую активно вовлечены и ученые Академгородка. Действительно, как мы можем доверить нейросети обработку снимков МРТ у реального пациента или мониторинг состояния фундамента здания, если нет уверенности, что она не «выдумает» часть информации для более убедительного обоснования результата? На сегодня нет надежного способа научить нейросеть честности и ответственности (да и гуманности), и это остается одним из главных барьеров для внедрения. Сможет решить ее строительство гигантского дата-центра в американской пустыне? Вряд ли.

Но все развитие ИТ-индустрии в этой области строится как раз на почти религиозной вере в то, что эти проблемы как-то сами собой разрешатся. Да-да, надо только подождать. А пока построить мега-дата-центр, которому нет аналогов на планете. А лучше, десять центров и все будет прекрасно, всем все будет «в кайф» и нам совсем не надо будет умирать.

В Библии не сказано, что стало с инвесторами Вавилонского столпотворения, но куда делись капиталы вкладчиков финансовых пирамид конца прошлого и начала этого века мы прекрасно помним. И есть такое ощущение, что с пустынными дата-центрами тоже не «взлетит», а нейросети, пережив некий бум, превратятся в очередной инструмент, со своими «плюсами» и ограничениями. Ведь не ждем же мы чудес от соцсетей или смартфонов.

Сергей Исаев

Миниатюрные метеокомплексы для беспилотных летательных аппаратов, позволяющие получать данные о метеорологических и турбулентных характеристиках пограничного слоя атмосферы, разрабатывают специалисты Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (Томск). 

«Исследование метеорологического состояния атмосферы необходимо для разработки новых, более точных глобальных моделей атмосферы, которые используются при составлении прогнозов погоды, предупреждении опасных метеорологических явлений и пр. Особое значение имеет контроль метеорологических и турбулентных параметров в пограничном слое атмосферы на высотах от ста до десяти тысяч метров», — говорит главный научный сотрудник ИМКЭС СО РАН доктор технических наук Владимир Александрович Корольков. 

Ранее подобные данные можно было получить лишь с помощью дорогостоящей аппаратуры – метеорологических радиолокаторов, лидаров, содаров, одноразовых метеозондов, стационарных высотных метеовышек. Новым эффективным средством исследования метеорологических явлений в атмосфере стали миниатюрные измерительные комплексы, которые устанавливаются на платформу легкого БПЛА.

Эти измерительные комплексы позволяют снимать вертикальные и горизонтальные профили параметров ветра и температуры воздуха, влажности воздуха и атмосферного давления на высотах, ограниченных лишь техническими возможностями беспилотника (сегодня это 5—6 тысяч метров и более). Отдельные аппараты позволяют измерять и турбулентность атмосферы.

С другой стороны, взрывное развитие беспилотных авиационных систем поставило перед учеными и инженерами практическую задачу обеспечения безопасности полетов беспилотников, которые больше, чем «большая» авиация, зависят от состояния атмосферы.

В ИМКЭС СО РАН накоплен значительный опыт по созданию мобильных и стационарных метеокомплексов различного назначения, но нельзя просто взять и поставить их на беспилотники. Для этого пришлось создавать специальные модификации с уменьшенным весом и энергопотреблением, разрабатывать новую конструкцию, исключающую влияние несущих винтов БПЛА на измерительную аппаратуру, а также создавать методики измерений, учитывающие скорость перемещения в воздухе самой метеостанции.

Эти исследования проводятся в ИМКЭС СО РАН в рамках госзадания и при поддержке Российского научного фонда. Индустриальным партнером института в разработке беспилотных летательных метеокомплексов выступает инновационная компания «Сибаналитприбор», которая разрабатывает и изготавливает опытные образцы измерительной аппаратуры.

Напомним, Томск стал одним из пилотных регионов, участвующих в Национальном проекте «Беспилотные авиационные системы». В рамках нацпроекта в Томском академгородке планируется создать Центр производства и испытаний беспилотных летательных аппаратов. ИМКЭС СО РАН и «Сибаналитприбор» являются активными участниками этого проекта по направлению «Обеспечение эффективности и комплексной безопасности эксплуатации беспилотного воздушного судна в общем воздушном пространстве», им предстоит разработать комплексную систему мониторинга и прогнозирования метеорологической ситуации в зоне полетов.

Ольга Булгакова, ТНЦ СО РАН

Научные сотрудники ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» Физического факультета НГУ совместно со своими коллегами из Уральского федерального университета им. первого Президента России Б.Н. Ельцина и Института промышленной экологии Уральского отделения РАН изучают уровень содержания С14 в годичных кольцах деревьев в районе расположения объектов использования атомной энергии. Уральские ученые занимаются отбором проб на прилегающих к атомным электростанциям территориях, а исследователи из НГУ готовят пробы и проводят радиоуглеродный анализ предоставленных образцов на ускорительном масс-спектрометре.

