12 главных достижений российской науки в 2022 по месяцам: ими стоит гордиться
Несмотря на все трудности 2022 год стал довольно продуктивным для российских учёных и инженеров. Были совершены прорывы практически во всех областях человеческой деятельности. Было проведено много сложных астрофизических исследований, создано большое количество материалов с улучшенными физическими свойствами, собрано новые заводы, лаборатории и так далее. Чем запомнился каждый месяц в отечественном научном мире?
💡 Это материал из цикла «Сделано в России 🇷🇺», в котором описываются главные отечественные изобретения, а также важные события в различных областях науки и промышленности России.
Январь: создали гиперреалистичного робота-помощника нового поколения
Пермская компания «Промобот» представила улучшенную версию робота Robo-C-2. Его оснастили новой силиконовой кожей, которая обладает лучшей эластичностью и больше походит на человеческую, гиперреалистичными глазами, подвижными руками, имитирующими человеческую жестикуляцию, а также усовершенствованными сервоприводами. Более того, у робота существенно увеличился диапазон регулирования микромимики, который теперь позволяет более ярко выражать эмоции. Андроиду доступно около 600 вариантов человеческой микромимики. Руки Robo-C-2 способны выдержать нагрузку до килограмма. Робот может поднимать небольшие предметы, пожать руку человеку и так далее. Процесс передачи команд реализован с помощью скриптов, которые создаются инженерами компании с помощью специального ПО.
Февраль: собрали конструктор из магнитных молекул внутри нанотрубок
Физики из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из Российского квантового центра смогли вырастить в одностенных углеродных нанотрубках магнитные нанополосы. Одностенная углеродная нанотрубка — это скрученный в цилиндр слой углерода толщиной в один атом, то есть графен, с отличными физическими свойствами для синтеза новых материалов в наномасштабе. Полое пространство внутри трубки может быть контейнером для нанообъектов (например, молекул). Исследователи провели ряд сложных манипуляций и в итоге получили структуру, состоящую из углеродных нанотрубок и магнитных полос шириной менее одного нанометра внутри. Новый материал обладает уникальными оптическими и магнитными свойствами, что открывает возможности для разработки разнообразных защищенных низкоразмерных магнитных материалов для применения в органических спинтронных, магнонных и квантовых устройствах.
Март: придумали технологию обработки ран без антибиотиков и антисептиков
Ученые Балтийского федерального университета им. И. Канта совместно с коллегами из Франции и Колумбии провели исследования, которые позволили создать компактный прибор, ускоряющий медицинские процедуры с использованием нетермальной плазмы (ионизированный газ, где у электронов температура высокая, а у положительных ионов — низкая, то есть его можно применять в обработке кожи и открытых ран, не вызывая болевых ощущений). Поток заряженных частиц, который содержится в гелиевой струе, взаимодействует с частицами воздуха, что создает озон и излучение коротковолнового ультрафиолета. Это помогает быстро и безболезненно заживлять раны, уничтожать болезнетворные бактерии и вирусы без использования антисептиков и антибиотиков. Также нетермальная плазма производит омолаживающий эффект.
Апрель: усовершенствовали метод получения биотоплива из растительных отходов
Бионефть на сегодняшний день рассматривается в качестве альтернативы ископаемому топливу, поскольку ее получают из возобновляемого растительного сырья, например сельскохозяйственных культур или отходов лесной и целлюлозно-бумажной промышленности. Однако бионефть по сравнению с обычной нефтью содержит большое количество воды (до 30%), а также несет в себе в разы больше (до 60%) кислородсодержащих соединений. Российские ученые предложили простой и экологичный способ переработки бионефти. Новая технология позволяет задействовать воду, которая содержится в исходном материале, в качестве источника водорода для облагораживания сырья и улучшения его свойств. Такой подход даёт возможность перерабатывать бионефть, минуя дорогостоящую стадию отделения воды.
