Живые клетки, квантовые вычисления и двигатель для беспилотника: лауреаты премии Правительства Москвы — о своих проектах

Фото: Пресс-служба Мэра и Правительства Москвы. Евгений Самарин8 февраля молодым ученым, достигшим выдающихся результатов в научных исследованиях и разработке новых технологий, были присуждены 50 премий Правительства Москвы в размере 1,5 миллиона рублей. Лауреатами стали 77 человек. О своих достижениях mos.ru рассказали четверо победителей.

Дмитрий Сорокин — старший научный сотрудник факультета вычислительной математики и кибернетики МГУ имени М.В. Ломоносова

Удостоен премии Правительства Москвы за значительный вклад в развитие методов обработки биомедицинских изображений живых клеток.

— Я работаю в лаборатории математических методов обработки изображений на факультете вычислительной математики и кибернетики (ВМК) МГУ. В своих экспериментах мы сотрудничаем с медиками и биологами. С помощью разных приборов вроде аппаратов МРТ, КТ, ультразвука и прочих медики получают огромное количество данных — двухмерных и трехмерных изображений (рентген, томографию и так дальше). Мы разрабатываем алгоритмы и пишем программы, которые позволяют извлекать из этих изображений полезную информацию, что помогает докторам в диагностике заболеваний и научных исследованиях.

Биологи в своих исследованиях тоже используют масса методов, в том числе одну из самых распространенных техник для изучения клеточных процессов — микроскопию. С помощью микроскопов они получают огромное количество двухмерных и трехмерных изображений и видео. То, что происходит на таком уровне, тоже нужно уметь понимать: например, в какую сторону и с какой скоростью движется та или иная крупица внутри клеточного ядра, какую область или объем занимает то или иное вещество, по какой траектории движутся клетки, как делятся, как размножаются и так дальше.

Все это, в принципе, можно делать вручную, но это занимает месяцы и даже годы. Кроме того, чтобы обрабатывать такие объемы данных, нужно весьма много людей. А с помощью алгоритмов и программ, которыми мы с коллегами занимаемся, все это получается автоматизировать и упростить.

Эта область весьма активно развивается — и уж точно не перестанет быть актуальной. Сейчас генетика и в целом медицина и биология — на передовом крае науки. Об этом даже можно судить по Нобелевской премии по химии. За последние годы три были присуждены за разработки в области микроскопии (в 2008-м — за появление технологии флуоресцентных белков, в 2014-м — за разработку микроскопии сверхвысокого разрешения, а в 2017-м — за разработку криоэлектронной микроскопии). Микроскопия и методы обработки изображений тоже актуальны. Грубо говоря, приборы развиваются — соответственно, методы обработки данных с этих приборов тоже должны развиваться.

Первый раз я подавал заявку на премию Правительства Москвы в прошлом году, но тогда не попал в число счастливчиков. А в этом году попал. Степень конкуренции очень высокий: присуждается 50 премий, в каждой области науки — по три или 4, а заявок, насколько мне известно, очень много — сотни.

На факультет ВМК я поступил в 2003 году, а в нашей лаборатории работаю с 2005-го: вначале как студент, потом как аспирант, сейчас я старший научный сотрудник. Сейчас у меня самого много студентов и аспирантов, которым я передаю свои знания.

Тем, кто думает о выборе будущей профессии в научно-технической сфере, я бы советовал обратить внимание на компьютерные науки. Сейчас эта область, представителем которой я являюсь, получает очередной виток развития. Искусственный интеллект, нейронные сети (что мы, уместно, тоже используем) очень востребованы на рынке труда. Еще — робототехника и, разумеется, медицина и биология.

Проводником в мир научно-технических вещей, тем, кто может пробудить заинтересованность к этой сфере, является преподаватель, но город, безусловно, тоже должен основывать условия для этого. Я слышал про технопарки, про мероприятия, которые популяризуют науку в Москве. Что же касается молодых ученых — студентов, аспирантов, мне кажется, лучшее, что город может для них сделать, — это финансовая поддержка. Стипендии и гранты для талантливых научных сотрудников — приятно и весьма мотивирует.