Научное сотрудничество началось в 2020 году, когда аспирантом Уральского федерального университета Евгением Назаровым в ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» были направлены образцы растений, отобранных в окрестностях Белорусской атомной станции в предэксплуатационный период. Необходимость в этих исследованиях возникла для определения фоновых показателей содержания С14 в объектах окружающей среды на данной территории.

С14 – один из природных радиоактивных изотопов. Образуется в верхних слоях тропосферы и стратосфере в результате поглощения атомами азота-14 тепловых нейтронов, которые в свою очередь являются результатом взаимодействия космических лучей и вещества атмосферы. В ХХ веке основным антропогенным источником 14C были испытания ядерного оружия в период с 1945 по 1980 гг. В настоящее время основными антропогенными источниками данного радионуклида являются ядерные реакторы и заводы по переработке облученного топлива.

Продолжением совместной работы новосибирских и уральских ученых стало исследование содержания С14 в годичных кольцах сосен, произрастающих в районе Белоярской АЭС и Института реакторных материалов (г. Заречный, Свердловская область), расположенных на одной промышленной площадке.

– Место отбора проб, расположенное в 1200 метрах в восточном направлении от Института реакторных материалов, было выбрано нами на основании многолетних наблюдений метеорологических параметров: направления и силы ветра, облачности, выпадения осадков, атмосферного давления и т.д. На основании этих данных определили, где именно теоретически могло произойти наибольшее накопление радиоуглерода в объектах окружающей среды. Далее, рассчитав критический участок местности, на котором реализуется максимальное радиационное воздействие от выбросов ядерных реакторов, мы выбрали порядка 10 сосен в возрасте от 40 до 70 лет и отобрали пробы их древесины в виде кернов диаметром 5 мм с помощью бурава Пресслера на высоте примерно 130 см от поверхности почвы. Эти работы производились нами совместно с научными сотрудниками Института экологии растений и животных Уральского отделения РАН.  Полученные керны разделили на годичные кольца. Кольца одного возраста от десяти деревьев были объединены в одну пробу, соответствующую определенному году. Для анализа мы выбрали 15 различных проб, — рассказал младший научный сотрудник радиационной лаборатории Института промышленной экологии Уральского отделения РАН, кандидат технических наук Евгений Назаров.

Новосибирским ученым предстояло определить в этих образцах уровень содержания С14 и сравнить их с фоновыми значениями, в качестве которых использовались данные об активности этого радионуклида в годичных кольцах 113-летней сосны из Пироговского леса, расположенного вблизи НГУ в Академгородке г. Новосибирска. Данный выбор был обусловлен несколькими факторами. Во-первых, оба города – Заречный и Новосибирск, — расположены примерно на одной географической широте, а, во-вторых, Новосибирск находится на значительном расстоянии от ныне действующих и когда-либо действовавших объектов использования атомной энергии, значит, не был подвержен воздействию антропогенных источников радиоуглерода, за исключением испытаний ядерного оружия. Показатели С14 в годичных кольцах этой сосны соответствовали средним фоновым данным по северному полушарию.

– Из образцов годичных колец сосен, направленных на исследование нашими уральскими коллегами, мы химическими способами выделили целлюлозу, которую подвергли процессу графитизации. Полученные графитосодержащие мишени поместили в ускорительный масс-спектрометр и провели измерения концентрации С14. Нами был выполнен анализ содержания этого радионуклида в 30 счетных образцах (по два образца на один год), и во всех случаях мы зафиксировали превышение уровня над фоновым в полтора-два раза. И заметили, что, начиная с 2000-х годов концентрация С14 в годичных кольцах стала снижаться и почти не превышала фоновый уровень. Мы связываем данный факт с совершенствованием оборудования и установкой реакторов дожига на атомных электростанциях, — объяснила директор ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» Екатерина Пархомчук.

Аналогичное исследование было проведено на образцах, взятых в окрестностях Курской атомной электростанции (г. Курчатов, Курская область), в результате чего были получены аналогичные результаты.

– Получая информацию о содержании С14 в каждом годичном кольце, мы с учетом поправки на его фоновое содержание вычислили разницу между техногенной и фоновой составляющей. На наш взгляд, она обусловлена работой атомной станции или объекта использования атомной энергии. Используя эти данные, мы смогли рассчитать примерное количество С14, которое поступало в окружающую среду ежегодно за время их эксплуатации, а также оценить годовые эффективные дозы на население, начиная с 70-80-х годов прошлого века. Эти расчеты показывают, что влияние С14 незначительно. Тем не менее, полученные данные позволяют оценить это воздействие от выброса радионуклида вследствие прошедшей эксплуатации предприятий атомной отрасли. Особенно это актуально для объектов, которые были выведены из эксплуатации до ввода обязательного мониторинга С14 в выбросах АЭС России менее 10 лет назад. Благодаря этой информации мы можем оценить количество С14, которое поступило в окружающую среду в результате эксплуатации того или иного энергоблока и в целом предприятия на всем его жизненном цикле. Метод УМС позволяет выполнить подобные исследования и мы впервые в нашей стране получили такие уникальные данные, — сказал Евгений Назаров.

