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

Живые клетки, квантовые вычисления и двигатель для беспилотника: лауреаты премии Правительства Москвы — о своих проектах
Фото: Пресс-служба Мэра и Правительства Москвы. Евгений Самарин
8 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.

Дмитрий Сорокин

— 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 далее). 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 множество 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 частица внутри клеточного ядра, какую область или объем занимает то или иное вещество, по какой траектории движутся клетки, как делятся, как размножаются и так далее.

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

Эта область очень 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. Уровень конкуренции очень высокий: присуждается 50 премий, в каждой области науки — по три или четыре, а заявок, насколько мне известно, очень много — сотни.

На факультет ВМК я поступил в 2003 году, а в нашей лаборатории работаю с 2005-го: сначала как студент, потом как аспирант, сейчас я старший научный сотрудник. Теперь 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, кстати, тоже используем) очень востребованы на рынке труда. Еще — робототехника и, конечно, медицина и биология.

Проводником в мир научно-технических вещей, тем, кто может пробудить интерес к этой сфере, является преподаватель, но город, безусловно, тоже должен создавать 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 очень 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».

Илья Родионов

— Я учился в МГТУ имени Н.Э. Баумана, здесь 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 здесь 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 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 выращивать. 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 далеко 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 создавать устройства нового поколения, устройства на новых физических принципах. Раньше 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 уровень, 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 ищет новые подходы. Большинство из них лежит либо в области квантовых технологий, либо в нанофотонике. Современные вычислительные устройства оперируют электронами, а они очень медленные. (Смеется.) И ученые во всем мире пробуют использовать либо фотоны (свет), либо квантовые свойства вещества и квантовые свойства очень 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: один — 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, допустим, биохимию крови, приходится сталкиваться с ограничениями по чувствительности анализов и используемых методов. Мы же работаем над тем, чтобы создать комплексы, которые обеспечат очень 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 один 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. Например, 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 очень прикладную направленность, наша цель — практическое применение и конкретный, ощутимый результат.

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 именно полупроводниковыми и нанотехнологиями, и преподавателя, который ее читал. Но найти работу по специальности было не так уж просто — 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 соперничать 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 прототип, 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 достичь, используя традиционные технологии.

Таким образом, мы снизили общий срок производства малоразмерных двигателей с шести месяцев, включая организацию производства, до семи дней. То есть сейчас фактически за семь 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 достаточно высокий балл — тогда мы сделали только маленький двигатель в классе 12 килограмм-силы. Но за прошлый год мы отмасштабировали технологии и изготовили детали для двигателя в классе 125 килограмм-силы.

Этот большой двигатель, как и маленький, должен встать 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, например, теплообменник с увеличенным количеством каналов, который тоже можно сделать только 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.