Май: предложили решение для выработки энергии ветра даже при перенапряжении в сети
Исследователи из Сколтеха совместно с зарубежными коллегами предложили способ стабилизировать работу ветряных электростанций в условиях перенапряжения, когда из-за дисбаланса в электросети ветрогенераторы на время вынужденно отключаются. Ветер — экологически чистый, но по сути своей переменный и непостоянный источник энергии: он есть не всегда, а когда есть, то дует с переменной скоростью. Для обеспечения бесперебойной работы на фоне перепадов ветра турбины снабжают так называемой силовой электроникой. Однако она хорошо справляется лишь с недонапряжением, а вот перенапряжение до сих пор оставалось большой проблемой. Научный коллектив нашел решение. Оказалось, что подача в цепь точно подобранного «реактивного тока» сделает возможной непрерывную генерацию энергии в условиях кратковременных бросков напряжения.
Июнь: разработали двигатель для электрокаров
В Казани разработали импортозамещающую базовую модель электродвигателя для оборудования российских узкопрофильных электромобилей. Это будут агрегаты небольшой мощности, которые будут устанавливаться на гольфкары, различную технику, востребованную в ЖКХ, и так далее. Опытный образец будет представлен в 2023 году. Интересно, что это будет одним из первых отечественных электродвигателей, от и до разработанных в России и запущенных в промышленное производство. Также отечественные специалисты начали разработку российских электродвигателей для легкового электротранспорта, электробусов и тягачей.
Июль: создали метод голографической записи и воспроизведения звука
В МГУ нашли способ отойти от существующих систем создания объёмного звука, придумав голографическую звукозапись. Стереозвук, квадрозвук, объёмное звучание, купол звука, эффект погружения и тому подобные системы используют бинауральный эффект, возникающий при восприятии звука двумя ушами, создавая иллюзию реального звучания. Фактически, это такой же обман человеческого слуха, как и в случае стереоочков, которые создают псевдотрёхмерное изображение. Благодаря системе из сотен микрофонов и динамиков звуковые волны будут записываться и воспроизводиться максимально идентично реальности. Фактически, система позволяет восстанавливать вид звуковой волны в пространстве именно такой, какой она идет от реального источника. Люди будут слышать настоящий звук, а не эффект. При этом звук будет восприниматься независимо от особенностей слушателя. Автор уверен, что в кинематографе, на телевидении и радио начнётся новый этап, когда стереозвук будет вытеснен голографическим звуком, как в своё время стерео- вытеснил монозвук.
Август: разработали оптоволокно, которое может работать в космосе
В Екатеринбурге учёные создали новый тип инфракрасного оптического волокна, который обладает повышенной стойкостью к сверхвысоким дозам радиации, а оптические потери находятся на предельно низких значениях. Благодаря повышенной радиационной стойкости материал, состоящий из монокристаллов бромистого и иодистого серебра, можно использовать не только в традиционной оптоэлектронике, но и в лазерной хирургии, эндоскопической и диагностической медицине, космической отрасли, а также на объектах атомной промышленности. Причём их применение может быть весьма неожиданным. К примеру, оптоволокно способно принимать и передавать излучение космических объектов и может быть использовано в инфракрасных телескопах вместо массивных зеркал.
Сентябрь: научились строить 3D-модель сердца пациента прямо перед операцией
В Санкт-Петербурге существенно улучшили технологию, которая позволяет на основании компьютерной томографии создать модель сердца и его магистральных сосудов прямо перед операцией. Ранее специалистам требовалось не менее двух часов, чтобы конвертировать снимок КТ в высокоточную цифровую модель. Сотрудники Политехнического университета разработали алгоритм, который делает то же самое всего за 20 секунд. После чего у хирургов есть возможность распечатать её на специальном 3D-принтере с использованием фотополимерной смолы. Благодаря пластичности материала модель сердца похожа на органические ткани как анатомически, так и структурно. На ней специалисты смогут провести пробную операцию. Это позволит врачам оценить эффективность хирургического вмешательства до операции, составить оптимальный план процедуры и избежать непредвиденных ошибок.