По результатам данных исследований учеными опубликован ряд статей в нескольких научных изданиях. Совместная работа новосибирских и уральских ученых продолжается. Радиационной лабораторией Института промышленной экологии Уральского отделения РАН в ЦКП «Ускорительная масс-спектрометрия НГУ-ННЦ» направлены образцы годичных колец, отобранных с территорий, прилегающих к Билибинской атомной электростанции (г. Билибино, Чукотский автономный округ). Ученые намерены дать ретроспективную оценку выбросов С14 данной электростанцией.

– Эксплуатация любой атомной станции приводит к поступлению радионуклидов в окружающую среду. Полностью избежать этого невозможно, однако с помощью различных фильтров и систем очистки удается минимизировать выбросы радионуклидов. Важно уточнить, что пробы были взяты в критических точках, где население постоянно не проживает. Кроме того, С-14 является вторым по значимости (после калия-40) источником неустранимой собственной радиоактивности человеческого организма. Известно, что общая внутренняя радиоактивность в теле человека в 5 раз больше радиоактивности от содержащегося в нем радиоуглерода, а внешняя радиоактивность еще в несколько раз выше, поэтому двукратное превышение фоновых показателей радиоуглерода в окружающей среде не несет и, как показал опыт прошлого века, не принесло для человека негативных последствий, - пояснила Екатерина Пархомчук.

Описанное исследование, позволяющее ретроспективно провести оценку радиационного воздействия атомных реакторов на объекты биосферы, на территории России проведено впервые и стало возможным только благодаря развитию УМС в Новосибирске. Большой потенциал метода УМС кроется в возможности анализа целого ряда редких изотопов, не только радиоуглерода, но и Be-10, Al-26, I-129 и других, который невозможен никакими другими методами и дающий уникальную информацию. Остается надеяться на то, что российские комплексы ускорительной масс-спектрометрии продолжат свое развитие и будут востребованы для широкого круга фундаментальных и прикладных задач.  

Пресс-служба Новосибирского государственного университета

В рамках программы развития генетических технологий (национальный проект «Наука и университеты») на базе Отделения «Курчатовский геномный центр ИЦиГ СО РАН» в 2020 году создан Центр коллективного пользования в области клеточных технологий и геномного редактирования растений (ЦКП КТиГР).

Основные направления работы ЦКП КТиГР – ускорение и повышение эффективности процесса селекции сельскохозяйственных растений, разработка новых молекулярных маркеров для хозяйственно-ценных признаков зерновых и зернобобовых культур и получение сортов с заданными свойствами. В настоящее время в центре работают с такими культурами как яровая и озимая пшеница, ячмень, соя, картофель.

Для сокращения сроков создания сортов сельскохозяйственных растений ученые ИЦиГ СО РАН привлекают молекулярные маркеры и используют современные биотехнологические подходы для быстрого отбора нужных образцов; создают линии пшеницы и ячменя, улучшенные по комплексу признаков, в том числе адаптивные к суровым сибирским условиям.

В настоящий момент созданные по ускоренной технологии линии яровой мягкой пшеницы и ячменя проходят испытания в селекционных питомниках, для отбора лучших вариантов по хозяйственно-ценным признакам. Кроме того, в центре проводятся работы по получению пшеницы с высоким содержанием цинка и железа, регулярно проводится анализ содержания 13 микро- и макроэлементов в зерне пшеницы у селекционных и коллекционных образцов мягкой м твердой пшеницы; выявлены новые генетические локусы, ассоциированные с содержанием в зерне железа, марганца и кальция, созданы генетические модели селекции пшеницы на повышенное содержание 7 микро- и макроэлементов.

Важнейшим направлением деятельности ЦКП КТиГР является получение генетических линий растений методом геномного редактирования на основе системы CRISPR/Cas. Этим методом получены линии картофеля, не накапливающего сахаров при хранении при низких температурах; пленчатые отечественные сорта ячменя переведены в голозерные формы и получены линии мягкой пшеницы, с ускоренным колошением. Картофель, не накапливающий сахаров при хранении на холоде и не чернеющий при приготовлении чипсов, востребован пищевой промышленностью, а использование голозерного ячменя вместо пленчатого может снизить затраты на технологическую обработку зерна и сохранить больше ценных питательных веществ, часть которых обычно теряется при шелушении.

