Созданный в России детектор терагерцового излучения для наблюдения протозвездных облаков имеет толщину меньше человеческого волоса и обязан работать при температурах около абсолютного нуля. Об этом «Газете.Ru» рассказал Андрей Худченко, и.о. главы Лаборатории терагерцовых приборов и технологий АКЦ ФИАН.
Человечество освоило почти все диапазоны электромагнитных волн, от километровых радиоволн до гамма-излучения с длиной волны менее одного нанометра. Однако долгое время в этом спектре существовал «зазор» — не удавалось сконструировать чувствительных и эффективных приборов, работающих в терагерцовом диапазоне (длина волны около миллиметра). При этом именно в миллиметровых волнах удобно наблюдать за межзвездной пылью и протозвездными облаками. Теперь специалисты Физического института Академии Наук впервые в России изготовили детектор для частоты 250 ГГц, чья чувствительность близка к теоретическому пределу. Прежде чем попасть на чувствительный элемент, радиоволны должны пройти серию вспомогательных устройств.
«Сигнал приходит извне, неважно, из лаборатории или из окна. Через специальное окно радиоволны попадают в [охлаждаемый гелием] криостат, далее системой отражающих зеркал фокусируется на рупоре. Этот рупор заводит весь сигнал в маленький металлический волновод размером 1х0,5 мм. По волноводу сигнал поступает к сверхпроводниковой микросхеме, которая и содержит детектор. Микросхема имеет размеры, сравнимые с человеческим волосом, и с помощью микрополосков [радиодеталь для передачи ЭМ-волн, — «Газета.Ru»] она перенаправляет излучение на чувствительный элемент. Он, в свою очередь, является туннельным переходом «сверхпроводник-изолятор-сверхпроводник» с размером около микрона и туннельным барьером около нанометра. Именно он фиксирует все внешнее излучение», — рассказал Андрей Худченко.
В качестве сверхпроводника в детекторе выступает ниобий, охлажденный до температуры 4 кельвина с помощью жидкого гелия. Такой холод необходим, поскольку тела с температурой выше абсолютного нуля имеют некий уровень возбуждения, который создает шумы. Поэтому чем ниже рабочая температура, тем лучше, и при дальнейшем охлаждении (даже ниже 4 градусов) качество детектора потенциально может улучшиться.
Главным образом подобный детектор необходим для создания мощных радиотелескопов, аналогичных расположенному в Чили ALMA. Такие радиотелескопы необходимы для наблюдения за межзвездной материей, в том числе для картирования распределения воды в галактике и исследования молекулярных облаков, из которых образуются звезды.
В Астрокосмическом центре Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (АКЦ ФИАН) впервые в России создан криогенный приёмник, способный детектировать радиосигналы на частотах 220-280 ГГц. Его крайне высокая квантовая чувствительность и малый уровень потерь сигналов достигаются благодаря охлаждению до сверхнизких температур. В перспективе такие приборы предполагается использовать в работе как наземных, так и космических обсерваторий миллиметрового и субмиллиметрового диапазона.
Источник фото: ФИАН
Миллиметровый диапазон длин волн очень важен для космических исследований. Химия космоса, поиск сложных органических молекул в межзвездной среде, исследования объектов ранней Вселенной и активных ядер галактик – неполный перечень областей его применения. Именно в миллиметровом диапазоне были получены изображения теней сверхмассивных черных дыр в нашей Галактике и в галактике M87. Однако сегодня космос все ещё недостаточно хорошо изучен в миллиметровом диапазоне (от 30 ГГц до 300 ГГц). Отчасти это связано со сложностью изготовления приёмных антенн и детекторов, работающих на этих длинах волн, отчасти – с малой прозрачностью атмосферы Земли в миллиметровом диапазоне. Поверхность таких антенн должна быть намного более точной по сравнению с обычным радиотелескопом. Для изготовления детекторов требуются элементы микроскопических размеров, поэтому технологически их изготовление – крайне сложная задача. Только несколько стран в мире способны изготовить миллиметровые приёмники достаточной для космических исследований чувствительности. Теперь в их число уверенно входит и Россия.
Новый российский приёмник работает на частотах 220-280 ГГц (длина волны около 1.2 мм). Для достижения сверхвысокой чувствительности его необходимо охладить до температуры кипения жидкого гелия – 4К. Благодаря столь низким температурам элементы микросхемы прибора, изготовленные из ниобия, переходят в сверхпроводящее состояние. Именно сверхпроводимость и делает параметры нового детектора уникальными. Она позволяет достичь квантовой чувствительности детектора и малых потерь сигналов в соединительных линиях.
«Стандартная полупроводниковая электроника ограничена по скорости и неэффективна для приема очень слабых терагерцовых сигналов, – пояснил руководитель Лаборатории терагерцовых приборов и технологий АКЦ ФИАН Андрей Худченко. – Поэтому наш новый приёмник работает по гетеродинному принципу. Суть его в том, что измеряемый высокочастотный сигнал сравнивается с сигналом опорного генератора на чувствительном сверхпроводниковом элементе. Результат этого сравнения выпадает на низкие частоты порядка 1 ГГц и без потери качества обрабатывается стандартной электроникой. Более того, гетеродинные приёмники позволяют сохранять информацию как об амплитуде, так и о фазе сигнала. А значит, из телескопов, оснащенных такими приемниками, можно создать интерферометр».
У детекторов этого типа есть ещё одна полезная особенность. Они обладают сверхвысоким частотным разрешением, что чрезвычайно ценно для космических исследований в миллиметровом диапазоне. Ведь именно здесь сосредоточено колоссальное количество узких спектральных линий, создаваемых сложными молекулами. Эти линии дают уникальную информацию о химическом составе, кинематике и физических параметрах межзвёздной среды.
Созданный в Астрокосмическом центре ФИАН прибор – самый чувствительный приемник высокого разрешения в своём диапазоне частот на сегодняшний день в нашей стране. Эта разработка стала возможна в результате плодотворного сотрудничества ИРЭ РАН и АКЦ. Все компоненты смесителя, «сердца приемника», изготовлены в России и соединены в работающий прибор в АКЦ.