Илья Родионов, директор научно-образовательного центра «Функциональные микро/наносистемы» при МГТУ имени Н.Э. Баумана

Удостоен премии Правительства Москвы за цикл работ «Создание уникального опытного производства, разработка и внедрение технологической платформы на основе нового класса эпитаксиальных материалов для комплексов квантовых вычислений, систем безопасности и медицинской диагностики».

— Я учился в МГТУ имени Н.Э. Баумана, тут же защитил кандидатскую диссертацию на тему технологий изготовления специальных микропроцессоров. А сейчас работаю в научно-исследовательском центре, в организации и строительстве которого я принял непосредственное участие в 2015 году тут же, на территории МГТУ, совместно с нашим главным партнером ФГУП «ВНИИА» госкорпорации «Росатом».

Практически вся современная элементная база — это процессоры, которые стоят внутри наших компьютеров, разные лазеры и тому подобное. Их эффективность и работоспособность в большой степени зависят от того, какие материалы используются при изготовлении. Материалы должны быть совершенными. Эпитаксиальные материалы, эпитаксиальные пленки — самые совершенные материалы, это известно давным-давно. Но ряд материалов, которые хотелось бы использовать, больше 50 лет не могли получить нигде в мире. Потому что они обладают определенными особенностями — их сложно растить. Так сложно, что ни у кого не получалось.

В нашем исследовательском центре собрано лучшее оборудование мировых производителей, и более 50 процентов оборудования — установки, аналогов которым в России нет, в нашей стране они представлены в единственном экземпляре. Однако оборудование — это вдали не все. Нужно обеспечить его не менее сложной инфраструктурой и разработать сложнейшие технологии — молоток можно иметь, но, не зная, как и зачем его применять, ничего толкового им не сделаешь. За последние несколько лет в нашем центре такие технологии были разработаны, и появилась возможность основывать устройства нового поколения, устройства на новых физических принципах. Ранее они не могли работать — все утопало в потерях. А с нашими совершенными материалами можно эту физику почувствовать, увидеть ее в ходе эксперимента.

Сейчас у нас много больших проектов. И практически по всем получены результаты либо мирового уровня, либо существенно опережающие степень, который существовал до этого в России.

Мы работаем по ряду направлений. Первое — создание нового класса суперкомпьютеров, то есть квантовых компьютеров. Сейчас мир подошел к пределу возможностей существующих процессоров и микроэлектроники. Это связано с определенными техническими факторами. И человечество разыскивает новые подходы. Большинство из них лежит либо в области квантовых технологий, либо в нанофотонике. Современные вычислительные устройства оперируют электронами, а они весьма медленные. (Смеется.) И ученые во всем мире пробуют использовать либо фотоны (свет), либо квантовые свойства вещества и квантовые свойства весьма малых объектов (нанообъектов).

Наш центр — основной технологический исполнитель двух крупнейших в России проектов по квантовым вычислениям. Это серьезные большие проекты — в них задействовано более десяти ведущих организаций страны. Идет создание компьютеров на двух разных физических принципах: 1 — сверхпроводники, второй — фотоника. А квантовые вычисления — это новый путь обеспечения кибербезопасности страны, защиты от любых хакерских атак, путь создания новых материалов, новых лекарств и многого другого.

Мы сотрудничаем с медиками и биологами — создаем персональные лечебно-диагностические комплексы. Сейчас, если мы делаем, положим, биохимию крови, приходится сталкиваться с ограничениями по чувствительности анализов и используемых методов. Мы же работаем над тем, чтобы создать комплексы, которые обеспечат весьма высокую чувствительность измерения на уровне одной молекулы в веществе и высокое быстродействие, когда любые анализы можно будет сделать за считаные минуты. И это будет использовано как при диагностике заболевания на ранних стадиях, так и при лечении.

Еще 1 момент — системы безопасности, обнаружения различных веществ в малых концентрациях в местах массовых скоплений людей. Благодаря этому можно будет защитить людей в аэропортах, на вокзалах, в торговых центрах. Так, для одного из крупнейших городов мы участвовали в работе над системой, которая в режиме реального времени анализирует воду, поступающую в город, на наличие определенных вредных веществ.