Центр оснащен высокотехнологическим оборудованием. Генная пушка обеспечивает доставку генов, ДНК, РНК и белков в клетки растений. Установлен комплект спектрального оборудования, включая атомно-абсорбционный спектрометр Analytik Jena ContrAA 800 D и систему микроволновой пробоподготовки последнего поколения Milestone Ethos Easy, позволяющими определять содержание 70 микро- и макроэлементов в растительных тканях различного происхождения. В центре имеется также набор климатических камер для выращивания растений, способных поддерживать стабильные микроклиматические условия и позволяющих моделировать различные спектры освещения. Инфраструктура и современная материальная база ЦКП позволяют проводить полный цикл работ по генетической трансформации и регенерации из культуры ткани in vitro до получения взрослых растений различных сельскохозяйственных культур, выращивание которых требует разных условий освещения, влажности и температуры.

Помимо основных направлений работ, оборудование и помещения ЦКП используются для проведения курсов повышения квалификации с целью подготовки высококвалифицированных кадров в области биотехнологий в селекции растений.

Услуги ЦКП КТиГР настолько востребованы, что работы расписываются заранее, обычно на год вперед.

Пресс-служба Института цитологии и генетики СО РАН

Похоже на то, что в научном мире назревают серьезные дебаты с далеко идущими последствиями. Появилась теория, способная – в случае своего удачного продвижения – подорвать идеологическое основание проводимой ныне глобальной климатической политики. Более того, способная доказать бессмысленность и бесперспективность борьбы с ископаемым топливом ради снижения углеродных выбросов. Углеродные выбросы, объявят нам, совсем не причем. Не они, а куда более глубокие (в буквальном смысле) силы влияют на изменение глобальной температуры.

Речь идет о «плитной» климатологии (Plate climatology), которая впервые была официально представлена в октябре 2014 года, во время поведения итогов десятилетних геологических исследований Американского метеорологического общества. В 2016 году о ней было публично заявлено на ежегодной конференции того же Американского метеорологического общества в Новом Орлеане, штат Луизиана.

В чем суть этой теории и какое влияние она может оказать на наше понимание физических причин климатических изменений?

Дело в том, что долгие годы климатологи, образно говоря, смотрели наверх – на Солнце, исследуя при этом температуру земной атмосферы. Поскольку основным источником энергии считалось наше небесное светило, то оставалось выяснить энергетический баланс, то есть установить, сколько тепла приходит на Землю и сколько его остается в атмосфере. На определенном этапе выяснилось, что тепла в атмосфере стало сохраняться чуть-чуть больше, чем было раньше, и тенденция эта принимает долгосрочный характер. Так и возникло учение о глобальном потеплении.

Разумеется, в контексте «атмосферной» парадигмы изменение температуры поверхности океана и таяние полярных ледников также связали с влиянием атмосферного тепла. Оставалось выяснить, отчего это вдруг тепла становилось всё больше и больше. Тут-то и пришла на ум идея парниковых газов, ответственных за рост глобальной температуры. На роль главного виновника парникового эффекта был определен углекислый газ, чье избыточное количество в силу массового сжигания ископаемого топлива, начиная где-то с 1880 года, и привело к указанным процессам потепления. Эту идею затем приняли на вооружения политики, заявив о необходимости спасения планеты через поэтапный отказ от ископаемого топлива и переход на возобновляемые источники энергии.

Так вот, создатели «плитной» климатологии пошли принципиально другим путем. Вместо того чтобы смотреть наверх, они, наоборот, решили внимательно приглядеться к тому, что находится внизу. Как мы знаем еще из школьных уроков, земные недра таят гигантское количество энергии. Часть этой энергии прорывается наружу в результате вулканической активности, различных гидротермальных и геотермальных процессов и так далее. Когда такие процессы активизируются в глубинах океанов, они-то и приводят к потеплению воды и даже к таянию полярных льдов. В этом плане изменение температуры океанских вод может находиться в прямой зависимости от глубинного земного тепла. И уже через воду это тепло передается атмосфере. То есть прямое влияние на климат идет здесь «снизу-вверх». Кроме того, есть и опосредованное влияние, когда вследствие вулканической активности в атмосферу попадает огромное количество серы, водяного пара, метана или того же углекислого газа.

Как утверждают создатели «плитной» теории, на протяжении многих лет климатологи не учитывали указанные факторы в силу того, что не располагали весомым объемом данных относительно того, какие процессы происходят на дне океанов. Если земная атмосфера была изучена досконально, то океанское дно не изучено даже на четверть. А ведь Мировой океан покрывает более 70% поверхности планеты. И там, на дне океана, происходят бурные и пока еще мало изученные процессы, сопровождающиеся выделением тепла. Здравый смысл, считают ученые, подталкивает нас к тому, чтобы считаться с этими факторами, способными очень сильно влиять на общую климатическую ситуацию. Поэтому пересмотр наших взглядов относительно физических причин климатических изменений неизбежен. По сути, новая теория исследует и объясняет всю совокупность связей между геологией и климатом, и такой подход считается более сбалансированным.