Сейчас Лаборатория терагерцовых приборов и технологий продолжает работу по оптимизации приёмника и улучшению его базовых характеристик. В частности, в ближайшее время планируется кратно улучшить его чувствительность за счёт оптимизации параметров туннельных сверхпроводящих наноструктур и конструкции. Также ведется работа по созданию более сложной и продвинутой модификации приемника – детектора с разделением боковых полос. Эта версия прибора станет идеальным вариантом для использования как на борту космической обсерватории Миллиметрон, так и на наземных радиоастрономических телескопах.
Информация и фото предоставлены отделом по связям с общественностью ФИАН
В Астрокосмическом центре Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (АКЦ ФИАН) впервые в России создан криогенный приёмник, способный детектировать радиосигналы на частотах 220–280 ГГц. Его крайне высокая квантовая чувствительность и малый уровень потерь сигналов достигаются благодаря охлаждению до сверхнизких температур. В перспективе такие приборы предполагается использовать в работе как наземных, так и космических обсерваторий миллиметрового и субмиллиметрового диапазона.
Криогенная часть приёмника. Источник: отдел по связям с общественностью ФИАН.
Миллиметровый диапазон длин волн очень важен для космических исследований. Химия космоса, поиск сложных органических молекул в межзвездной среде, исследования объектов ранней Вселенной и активных ядер галактик, – неполный перечень областей его применения. Именно в миллиметровом диапазоне были получены изображения теней сверхмассивных черных дыр в нашей Галактике и в галактике M87. Однако сегодня космос все ещё недостаточно хорошо изучен в миллиметровом диапазоне (от 30 ГГц до 300 ГГц). Отчасти это связано со сложностью изготовления приёмных антенн и детекторов, работающих на этих длинах волн, отчасти – с малой прозрачностью атмосферы Земли в миллиметровом диапазоне. Поверхность таких антенн должна быть намного более точной по сравнению с обычным радиотелескопом. Для изготовления детекторов требуются элементы микроскопических размеров, поэтому технологически их изготовление – крайне сложная задача. Только несколько стран в мире способны изготовить миллиметровые приёмники достаточной для космических исследований чувствительности. Теперь в их число уверенно входит и Россия.
Криогенная часть приёмника. Источник: отдел по связям с общественностью ФИАН.
Новый российский приёмник работает на частотах 220-280 ГГц (длина волны около 1,2 мм). Для достижения сверхвысокой чувствительности его необходимо охладить до температуры кипения жидкого гелия – 4К. Благодаря столь низким температурам элементы микросхемы прибора, изготовленные из ниобия, переходят в сверхпроводящее состояние. Именно сверхпроводимость и делает параметры нового детектора уникальными. Она позволяет достичь квантовой чувствительности детектора и малых потерь сигналов в соединительных линиях.
«Стандартная полупроводниковая электроника ограничена по скорости и неэффективна для приема очень слабых терагерцовых сигналов», – пояснил руководитель Лаборатории терагерцовых приборов и технологий АКЦ ФИАН Андрей Худченко. «Поэтому наш новый приёмник работает по гетеродинному принципу. Суть его в том, что измеряемый высокочастотный сигнал сравнивается с сигналом опорного генератора на чувствительном сверхпроводниковом элементе. Результат этого сравнения выпадает на низкие частоты порядка 1 ГГц и без потери качества обрабатывается стандартной электроникой. Более того, гетеродинные приёмники позволяют сохранять информацию как об амплитуде, так и о фазе сигнала. А значит, из телескопов, оснащенных такими приемниками, можно создать интерферометр».
Криогенная часть приёмника. Источник: отдел по связям с общественностью ФИАН.
У детекторов этого типа есть ещё одна полезная особенность. Они обладают сверхвысоким частотным разрешением, что чрезвычайно ценно для космических исследований в миллиметровом диапазоне. Ведь именно здесь сосредоточено колоссальное количество узких спектральных линий, создаваемых сложными молекулами. Эти линии дают уникальную информацию о химическом составе, кинематике и физических параметрах межзвёздной среды.
Созданный в Астрокосмическом центре ФИАН прибор – самый чувствительный приемник высокого разрешения в своём диапазоне частот на сегодняшний день в нашей стране. Эта разработка стала возможна в результате плодотворного сотрудничества ИРЭ РАН и АКЦ. Все компоненты смесителя, «сердца приемника», изготовлены в России и соединены в работающий прибор в АКЦ.
Криогенная часть приёмника. Источник: отдел по связям с общественностью ФИАН.
Сейчас Лаборатория терагерцовых приборов и технологий продолжает работу по оптимизации приёмника и улучшению его базовых характеристик. В частности, в ближайшее время планируется кратно улучшить его чувствительность за счёт оптимизации параметров туннельных сверхпроводящих наноструктур и конструкции. Также ведется работа по созданию более сложной и продвинутой модификации приемника – детектора с разделением боковых полос. Эта версия прибора станет идеальным вариантом для использования как на борту космической обсерватории «Миллиметрон», так и на наземных радиоастрономических телескопах.
В Астрокосмическом центре Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (АКЦ ФИАН) впервые в России создан криогенный приёмник, способный детектировать радиосигналы на частотах 220-280 ГГц. Его крайне высокая квантовая чувствительность и малый уровень потерь сигналов достигаются благодаря охлаждению до сверхнизких температур. В перспективе такие приборы предполагается использовать в работе как наземных, так и космических обсерваторий миллиметрового и субмиллиметрового диапазона.