Все работы мы ведем в сотрудничестве с ведущими научными командами России по каждому конкретному направлению. Несмотря на сложнейшие научные задачи, наш центр имеет весьма прикладную направленность, наша цель — практическое применение и конкретный, ощутимый итог.

Нынешним студентам технических вузов я немножко завидую: когда я учился, практически ничего такого в плане поддержки молодых ученых еще не было. Я четко помню лекцию, на которой понял, что хочу заниматься собственно полупроводниковыми и нанотехнологиями, и преподавателя, который ее читал. Но найти работу по специальности было не так уж попросту — это заняло какое-то время. Если бы я тогда имел такие возможности, как сейчас у наших студентов третьих, четвертых курсов, наверное, не выходил бы из чистой комнаты (лаборатории) сутками и уже лет десять назад мог бы конкурировать с ведущими мировыми командами.

Святослав Неруш, начальник лаборатории «Порошковая металлургия и аддитивное производство» Всероссийского НИИ авиационных материалов

Павел Мазалов, начальник лаборатории «Металлопорошковые композиции и аддитивные технологии синтеза деталей и элементов конструкций» Всероссийского НИИ авиационных материалов

Удостоены премии Правительства Москвы за разработку, изготовление на базе аддитивного производства и проведение испытаний малоразмерного газотурбинного двигателя с тягой 12 килограмм-силы для беспилотных летательных аппаратов.

Павел Мазалов: Работу над этим проектом мы начали в 2016 году. Его ключевой момент — создание технологии изготовления малоразмерного газотурбинного двигателя. Это не макет, не прообраз, а реально работающий небольшой двигатель с тягой 12 килограмм-силы. И что самое интересное, все его детали изготовлены по новейшей технологии российской промышленности — аддитивной технологии селективного лазерного сплавления. В установку загружается мелкодисперсный металлический порошок и послойно сплавляется лазерами для достижения крайне сложной геометрической формы, которой невозможно добиться, используя традиционные технологии.

Таким образом, мы снизили общий срок производства малоразмерных двигателей с шести месяцев, начиная организацию производства, до семи дней. То есть сейчас фактически за 7 дней можно, имея только электронные модели, получить работающее изделие, которое можно поставить на беспилотник.

Этот двигатель уже прошел ресурсные испытания и готов к установке в летное изделие, которое мы также сейчас разрабатываем на базе аддитивного производства. Летные испытания с этим двигателем пройдут уже в этом году. Благодаря этому проекту при поддержке Фонда перспективных исследований был инициирован более крупный проект по масштабированию аддитивной технологии изготовления малоразмерных двигателей и на территории ФГУП «ВИАМ» организовано производство деталей и сборочных единиц двигателей в классе тяг от 10 до 300 килограмм-силы.

Святослав Неруш: Заявку на эту премию мы подавали во второй раз. Первый раз она получила довольно высокий балл — тогда мы сделали только маленький двигатель в классе 12 килограмм-силы. Но за прошедший год мы отмасштабировали технологии и изготовили детали для двигателя в классе 125 килограмм-силы.

Этот большой двигатель, как и маленький, должен подняться на летательный аппарат и совершить полет, что и будет завершающим этапом.

Но, помимо этого, мы работаем и со смежными отраслями, в частности с предприятиями Роскосмоса, с «Энергомашем». Мы разрабатываем технологию изготовления таких деталей, как, так, теплообменник с увеличенным количеством каналов, который тоже можно сделать всего с помощью аддитивной технологии.

Павел Мазалов: На самом деле мы безмерно рады, что получилось поучаствовать в таком конкурсе, что Правительство Москвы поддерживает молодых ученых. И однозначно мы будем поддерживать другие коллективы, которые решатся подать заявку на этот конкурс. Победа стала для нас праздником. А средства, которые мы получим, в любом случае будут вкладываться в образование и саморазвитие, чтобы мы могли подготовиться к более серьезным проектам.

Источник: Правительство Москвы