Впрочем, сторонники антропогенного влияния на климат пытаются отрицать роль гидротермальных и тому подобных факторов.  Так, бывший ученый NASA Рой Спенсер в своей недавней статье попытался доказать, что фиксируемое климатологами потепление поверхности океана идет сверху вниз (то есть от атмосферы), а не снизу вверх. Стало быть, гидротермальные источники не могут оказать на климат сколь-нибудь заметного влияния. Таким образом, глобальное потепление происходит совершенно независимо от того, что творится на дне океанов.

Статья, разумеется, не осталась без ответа. Как заявляют сторонники «плитной» теории, существует огромное количество достоверной научной информации, доказывающей, что потепление океанов связано с выбросом перегретых жидкостей и газов из десяти миллионов геологических объектов океанского дна. И деятельность человека здесь совершенно не при чем. Почему мы до сих пор игнорируем эти скрытые геологические силы? В первую очередь потому, что в течение многих лет ученые по привычке включают все данные наблюдений в атмосферный контекст. Как бы ни менялась тенденция, связанная с климатом, ее в любом случае будут интерпретировать сквозь призму атмосферных процессов. На то есть и объективные причины, поскольку, как уже было сказано выше, атмосфера изучена детально, чего не скажешь об океанских глубинах. Здесь еще предстоит провести тщательный мониторинг, на что уйдет немало времени и средств.

Так, в настоящее время во всех океанах находится порядка 3 500 буев для измерения температуры воды и ее солености. Эти буи могут опускаться на глубине не более   1 800 метров, тогда как средняя глубина океана составляет 4 260 метров.  Стало быть, у нас пока что нет возможности детально зафиксировать динамику геологических процессов на океаническом дне. Да и само количество буев недостаточно для того, чтобы построить трехмерную карту температуры и солености океана в высоком разрешении. То есть нам нужно иметь огромное количество буев, способных погружаться на глубину более четырех километров.

Чтобы показать важность исследований в указанном направлении, нам предлагают новую интерпретацию такого явления, как Эль-Ниньо. Данное явление, связанное с нагреванием воды в Тихом океане, всегда возникает в одном и том же районе с высокой геологической активностью на дне океана, где сосредоточены сотни вулканов и огромное количество гидротермальных источников.  Формы поверхности Эль-Ниньо вытянутые, линейные и конусообразные, а их строго фиксированные границы указывают на то, что источник энергии здесь неподвижный и очень мощный. По словам ученых, количество энергии, способной вызвать потепление воды, здесь просто зашкаливает. Атмосфера вряд ли располагает такой энергией, чтобы вызвать данное явление. Нагретая вода порождает всплески тепла, не теряющие своей четкости среди окружающей их воды, пока этот теплый поток не достигнет западного побережья Южной Америки. Всё это, считают сторонники «плитной» теории, опровергает недавние утверждения доктора Спенсера, будто гидротермальные источники не оказывают влияния на потепление океана. Возможно, он просто не учел реальное количество гидротермальных жерл.  

Чтобы осознать реальную картину того, что происходит на дне океанов, в 2017 году инициирован проект картографирования океанического дна в высоком разрешении. На данный момент мы имеем подробную картину для 19% дна океана. После того, как будет составлена вся картина, перед нами выступит полная сеть не учтенных ранее геологических объектов, являющихся источником тепла. Такие объекты в большом количестве обнаруживаются уже в наши дни, и потому в скором времени, по мере составления подробной карты, игнорировать данный фактор будет просто невозможно. Поэтому, считают сторонники «плитной» теории, пересмотр наших представлений о причинах климатических изменений станет неизбежным следствием развития геологических наук.

Причем, нельзя сказать, что будут отброшены прежние наработки в области климатологии. Нет, скорее всего, предыдущие знания будут дополнены новыми знаниями, а значит, наше представление о климате станет более глубоким.

Николай Нестеров

Учёные Института физики полупроводников им А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН) разработали прототипы мемристоров (элементов памяти) для матриц энергонезависимой памяти большого объёма, определили каким должен быть состав активных слоёв, чтобы получать мемристоры с лучшими характеристиками и предложили неразрушающий метод контроля состава слоев во время их синтеза.