Миллиметровый диапазон длин волн очень важен для космических исследований. Химия космоса, поиск сложных органических молекул в межзвездной среде, исследования объектов ранней Вселенной и активных ядер галактик, – неполный перечень областей его применения. Именно в миллиметровом диапазоне были получены изображения теней сверхмассивных черных дыр в нашей Галактике и в галактике M87. Однако сегодня космос все ещё недостаточно хорошо изучен в миллиметровом диапазоне (от 30 ГГц до 300 ГГц). Отчасти это связано со сложностью изготовления приёмных антенн и детекторов, работающих на этих длинах волн, отчасти – с малой прозрачностью атмосферы Земли в миллиметровом диапазоне. Поверхность таких антенн должна быть намного более точной по сравнению с обычным радиотелескопом. Для изготовления детекторов требуются элементы микроскопических размеров, поэтому технологически их изготовление – крайне сложная задача. Только несколько стран в мире способны изготовить миллиметровые приёмники достаточной для космических исследований чувствительности. Теперь в их число уверенно входит и Россия.
Новый российский приёмник работает на частотах 220-280 ГГц (длина волны около 1.2 мм). Для достижения сверхвысокой чувствительности его необходимо охладить до температуры кипения жидкого гелия – 4К. Благодаря столь низким температурам элементы микросхемы прибора, изготовленные из ниобия, переходят в сверхпроводящее состояние. Именно сверхпроводимость и делает параметры нового детектора уникальными. Она позволяет достичь квантовой чувствительности детектора и малых потерь сигналов в соединительных линиях.
«Стандартная полупроводниковая электроника ограничена по скорости и неэффективна для приема очень слабых терагерцовых сигналов», – пояснил руководитель Лаборатории терагерцовых приборов и технологий АКЦ ФИАН Андрей Худченко. «Поэтому наш новый приёмник работает по гетеродинному принципу. Суть его в том, что измеряемый высокочастотный сигнал сравнивается с сигналом опорного генератора на чувствительном сверхпроводниковом элементе. Результат этого сравнения выпадает на низкие частоты порядка 1 ГГц и без потери качества обрабатывается стандартной электроникой. Более того, гетеродинные приёмники позволяют сохранять информацию как об амплитуде, так и о фазе сигнала. А значит, из телескопов, оснащенных такими приемниками, можно создать интерферометр».
У детекторов этого типа есть ещё одна полезная особенность. Они обладают сверхвысоким частотным разрешением, что чрезвычайно ценно для космических исследований в миллиметровом диапазоне. Ведь именно здесь сосредоточено колоссальное количество узких спектральных линий, создаваемых сложными молекулами. Эти линии дают уникальную информацию о химическом составе, кинематике и физических параметрах межзвёздной среды.
Созданный в Астрокосмическом центре ФИАН прибор – самый чувствительный приемник высокого разрешения в своём диапазоне частот на сегодняшний день в нашей стране. Эта разработка стала возможна в результате плодотворного сотрудничества ИРЭ РАН и АКЦ. Все компоненты смесителя, «сердца приемника», изготовлены в России и соединены в работающий прибор в АКЦ.
Сейчас Лаборатория терагерцовых приборов и технологий продолжает работу по оптимизации приёмника и улучшению его базовых характеристик. В частности, в ближайшее время планируется кратно улучшить его чувствительность за счёт оптимизации параметров туннельных сверхпроводящих наноструктур и конструкции. Также ведется работа по созданию более сложной и продвинутой модификации приемника – детектора с разделением боковых полос. Эта версия прибора станет идеальным вариантом для использования как на борту космической обсерватории Миллиметрон, так и на наземных радиоастрономических телескопах.
Изменят ли НОЦ ситуацию с развитием хайтек-отраслей и дефицитом квалифицированных специалистов в регионах
На Кузбассе растет спрос на технологии, призванные заменить людей машинами на опасных участках
Относительно новый элемент в широком ассортименте российских программ, направленных на поддержку науки и технологий, — 15 научно-образовательных центров мирового уровня. Они были созданы в 2018 году в рамках нацпроекта «Наука» и нацелены на решение одной из самых сложных задач для наших реалий — интеграции образования, науки и промышленности. НОЦ работают сразу по двум направлениям: готовят кадры для высокотехнологичных отраслей и создают конкурентоспособные продукты, опираясь на запросы индустрии и потребности хайтек-рынков. Поначалу считалось, что об эффективности таких центров стоит говорить не ранее 2030 года (в науке и технологиях все развивается довольно медленно), но после наложения на Россию в 2022 году множества санкций проекты стали раскручиваться гораздо быстрее.
Так, в целом по стране новый портфель разработок для импортозамещения утвержден в рекордной сумме — 5,2 трлн рублей (это без учета бюджетов авиа- и судостроения), что почти на 2 трлн больше стоимости предыдущего списка. Стремительно возрастает и кадровый дефицит. Уже сегодня нехватка профессионалов высокого класса в ОПК оценивается в 120 тыс. человек, в электронике — более чем в 60 тыс., в авиапроме недостает свыше 14 тыс. сотрудников, в судостроении — почти 6 тыс. В будущем, как отмечается в февральском обзоре региональных экономик ЦБ, позитивные структурные сдвиги в экономике еще сильнее подогреют рынок труда в высокотехнологичных сегментах. Причем специалисты требуются прежде всего в регионах, которые вступают в гонку за инвестпроекты в области технологий. Все эти факторы стимулируют мобилизацию интеграционных ресурсов НОЦ, на которые возлагаются большие надежды.
НОЦ-призыв
Быстрорастущий спрос на «физиков» находит отражение в образовательных программах центров с фокусом на раннюю профориентацию. Каждый НОЦ реализует несколько таких программ, в которых производственники читают лекции студентам, ведут инженерные кружки для школьников, проводят мастер-классы на предприятиях и организовывают конкурсы по технологическим проектам. Не то чтобы это был совсем новый формат для страны, но раньше подобные истории носили локальный характер и реализовывались в основном силами крупных госкомпаний, например «Росатома» и РЖД, которые всегда вели целевую подготовку студентов.