Октябрь: придумали ДНК-робота для обнаружения вирусов
Ученые химико-биологического кластера ИТМО разработали высокочувствительного наноробота из молекул ДНК, способного быстро обнаруживать наличие возбудителей болезней в образцах, например, взятых со стенок носа. Его эффективность проверена на COVID-19, но в перспективе ДНК-роботы могут быть адаптированы для выявления и других вирусов. По точности диагностики новая разработка сравнима с ПЦР-тестами, которые на данный момент являются одним из самых чувствительных методов молекулярной диагностики инфекционных заболеваний. Система способна обнаружить вирус, даже если он присутствует в малом количестве. При этом ДНК-роботы не требуют лабораторных условий, дорогих реагентов и обученного персонала и в этом плане похожи на экспресс-тесты. Уже в ближайшем будущем должны появиться первые образцы новых тест-систем для домашнего использования.
Ноябрь: синтезировали аналог самого сложного минерала на Земле
Группа кристаллографов из Санкт-Петербурга смогла синтезировать в лаборатории аналог самого сложного со структурной точки зрения минерала Земли — юингита. Основу его кристаллической структуры составляют нанокластеры из атомов урана и карбонатных групп. Из-за специфических термодинамических условий, необходимых для его образования, минерал считается очень редким. Даже несмотря на значительный опыт человечества в синтезе кристаллических структур, для воссоздания в лаборатории этого уникального творения природы понадобилось полтора года. Кроме фундаментального научного интереса, данное исследование представляет и вполне практическую ценность, поскольку даже на выработанных месторождениях остаётся значительное количество урана в рассеянной форме. Поняв механизм вторичного минералообразования (перекристаллизации), в результате которого образуется юингит, можно будет контролировать процессы выноса урана в окружающую среду.
Декабрь: нашли способ быстро измерить качество воды, продуктов и лекарств
Исследователи из Пензы разработали трехэлементный резонансный двухполюсник — устройство, которое позволит измерять качество продуктов в магазинах, чистоту воды и воздуха, определять параметры датчиков физических величин, электрорадиоизделий и так далее. Устройство представляет собой схему замещения материалов и их свойств. В зависимости от схемы замещения, то есть от характеристик устройств и объектов, подключенных к этому прибору, можно будет узнавать качество продукции широкого спектра использования. При этом новый измерительный метод справляется с работой намного точнее, чем существующие. Таким образом, устройство будет полезно в измерительных приборах практически всех отраслей человеческой деятельности, включая медицину, пищевую и тяжёлую промышленность, электронику и так далее.
Достойные упоминания
Также 2022 год запомнится как один из прорывных в области ускорения частиц. Так, в июне объединённая группа российских учёных смогла создать ускоритель частиц комнатных размеров, сопоставимый по мощности с огромными агрегатами. В его основе лежит преобразование лазерной энергии в высокоэнергетический поток гамма-излучения. При этом, средний КПД лазерной энергии достигает 0,05 %, однако в ходе тестовых работ учёные установили рекорд по эффективности преобразования энергии лазера в гамма-кванты с энергией выше 10 МэВ — порядка 1,4 %.
А в ноябре на отечественном инжекционном комплексе NICA (аналог Большого адронного коллайдера) в Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ учёным удалось разогнать настолько тяжёлые ионы, которые в настоящее время не ускоряются до релятивистских энергий ни в одном научном центре. Ионы ксенона после ускорения в Бустере перезаряжены до состояния голых ядер, инжектированы в Нуклотрон, получена устойчивая циркуляция пучка, ускоренного до энергии около 3 ГэВ/нуклон. Была также испытана прикладная станция СОЧИ на ионах аргона, которая на выведенном пучке в будущем будет вести облучение чипов.