Компьютерная память нового типа — универсальная — может совмещать в себе энергонезависимость, как флэш-память или жёсткий диск, высокую скорость работы, характерную для оперативной памяти и большой информационный объём. Один из лучших кандидатов на роль универсальной памяти — резистивная ReRAM, в которой данные записываются за счёт изменения электрического сопротивления. Разработкой универсальной памяти занимаются крупнейшие технологические центры мира.

Элемент ReRAM — мемристор — представляет собой структуру металл-диэлектрик-металл, в которой тонкий слой диэлектрика обратимо меняет сопротивление, при подаче переключающего импульса напряжения – из-за образования и рассасывания в нем тонкого проводящего канала (филамента). В качестве таких диэлектриков, в частности, используются обеднённые кислородом оксиды металлов — тантала, циркония и гафния. Особенность оксидов в нестехиометрическом составе — соотношение между атомами металла и кислорода не выражается простыми целыми числами. Например, HfO_1.42— нестехиометрический оксид.

Молодые учёные ИФП СО РАН создали мемристоры на основе всех вышеперечисленных оксидов и исследовали свойства элементов памяти. Благодаря широкому использованию этих оксидных соединений в кремниевой технологии, мемристоры на их основе не потребуют больших затрат при внедрении. Кроме того, на основе нестехиометрических оксидов тантала возможно создание многоуровневых устройств памяти. Подробные результаты работ изложены в диссертациях на соискание степеней кандидата наук. Соискателями стали сотрудники ИФП СО РАН — Алина Константиновна Герасимова и Виталий Александрович Воронковский. Исследования велись в рамках крупного научного проекта «Квантовые структуры для посткремниевой электроники».

Достижения молодых учёных и их коллег применимы при разработке промышленных образцов резистивной памяти.

Материал для мемристоров с оптимальными характеристиками

Алина Герасимова выяснила взаимосвязь условий роста и химического состава, оптических и электрических свойств плёнок нестехиометрических оксидов гафния, циркония и тантала. Результаты её работы могут быть полезны при создании технологических маршрутов изготовления элементов резистивной памяти и перспективной оксидной электроники — альтернативы полупроводниковой.

Для синтеза образцов учёные использовали метод ионно-лучевого распыления-осаждения. Он сравнительно легко позволяет получать тонкие плёнки оксидов, обеднённые кислородом.

«Мы установили, что плёнки оксидов металлов (гафния, циркония) нестехиометрического состава, полученные методом ионно-лучевого распыления-осаждения, состоят из трёх компонентов: металла, предельного оксида (HfO₂/ZrO₂) и субоксида определённого состава (Hf₄O₇ или Zr₄O₇). В плёнках оксида тантала нестехиометрического состава тоже три компонента, но субоксиды TaO_y могут быть разного состава, в отличие от оксидов гафния и циркония. Оказалось, что мемристоры с лучшими характеристиками — не требующие операции формовки, что упрощает технологию их производства, без существенного уменьшения “окна памяти” и быстродействия — получаются при максимальной концентрации субоксида. В перспективе это можно использовать при составлении технологических маршрутов», — рассказала младший научный сотрудник лаборатории физической химии поверхности полупроводников и систем полупроводник-диэлектрик ИФП СО РАН кандидат физико-математических наук Алина Константиновна Герасимова.

Кроме того, исследовательница предложила способ неразрушающего контроля состава плёнок нестехиометрических оксидов во время роста — с помощью эллипсометрии — оптического метода, использующего эффект изменения поляризации света при его отражении от объектов. Такой подход менее трудоёмок, чем традиционно применяемый — рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

Состав пленок, в данном случае, соотношение атомов кислорода к атомам металла — влияет на проводимость пленок, а значит и на характеристики резистивной памяти.

«Мы получили зависимость показателя преломления от состава плёнок (отклонения от стехиометрии) для нестехиометрических оксидов гафния и циркония. Зависимость линейна, и у нее есть важное практическое значение: она позволяет определять состав синтезированных слоёв оптическими методами без использования сложного метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии», — пояснила А. Герасимова

Эллипсометры — приборы для высокоточного контроля свойств тонких плёнок и структур — разработаны и произведены в ИФП СО РАН.

Высокоэффективные прототипы мемристоров

Младший научный сотрудник молодёжной лаборатории нанотехнологий и наноматериалов ИФП СО РАН, кандидат физико-математических наук Виталий Воронковский вместе с коллегами определил составы слоёв оксидов гафния и циркония, подходящие для создания мемристоров.  А также составы, при которых такие мемристоры не требуют формовки, что в перспективе позволит создавать матрицы памяти большого объёма. Формовка — это первое «включение» мемристора, как правило, с подачей более высокого напряжения, чем требуется при последующих переключениях. При формовке образуется филамент — проводящий канал.