Теперь же в это движение вовлекается все большее число игроков реального сектора экономики. В их числе и Объединенная судостроительная корпорация (ОСК), которой пророчат серьезные проблемы из-за кадрового дефицита, вызванного резким увеличением объема работы. Так, при участии компании в регионах запущено сразу два крупных проекта. В Нижнем Новгороде на базе Нижегородского НОЦ начал работу первый в России образовательный судостроительный кластер, в который вошли ОСК, завод «Красное Сормово», школы Сормовского района, вузы и техникумы. Школьники начиная со средних классов посещают дополнительные занятия по судостроительной тематике, в том числе на заводе, чтобы своими глазами увидеть весь процесс создания судов — от резки металла до сборки корпуса, а в старших классах выполняют первые научные работы под руководством специалистов предприятия и преподавателей профильных вузов. Выпускникам «Красное Сормово» выдает целевые направления для обучения в вузах и техникумах по актуальным для отрасли специальностям. Самые талантливые студенты получают стипендию от ОСК, а в перспективе им гарантируется трудоустройство на заводе.
В Северодвинске при поддержке НОЦ «Российская Арктика» на базе Санкт-Петербургского политехнического университета и Северного (Арктического) федерального университета ОСК создает Центр компетенций передовых и производственных технологий для решения актуальных задач судостроительной отрасли: подготовки кадров, разработки техпроцессов по инновационным направлениям, изготовления оборудования под конкретные проекты. В роли учебного полигона здесь выступает судоремонтный завод «Звездочка».
Крупные частные компании из Перми — один из лидеров мирового рынка фторполимерной продукции «ГалоПолимер», главный в стране производитель метанола ПАО «Метафракс Кемикалс» и специализирующаяся на реактивах «ПромХимПермь», а также двигательный завод «Протон-ПМ» (входит в ГК «Роскосмос») — при поддержке НОЦ «Рациональное природопользование» проводят регулярные драфты для студентов-химиков, по итогам которых выбирают перспективных ребят для стажировок и летней практики. В будущем подходящих кандидатов, скорее всего, ждут долгосрочные контракты.
В Кемеровской области Кузбасский технический государственный университет (НОЦ «Кузбасс») регулярно проводит соревнования для учащихся 7–11-х классов по решению технологических задач «Инженерная лига Кузбасса». Школьники уже готовили проекты по «зеленой» энергии и «зеленым» технологиям региона, карбоновому полигону и цифровизации туристско-рекреационных кластеров, а этой весной представят свои варианты решения проблемы теплоснабжения города Кемерово.
Эти и множество других кейсов НОЦ объединяет одно: потенциальные работодатели уже поняли, что размещения высокооплачиваемых вакансий и даже поддержки целевого набора студентов в вузы для решения кадрового вопроса недостаточно. За квалифицированные трудовые ресурсы нужно бороться на всех ступенях их подготовки: в школах, техникумах, вузах. Показателен пример радиоэлектронной отрасли: по свежим данным Минпромторга РФ, из 20 тыс. выпускаемых вузами профильных специалистов только 5% остаются в профессии, а остальные выбирают сферы деятельности с более простыми точками входа — в той же сфере услуг.
Позитивные структурные сдвиги в экономике еще сильнее подогреют рынок труда в высокотехнологичных сегментах. Профессионалы требуются прежде всего в регионах, которые вступают в гонку за инвестпроекты в области технологий
Бизнес-софт
Помимо образовательных программ каждый НОЦ имеет свой технологический трек, сформированный в зависимости от специфики территории: климата, развития инфраструктуры, определенных научных направлений, преобладающего типа промышленности и тех потребностей, которые нужно закрывать. К настоящему времени создано уже более 500 технологий, в основном в области импортозамещения.
Самой перспективной нишей, в которой стали закрепляться почти все НОЦ, оказался бизнес-софт — программное обеспечение разного уровня сложности, от операционных систем и систем управления производством до компьютерных игр. По оценкам директора Фонда развития интернет-инициатив Кирилла Варламова, после ухода западных игроков на этом рынке высвободилось примерно 350 млрд рублей. Даже сейчас пустуют не все сектора: в самых больших и прибыльных давно осваиваются лидеры отечественного рынка — «Яндекс», «Лаборатория Касперского», «Инфосистемы Джет». Но для решения конкретных задач регионам — и их промышленным гигантам — удобнее работать на месте с НОЦ, точнее, со сформированными в вузах и НИИ командами, готовыми оперативно подключиться к исполнению любых заказов. Конечно, эти команды создают по большей части узкоотраслевые продукты; о большом бизнесе, рассчитанном на массовый спрос, — загрузке созданного ПО в компьютеры миллионов пользователей — речи не идет.
Один из наиболее интересных сегментов — автономные системы управления для грузовиков, работающих в районах активной добычи полезных ископаемых. Новые технологии призваны снизить транспортные расходы, увеличить производительность труда и заменить людей машинами на опасных участках. На Кузбассе на такие системы есть спрос: по заказу компании «СДС-Уголь» Кузбасский государственный технический университет (НОЦ «Кузбасс») создает ПО для карьерной техники грузоподъемностью 60, 90 и 120 тонн. В его основе 30 компьютерных программ для управления рулевой и тормозной системами, двигателями внутреннего сгорания, силовым оборудованием и другими агрегатами. В систему автоматизированного управления загружены карты технологических дорог, по которым беспилотный грузовик будет возить уголь.
На Урале команда ученых Горного института Уральского отделения РАН (НОЦ «Рациональное природопользование») разрабатывает систему навигации комбайна для безлюдной добычи калийных ископаемых. Комплект датчиков встраивается в конструкцию машины, считывая все параметры в трех плоскостях и контролируя передвижение от первой заданной точки к последующей. Сейчас уже решены задачи прямолинейного движения, юстировки системы навигации и обмена данными между смежными системами управления добычей. В тестовом режиме комбайн сумел проехать 300 метров в руднике, теперь специалисты отлаживают прохождение сложных криволинейных участков. В этом году планируется завершить опытно-промышленные испытания системы, а в следующем — наладить серийное производство.