«Используя для синтеза оксидов ионно-лучевое распыление-осаждение с разным парциальным давлением кислорода, мы получили образцы, отличающиеся по составу. В ходе экспериментов установили, что часть полученных структур демонстрировала эффект резистивного переключения. А при сильном обеднении кислородом удалось создать бесформовочные мемристоры. Это важно, поскольку такие мемристоры значительно облегчают разработку матриц памяти высокой информационной емкости» — рассказал ученый.

Также работа ученых позволила добиться стабильности характеристик мемристоров, а в 2022 году на данную разработку получен патент.

Резистивные переключения в мемристоре происходят благодаря образованию филамента. Но его зарождение и формирование происходит в случайном месте, обусловленном разными факторами, поэтому могут возникать несколько конкурирующих филаментов в одном и том же мемристоре. В результате появляется большой разброс напряжений резистивных переключений и сопротивлений от одного цикла переключения к другому, что снижает устойчивость переключений и, как следствие, уменьшает привлекательность мемристоров для использования в качестве ячеек памяти.

Учёные показали, что, если «посветить» электронным лучом на оксидный слой мемристора в области, сопоставимой с размерами поперечного сечения филамента, можно добиться возникновения проводящего канала в области действия луча.

«При воздействии электронного луча формировалась “затравка” филамента в диэлектрике. Напряжения формовки и резистивных переключений в таких мемристорах были значительно меньше, чем у мемристоров, полученных без воздействия электронного луча, что позволило исключить появление дополнительных проводящих каналов в других областях диэлектрика. В результате мемристоры демонстрируют кратное снижение разброса напряжений резистивного переключения и сопротивлений по сравнению с мемристорами без локального электронно-лучевого воздействия», — отметил В. Воронковский.

«Можно спроектировать электронно-лучевую систему, которая будет одновременно облучать матрицы мемристоров, чтобы сократить время, нужное для создания затравок», — добавил учёный.

В дальнейшем молодые ученые продолжать работать с нестехиометрическими оксидами. В частности, в их планах исследование нестехиометрического оксида титана, разработка на его основе композитного материала, чувствительного к терагерцовому излучению и создание матриц для болометров — приемников излучения.

Пресс-служба ИФП СО РАН

Фото Надежды Дмитриевой

Как мы знаем, за энергетический переход в нашей стране активно боролся спецпредставитель президента РФ по вопросам устойчивого развития Анатолий Чубайс. Он пытался убедить общественность в том, что иного выбора у нас нет, что весь мир движется к низкоуглеродной экономической модели, стало быть, вопрос энергетического перехода является решенным, и добавить тут нечего.

Спустя полтора года с момента отбытия господина Чубайса за границу тему энергетического перехода у нас попытались осмыслить на более высоком качественном уровне. В конце января появилась развернутая аналитическая публикация «Сценарии энергоперехода в России: эффекты в макроэкономической модели общего равновесия с рациональными ожиданиями». Работа была написана сотрудниками департамента исследования и прогнозирования Банка России Михаилом Андреевым и Аленой Нелюбиной.

Авторы исходят из тех же самых посылок, на основе которых обосновывается энергетический переход в развитых странах. Энергетический переход трактуется ими как процесс трансформации «коричневой» энергетики, опирающейся на ископаемое топливо, в «зеленую» энергетику, использующую возобновляемые источники энергии. То есть речь идет о процессе декарбонизации, призванной-де снизить углеродные выбросы в мировом масштабе с целью предотвращения роста глобальной температуры на 1,5 градуса Цельсия в сравнении с доиндустриальным уровнем. Это процесс, указывают авторы, захватит все страны без исключения, включая и те, которые не заинтересованы в декарбонизации. Сюда включаются страны, получающие материальную выгоду от продажи ископаемого топлива или те страны, для которых глобальное потепление несет некоторые блага.

В свете сказанного исследователи оценивают последствия энергетического перехода как раз для страны, богатой углеводородами. Как мы понимаем, речь идет о России. Нетрудно догадаться, что российская экономика, ориентированная на экспорт нефти, газа и угля, да к тому же, испытывающая проблемы не из-за высоких, и из-за низких температур, не ставит свое процветание в прямую зависимость от декарбонизации. По большому счету, для нас «зеленый» энергопереход может быть только вынужденным. Вопрос: какие факторы могут побудить нас к такой трансформации? В чем тут наш интерес и есть ли он вообще?

Исследователи рассматривают как минимум три сценария энергетического перехода для нашей страны. Ключевым фактором в этом случае выступает климатическая политика западных стран, связанная с так называемым углеродным регулированием. В работе прямо не указывается, но это следует из сути сказанного, что основное давление на российский экспорт углеводородов будут оказывать не рыночные, а сугубо политические факторы. Например, когда импортеры ископаемого топлива повышают налоги на внутреннее производство «коричневых» энергоресурсов, что неизбежно приведет к снижению доходов экспортеров. Или, когда экспортер увеличивает налоги на внутреннюю «коричневую» энергию в целях повышения конкурентоспособности «зеленой» энергетики. Либо же экспортер инвестирует в сектор «зеленой» энергетики. В любом случае тон задает политика – хоть со стороны импортера, хоть со стороны экспортера.