Ценится сегодня и софт для умного растениеводства, позволяющий оптимизировать процесс выращивания сельскохозяйственных культур. Это целый комплекс решений: цифровые двойники растений, роевой искусственный интеллект, цифровой сервис по анализу засорения сельхозугодий и вегетации растений, транспортно-технологические роботы и многое другое. В регионах новые продукты уже тестируются. Так, адаптивная система земледелия — разработка Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева (НОЦ «Инженерия будущего») — проходит испытания на полях «Талины», одного из крупнейших агрохолдингов страны. Установленное на дроне оборудование оценивает состояние зерновых. Камера проводит гиперспектральную съемку, что позволяет оператору увидеть посевы в оттенках зеленого, разбитых на составляющие спектра. А красным цветом показываются проблемные участки (например, с болеющими растениями). Это отечественное ПО призвано заменить импортные программы агроскаутинга. На юге России Ростовский завод сельхозмашин заказал НОЦ «МореАгроБиоТех» создание беспилотников для работы на виноградниках и в садах — для точного земледелия, выдачи карт-заданий по результатам аэросъемки, ультрамалого внесения средств защиты растений. Участники Западно-Сибирского НОЦ занимаются проектом аппаратно-программного комплекса, позволяющего оценить состояние почвы и наличие в ней питательных веществ, обнаружить паразитов и опасные для растений патогены. В масштабе страны при помощи систем умного земледелия предполагается на 20% сократить выбросы углекислого газа, на 30% снизить текущие и инвестиционные расходы и на 30% повысить производительность труда в сельхозотрасли.
Помимо продуктов для импортозамещения центры создают уникальное ПО, не имеющее аналогов в России. Так, Нижегородский НОЦ предлагает новый медицинский софт: мобильные платформы для отслеживания различных показателей здоровья, системы дистанционного контроля состояния сердца, а также приложение для выявления меланомы по фотографии (оно уже встроено в систему региональной медицины и привлекло международный интерес и инвестиции). Есть и грандиозный проект по созданию цифрового двойника города для фиксации его экологических параметров — цифровую платформу «Низкоуглеродный город» разрабатывает НОЦ «Енисейская Сибирь» по заказу правительства Красноярского края. С помощью такой платформы предполагается сократить выбросы парниковых газов и снизить энергопотери в сфере ЖКХ Красноярска на 20% к 2025–2026 годам, при этом модель может быть масштабирована и на другие мегаполисы. Подобных систем, направленных на экологизацию городов, в мире единицы.
Разработка НОЦ «Инженерия будущего»: малоразмерная газотурбинная установка для генерации электричества. Ее детали изготавливаются на лазерном 3D-принтере из отечественных металлических порошков
Источник: ПРЕДОСТАВЛЕНО НОЦ «ИНЖЕНЕРИЯ БУДУЩЕГО»
Заменим все
В других сегментах тоже есть близкие к реализации успешные проекты, хотя их не так много, как в нишах, напрямую связанных с внедрением искусственного интеллекта. Причем «вырастают» они не только в традиционно импортно ориентированных отраслях, но и в тех, где и раньше было удобнее и надежнее пользоваться российскими разработками. Например, уральские аграрии до санкций закупали клещей для биологического контроля вредителей за рубежом, а теперь вынуждены их импортозамещать. В интересах ООО «Агро-Актив», агродивизиона УГМК, ученые Тюменского государственного университета (Западно-Сибирский НОЦ) занялись поисками и нашли в Таджикистане ранее неизвестного и потенциально высокоэффективного хищного клеща из семейства фитосейид. Сейчас его испытывают во Всероссийском институте защиты растений как новый вид энтомофагов (клещей и насекомых, обеспечивающих контроль численности вредоносных членистоногих). К российскому клещу-защитнику уже проявили интерес сельхозпредприятия Ирана.
Наибольший скепсис в области импортозамещения вызывал запуск производств полного цикла, в которых нужно создавать не только конечный рыночный продукт, но и сложное многокомпонентное оборудование для его изготовления. В условиях форс-мажора оказалось, что и это возможно. Так, для изготовления российских биоразлагаемых имплантатов из магния, способных заменить исчезнувшие немецкие изделия, был образован консорциум из нескольких организаций. Сам имплантат разрабатывает Тольяттинский государственный университет (НОЦ «Инженерия будущего»), оборудование и оснастку для запуска участка — Институт проблем сверхпластичности металлов РАН (Уфа, Евразийский НОЦ), гидравлический пресс под технические требования для будущего производства — ООО «Оренпресс» (Оренбург), а волочильный стан для калибровки магниевого прутка — предприятие «Солар» (Самара). Серийный выпуск имплантатов и заготовок из магниевых сплавов должен начаться уже в следующем году. Предполагается, что новый продукт не только заместит потерянный импорт, но и вытеснит широко используемые титановые аналоги: магниевые имплантаты не нужно извлекать из кости после того, как она срастется, — выполнив свою функцию, они просто растворяются и выводятся из организма.
После общения с представителями разных научно-образовательных центров создается впечатление, что российские ученые способны разработать любые технологии в любых нишах. «Отправной точкой взаимодействия являются потребности реального сектора экономики. Есть задача — есть понятный и четкий ответ, — отмечает ректор Северного (Арктического) федерального университета им. М. В. Ломоносова (САФУ, НОЦ «Российская Арктика: новые материалы, технологии и методы исследования») Елена Кудряшова. — Лесным предприятиям нашего региона нужны саженцы для лесовосстановления — значит, наука поможет: ученые совместно со специалистами Архангельского ЦБК создали комплекс для выращивания саженцев хвойных растений с повышенным адаптационным потенциалом для северных территорий. Так же и с другими проектами».
Источник: НОЦ.РФ
Для решения конкретных задач регионам — и их промышленным гигантам — удобнее работать на месте с НОЦ, точнее со сформированными в вузах и НИИ командами, готовыми оперативно подключиться к исполнению любых заказов
Творческий кризис
Сложнее продвигаются «творческие» проекты НОЦ, связанные не с конкретными заказами индустрии, лишившейся значительной части импортных технологий, а с попытками найти новые рынки. Речь здесь идет о разработке лекарственных средств, призванных восполнить многочисленные пробелы в этой сфере, которые образовались за несколько десятилетий: биология и медицина, в отличие от физики и математики, не получали должной поддержки даже в СССР. В силу консервативности и зарегулированности отрасли новые препараты и сейчас внедряются крайне медленно, несмотря на то что объем рынка в отдельных сегментах оценивается в десятки миллиардов долларов. Один из примеров — поддержанный Нижегородским НОЦ проект по тераностике, созданию препаратов, которые одновременно являются средством и диагностики, и терапии (в мире это направление считается очень перспективным). Ученые ННГУ им. Н. И. Лобачевского и Университета Маккуори (Австралия) разработали комплекс из биосовместимых фотолюминесцентных наночастиц — нанофосфоров, которые позволяют визуализировать в тканях опухолевые очаги, и терапевтического модуля на основе радиоактивного иттрия-90. Препарат запатентован в России, но завис на стадии ожидания инвестиций: на доклинические и клинические испытания медикам требуется 250 млн рублей. Далека от рынка и созданная в ННГУ таблетированная форма инсулина с наночастицами хитозана, для тестирования которой, возможно, будет привлечен зарубежный партнер.
Чуть больше шансов имеют биодобавки, витаминизированные комплексы, чаи. Есть даже пример реализованной идеи — чай из осиновых листьев, содержащих салицин, который обладает противовоспалительным, обезболивающим и противоотечным эффектом. Технологию изготовления напитка разработали специалисты Ханты-Мансийской государственной медицинской академии (Западно-Сибирский НОЦ). Для производства чая открыто предприятие, реализующее 5000 упаковок продукта в год; назвать его большим и успешным бизнесом нельзя — скорее это демоверсия дошедшего до рыночной стадии оригинального научного проекта.
Елена Кудряшова полагает, что мог бы «выстрелить» рынок превентивного питания. По ее мнению, для создания продуктов, которые препятствовали бы развитию заболеваний и повышали качество жизни людей, идеально подходят арктические водоросли и дикоросы, которые ученые считают кладезем полезных ингредиентов. Но законодательно использование местных биоресурсов у нас не урегулировано, их как бы нет в правовом поле, поэтому производителям они неинтересны. Хотя сама идея функциональных продуктов питания не нова и получила развитие в Европе и Японии.
Источник: НОЦ.РФ
Даже в фундаментальном секторе отмечают, что плотность контактов с потенциальными предприятиями-клиентами растет и, возможно, в будущем конвертируется в совместные проекты
Сложность реализации проектов, направленных на достижение принципиально нового результата, а не на импортозамещение, отмечают и другие участники НОЦ. По словам директора Самарского филиала Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (НОЦ «Инженерия будущего») Валерия Азязова, при посредничестве центра индустриальные партнеры, в том числе Объединенная судостроительная корпорация, Объединенная авиастроительная корпорация, «Алмаз-Антей», проявили интерес к технологиям улучшения эксплуатационных свойств металлообрабатывающего инструмента импульсным лазерным облучением и лазерного ударного упрочнения, но до заказов дело пока не дошло. Хотя даже здесь, в фундаментальном секторе, отмечают, что плотность контактов с потенциальными предприятиями-клиентами растет и, возможно, в будущем конвертируется в совместные проекты.
Главным звеном в технологической цепочке научно-образовательных центров становится индустрия: она формирует спрос и на разработки, и на высококвалифицированные кадры. Даже по первым результатам работы НОЦ понятно, что при наличии политической воли и финансовых ресурсов (а сейчас все это есть) можно создать прочную основу для технологического суверенитета. Потребности реального сектора экономики в хайтеке огромны: как десятилетия назад стране был необходим уголь, так сегодня нужны технологии. Можно ли их создавать стахановскими темпами — вопрос сложный: в отдельных нишах, например в сфере программного обеспечения, — однозначно да; в других будет много подводных камней. Но формирование устойчивых связей между образованием, наукой и индустрией при поддержке государства неизбежно приведет к «взрослению» отечественных высокотехнологичных рынков и, хочется верить, их росту за пределы стратегий импортозамещения.
Учёные продолжают работать в Псково-Печерском монастыре.
Цель – создать трёхмерную картину всех существующих подземных улиц в Богом зданных пещерах. В работе вместе с физиками-ядерщиками принимает участие начинающий учёный, десятиклассник Виктор Васильев. Он предложил собственный проект – нейронную сеть для обработки экспериментальных данных.
Она увеличивает скорость обработки материалов, полученных с фотоэмульсионного детектора почти в пять раз. Радиус действия одного детектора – несколько сот метров. То есть появится информация о подземных коридорах, которые выходят за территорию монастыря.
"В этом эксперименте я работаю с изображениями, которые преобразуются в числа, и с помощью алгоритмов нейронная сеть сможет предсказывать нужные параметры. И уже после этого физики-практики смогут дальше обрабатывать результат и проводить физический анализ полученных данных", – Виктор Васильев, ученик Лицея информационных технологий, лаборант Физического института Академии наук (Москва).
Репортаж Марины Михайловой о применении новейших технологий в исследовании Печорских пещер смотрите сегодня в итоговых "Вестях" в 21.05.
Учёные продолжают работать в Псково-Печерском монастыре. Цель - создать трехмерную картину всех существующих подземных улиц в Богом зданных пещерах. В работе вместе с физиками-ядерщиками принимает участие начинающий учёный, десятиклассник, который уже работает в Физическом институте имени П. Н. Лебедева. Он создаёт нейронную сеть для обработки экспериментальных данных. Марина Михайлова подробнее.