Если говорить о развитии «зеленой» энергетики в России, то до каких пределов может дойти этот рост? – задаются вопросом авторы исследования. В настоящее время доля ВИЭ (конкретно – солнце и ветер) составляет в нашей стране всего 1,8 процента от всей установленной мощности. При этом фактически вырабатываемой энергии от ветряков и солнечных панелей еще меньше. Так, в 2022 году на солнце и ветер пришлось лишь 0,7% от всей выработки. Это связано с низким коэффициентом используемой мощности, характерным как раз для СЭС и ВЭС. Так, в зимнее время выработка электричества от солнечных электростанций приближается к нулю, а работа ветряков нерегулярна.

Как подчеркивают авторы, в нашей стране до сих пор нет согласия по вопросу о том, какова должна быть предельная доля ВИЭ в общем энергобалансе. Так, Минэнерго России до начала СВО на Украине прогнозировало увеличение доли «чистой» энергии к 2050 году до 12 процентов. После начала СВО эта цифра была уменьшена до 9 процентов. Здесь же приводится мнение экспертов, которые утверждают, что доля ВИЭ в 13 – 25% оказывает существенное влияние на режим работы энергосистемы, поскольку это связано с нерегулярной выработкой работы СЭС и ВЭС. Эту особенность «зеленой» энергетики учитывают и в Минэнерго, резонно замечая, что интеграция больших объемов ВИЭ потребует дополнительных мероприятий и расходов.

Показательно, что проблему осознают и в Международном энергетическом агентстве. То есть мировая борьба с глобальным потеплением (если ее вести указанным способом) не сулит никаких материальных выгод от энергетического перехода.  Авторы указанного исследования также не питают никаких иллюзий на этот счет, отмечая, что в настоящее время возобновляемые источники энергии вряд ли займут весомую долю рынка. По этой причине они останавливаются на упомянутых 25 процентах, полагая их пределом для нас. Во всяком случае, до тех пор, пока не произойдет технологического рывка. Но даже в этом случае они осознают, что по мере роста доли ВИЭ с нынешних 1,8 процентов начнет нарастать проблема стабильности выработки электроэнергии от СЭС и ВЭС. Это может привести к тому, что «коричневые» источники энергии прочно застолбят свои технологические ниши и смогут помешать энергопереходу.

В данном случае мы не будем приводить описания возможных сценариев нашего энергоперехода. Для нас куда важнее экономические последствия подобных действий (какими бы путями они ни развивались). При любом раскладе, полагают авторы, нас ждет снижение уровня… общественного благосостояния! Единственное «благо», на которое мы можем здесь рассчитывать, - это устранение угрозы глобального потепления. Подобные выводы еще раз доказывают, что энергетический переход не преследует экономических целей, подчиняясь исключительно политическим целям. По большому счету, это есть именно политический, а не экономический проект. Кроме того, снижение эффективности в системе энергоснабжения по мере роста доли ВИЭ также вызывает ряд вопросов. Фактически, даже осознавая негативные последствия декарбонизации, мы все же обсуждаем ее неизбежность для нашей страны.

По крайней мере, авторы исследования не ставят под сомнение такие перспективы: хороших последствий для экономики не предвидится, но деваться нам якобы некуда. Почему? Потому что… весь мир идет таким путем, и нам придется включаться в этот процесс. Исследователи как будто предлагают готовиться к такой неизбежности. С чисто технической точки зрения нас подводят к совершенно нелепым решениям.

Вначале расширение доли ВИЭ будет приходиться на те регионы, где с солнцем и ветром нет особых проблем. Но потом очередь дойдет и до других регионов, где эффективность использования СЭС и ВЭС будет еще ниже. Иными словами, нам уготована участь вкладывать средства себе в убыток. И деваться вроде бы некуда, поскольку, как мы сказали, этим путем «идет весь мир». Успокоить нас может только то, что так мы якобы устраняем издержи от негативных последствий климатических изменений. Других весомых аргументов в пользу увеличения доли ВИЭ мы не видим.

Какое «послание» для властей содержится в этом отчете, сказать весьма сложно. Либо авторы исследования скрыто намекает, во что нам реально обойдется «зеленый» энергопереход, либо морально готовят руководителей страны к неизбежному. Во всяком случае, призывов бороться за интересы отечественной нефтедобывающей, угольной и атомной отрасли мы в данном тексте не обнаружили.

Андрей Колосов