Одно неверное движение, и эксперимент будет прекращён. Поэтому учёные проверяют приборы, установленные несколькими неделями раньше, с точностью до сантиметра. Детекторы с эмульсионными пластинками фиксируют потоки мюонов. Это частицы природного происхождения. Основная компонента космического излучения. С помощью фиксации их потоков будут созданы 3D-модели подземных коридоров Богом зданных пещер, которые несмотря на более чем 500-летнюю историю до сих пор хранят свои тайны.
«Данная работа выполнена целым рядом научных институтов. Это МИФИ, МИСИС и ФИАН. И глобально цель работы - изучение скрытых подземных помещений, структур. На сегодняшний день были сняты тестовые пластинки, которые покажут нам загруженность эмульсионных пластин», - Татьяна Щедрина, старший научный сотрудник Физического института имени П.Н. Лебедева РАН.
Детекторы демонтируют, результаты обработают. Вместе с ядерщиками впервые работает самый молодой сотрудник Физического института. Десятиклассник Лицея информационных технологий предложил собственный проект обработки полученных физиками результатов.
«В этом эксперименте я работаю с изображениями, которые преобразуются в числа, и с помощью алгоритмов нейронная сеть сможет предсказывать нужные параметры. И уже после этого физики-практики смогут дальше обрабатывать результат и проводить физический анализ полученных данных», - Виктор Васильев, ученик Лицея информационных технологий, лаборант Физического института Академии наук (Москва).
Нейронная сеть, созданная для эксперимента, увеличивает скорость обработки материалов, полученных с фотоэмульсионного детектора, почти в пять раз. Данные о неизвестных ранее подземных пустотах с закрытыми ходами уже есть. Два детектора установлены, чтобы прорисовать структуру пещеры за склепом. Его обнаружили за изображением Псково-Печерских святых. Радиус действия одного детектора - это конус 45 градусов на расстоянии несколько сот метров. То есть появится информация о подземных коридорах, которые выходят за территорию монастыря.
Ученые продолжают работать в Псково-Печерском монастыре. Цель - создать трехмерную картину всех существующих подземных улиц в Богом зданных пещерах. Зачем нужны нейросети при научных исследованиях в интервью ГТРК «Псков» рассказал Виктор Васильев, десятиклассник из Москвы. Начинающий ученый, который тоже участвует в проекте.
Марина Михайлова, корреспондент: В Псково-Печерском монастыре в Богом сданных пещерах нам посчастливилось присутствовать при работе физиков-ядерщиков из Москвы. И в этой работе принимает участие молодой программист Виктор Васильев. И мы можем задать ему свои вопросы как его дело, его наука соединяется с наукой физиков-ядерщиков в этом великом деле обследования пещер? Виктор, расскажите ,пожалуйста, в чём суть вашей работы?
Виктор Васильев, ученик Лицея информационных технологий, лаборант Физического института Академии наук (Москва): Для данного эксперимента мною была прописана нейронная сеть, которая обрабатывает изображения, полученные с фотоэмульсионного детектора. И помимо увеличения эффективности, как результат работы нейросети, можно также выделить и скорость обработки изображения, так как по сравнению с используемым сейчас методом - а именно метод обработки с помощью графического профессора - скорость работы нейросети увеличилась почти в 5 раз.
Марина Михайлова, корреспондент: Скажите, пожалуйста, причем здесь нейросеть, и вот этот эксперимент - как это все соединяется?
Виктор Васильев, ученик Лицея информационных технологий, лаборант Физического института Академии наук (Москва): Нейросети в настоящее время стали очень востребованные, используются практически везде, где необходимо решить задачу - классификации объектов, распознавания объектов на изображении, или контроля, и других подобных задач. В этом эксперименте я работаю с изображениями, которые преобразуются в числа. С помощью алгоритмов нейронные сети могут предсказывать нужный параметр, и уже после этого физики-практики смогут дальше обрабатывать результаты и проводить физический анализ полученных данных.
Марина Михайлова, корреспондент: Мы видели, как вы что-то замеряли с помощью рулетки, количество сантиметров от прибора до стены. Что это такое было?
Виктор Васильев, ученик Лицея информационных технологий, лаборант Физического института Академии наук (Москва): Это проверка на то, что в течение определенного промежутка, пока детекторы стояли на месте, с ним ничего не произошло. Потому что если даже их подвинуть на несколько сантиметров, то данные уже будут расплывчатыми, и анализ будет уже бессмысленный. И придется либо переустанавливать, либо эксперимент просто прекратится.
Марина Михайлова, корреспондент: Есть ли у вас научный руководитель, кто направляет вашу научную мысль? И какие ваши планы в дальнейшем, по тому чтобы овладеть этой профессией, войти в науку программирования?
Виктор Васильев, ученик Лицея информационных технологий, лаборант Физического института Академии наук (Москва): Татьяна Викторовна, она физик-практик. Она мне дословно объясняет задачу, что нужно делать. Также в ФИАНе есть люди, которые мне помогают, рассказывают о каких-то новых алгоритмах, которые помогут мне сделать эффективность моей программы лучше и увеличить скорость работы программы, чтобы достигнуть результата как можно более быстрыми способами.
Марина Михайлова, корреспондент: Вы собираетесь свою дальнейшую жизнь связать с этой деятельностью? Это, как понимаю, уже начало диссертационной работы?
Виктор Васильев, ученик Лицея информационных технологий, лаборант Физического института Академии наук (Москва): Да, я планирую этот эксперимент, мои программы, выдвигать на различные конференции, например, "Инженеры будущего". И если получится ,там занять какие-то призовые места. Буду продолжать выступать с этим докладом и возможно свяжу своё будущее с физикой, прикладной математикой, информатикой.
Российские и казахстанские ученые обнаружили, что ионосферные возмущения, от взрыва вулкана Хунга-Тонга в январе прошлого года, распространились на расстоянии в 12 тыс. километров от вулкана. Об этом в четверг сообщила пресс-служба Физического института РАН (ФИАН) со ссылкой на статью в журнале Atmosphere.
Фото: Большая Азия
"Взрыв вулкана Хунга-Тонга, произошедший 15 января 2022 года, породил ионосферные возмущения, которые были фиксированы нами на расстоянии в 12 тыс. километров от этого объекта, в северной части Таньшаня. Проведенные нами расчеты свойств этих колебаний показали, что данный катаклизм выбросил в атмосферу огромное количество энергии, эквивалентное по силе взрыву двух млрд. тонн тротила", - пишут исследователи.
Вулкан Хунга-Тонга (Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай) был до января 2022 года расположен на одноименном острове в южной части Тихого океана, на территории архипелага Тонга. В декабре 2021 года он пробудился, что привело к серии извержений, которые закончились взрывом в середине января 2022 года. Этот катаклизм привел к уничтожению "старого" острова Хунга-Тонга и образованию двух новых остров, Хунга-Тонга и Хунга-Хаапай.
Во время взрыва острова в атмосферу было выброшено облако пепла, которое достигло высоты в несколько десятков километров, а взрыв, порожденный коллапсом вулкана, был слышен в Новой Зеландии и в других удаленных от Тонга регионах акватории Тихого океана. Кроме того, взрыв Хунга-Тонга вызвал множество молний, а также атмосферные и ионосферные возмущения.
Последствия взрыва вулкана
Группа российских и казахстанских исследователей под руководством
Александра Щепетова,
ведущего научного сотрудника ФИАН, выяснила, что вызванные этим взрывом ионосферные возмущения распространились на расстоянии около 12 тыс. километров.
Ученые совершили это открытие в ходе анализа данных, собранных Тянь-Шанской высокогорной станцией ФИАН и на радиополигоне "Орбита" казахстанского Института ионосферы (Алматы) на рубеже 2021 и 2022 годов, до и после взрыва вулкана Хунга-Тонга. Эти станции слежения непрерывно наблюдают за изменениями в атмосферном давлении и в свойствах ионосферы Земли по тому, как от нее отражаются радиосигналы.
Проведенные учеными замеры указали на то, что отголоски взрыва вулкана в виде резких колебаний атмосферного давления, а также различных типов возмущений в ионосфере, достигли территории Тяньшаня, удаленного от Хунга-Тонга на 12 тыс. км. Эти возмущения, порожденные ударной волной от взрыва, не только изменили характер взаимодействий радиоволн с ионосферой, но и поменяли свойства так называемых теллурических токов, естественных электрических токов в поверхностных слоях Земли.
Последующий анализ всех этих сведений, как пишут Щепетов и его коллеги, позволил ученым оценить примерное количество энергии, попавшей в атмосферу в результате взрыва вулкана. Оно оказалось эквивалентным взрыву свыше двух гигатонн тротила, что является одним из самых больших значений, зафиксированных для других природных катаклизмов.
Российские и казахские физики рассказали о том, что взрыв вулкана Хунга-Тонга вызвал ионосферные возмущения на другом конце Земли.
Российские и казахстанские ученые обнаружили, что ионосферные возмущения, от взрыва вулкана Хунга-Тонга в январе прошлого года, распространились на расстоянии в 12 тыс. километров от вулкана. Об этом в четверг сообщила пресс-служба Физического института РАН (ФИАН) со ссылкой на статью в журнале Atmosphere.
"Взрыв вулкана Хунга-Тонга, произошедший 15 января 2022 года, породил ионосферные возмущения, которые были фиксированы нами на расстоянии в 12 тыс. километров от этого объекта, в северной части Таньшаня. Проведенные нами расчеты свойств этих колебаний показали, что данный катаклизм выбросил в атмосферу огромное количество энергии, эквивалентное по силе взрыву двух млрд. тонн тротила", - пишут исследователи.
Вулкан Хунга-Тонга (Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай) был до января 2022 года расположен на одноименном острове в южной части Тихого океана, на территории архипелага Тонга. В декабре 2021 года он пробудился, что привело к серии извержений, которые закончились взрывом в середине января 2022 года. Этот катаклизм привел к уничтожению "старого" острова Хунга-Тонга и образованию двух новых остров, Хунга-Тонга и Хунга-Хаапай.
Во время взрыва острова в атмосферу было выброшено облако пепла, которое достигло высоты в несколько десятков километров, а взрыв, порожденный коллапсом вулкана, был слышен в Новой Зеландии и в других удаленных от Тонга регионах акватории Тихого океана. Кроме того, взрыв Хунга-Тонга вызвал множество молний, а также атмосферные и ионосферные возмущения.
Последствия взрыва вулкана
Группа российских и казахстанских исследователей под руководством Александра Щепетова, ведущего научного сотрудника ФИАН, выяснила, что вызванные этим взрывом ионосферные возмущения распространились на расстоянии около 12 тыс. километров.
Ученые совершили это открытие в ходе анализа данных, собранных Тянь-Шанской высокогорной станцией ФИАН и на радиополигоне "Орбита" казахстанского Института ионосферы (Алматы) на рубеже 2021 и 2022 годов, до и после взрыва вулкана Хунга-Тонга. Эти станции слежения непрерывно наблюдают за изменениями в атмосферном давлении и в свойствах ионосферы Земли по тому, как от нее отражаются радиосигналы.
Проведенные учеными замеры указали на то, что отголоски взрыва вулкана в виде резких колебаний атмосферного давления, а также различных типов возмущений в ионосфере, достигли территории Тяньшаня, удаленного от Хунга-Тонга на 12 тыс. км. Эти возмущения, порожденные ударной волной от взрыва, не только изменили характер взаимодействий радиоволн с ионосферой, но и поменяли свойства так называемых теллурических токов, естественных электрических токов в поверхностных слоях Земли.
Последующий анализ всех этих сведений, как пишут Щепетов и его коллеги, позволил ученым оценить примерное количество энергии, попавшей в атмосферу в результате взрыва вулкана. Оно оказалось эквивалентным взрыву свыше двух гигатонн тротила, что является одним из самых больших значений, зафиксированных для других природных катаклизмов.
