Пять самых прорывных и перспективных достижений сибирской науки, которые могут изменить экономику страны

Несколько лет назад, выступая на форуме «Технопром», президент России Владимир Путин назвал Новосибирск научной столицей России. И там же поставил задачу: наука в России должна стать двигателем экономики. В материале «Континента Сибирь» ─ пять открытий и разработок институтов Академгородка, которые уже в ближайшем будущем должны стать теми самыми «драйверами» развития в разных отраслях экономики. Радиофотонные системы связи  Связь нового поколения — радиофотонная — позволяет быстро передавать большие объемы данных по оптоволоконным каналам и в открытом пространстве. Она обеспечивает широкую полосу пропускания (от 10 гигагерц и выше), что эквивалентно передаче сотен гигабит в секунду на расстояния до ста километров. Модуль мощного СВЧ-фотодетектора с волоконным вводом СВЧ-фотодиода ИФП СО РАН.  Фото предоставлено ИФП СО РАН СВЧ-сигнал по оптоволокну передается при помощи лазера и модулятора, а фотодиод принимает световое излучение и преобразовывает его в электрический ток. Фотодиод должен выдавать быстроменяющийся ток большой мощности, так как входящий световой сигнал тоже меняется быстро. Соблюдать оба условия (и большую мощность, и быстрое изменение тока) – сложная задача, но ее решили технологи Института физики полупроводников (ИФП). «В наших фотодиодах заинтересованы отечественные предприятия, в России такие компоненты не производятся. Сегодня в ИФП СО РАН сделаны фотодиоды, по диапазону приближающиеся к 40 гигагерцам — очень мощные, широкополосные. Они переданы на ряд предприятий, которые сейчас применяют их для своих работ», — рассказал «Континенту Сибирь» директор ИФП СО РАН, академик РАН Александр Латышев. Также специалисты ИФП СО РАН разрабатывают и другие компоненты для новых систем связи: электрооптический модулятор и лазер. Попигайские алмазы Впервые эти алмазы обнаружили еще советские геологи в 1971 году, исследуя Попигайский кратер, расположенный на границе Якутии и Красноярского края. Свыше 35 млн лет назад здесь врезался в нашу планету небольшой астероид, в результате взрыва, содержащийся в породе графит перешел в алмазную фазу. Точнее, образовались импактные (или ударные) алмазы, некоторые разбросало на сотни километров вокруг, но большая часть сосредоточена в кратере: там содержание минералов составляет до 100 каратов на тонну породы. Сотрудники Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН (на фото) по собственной инициативе на протяжении ряда лет изучали концентрат попигайских алмазов. Фото автора Изучая привезенные из экспедиции образцы, ученые установили, что этот тип алмазов обладает рядом интересных свойств, в частности, исключительной абразивной способностью (то есть хорошо снимают вещество), в разы большей, чем у обычных алмазов, природных и синтетических. А вот для ювелирной обработки попигайские алмазы оказались непригодными. Это обстоятельство, а также удаленность месторождения от освоенных территорий (ближайший населенный пункт находится в 130 км от кратера) стали причиной, по которой в 1986 году проект по разработке месторождения закрыли и засекретили. Но сотрудники Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева (ИГМ) СО РАН по собственной инициативе на протяжении ряда лет изучали концентрат попигайских алмазов, добытый в 1970-х годах. А когда в 2012 году  месторождение рассекретили, организовали туда новые экспедиции, развернули новую исследовательскую программу, подключив к ней и другие научные институты. Сейчас ИГМ СО РАН взял на себя геологические и минералогические исследования Попигайского кратера, а также, координацию всей научной работы по попигайским алмазам. Технологию обогащения руды отрабатывают в Сибирском федеральном университете (Красноярск).  Экономическую целесообразность использования импактных алмазов просчитывает Институт экономики и организации промышленного производства СО РАН. А в Национальной академии наук Белоруссии занялись технологическими свойствами алмазов: соединив попигайские алмазы с кремнием, получили композит, который по устойчивости значительно превосходит аналоги из синтетических алмазов. Это позволяет разработать перспективный инструмент для буровых работ, металлообработки и так далее. Кроме того, в Объединенном институте машиностроения НАН Беларуси доказали, что сам дробленый тагамит, из которого добываются импактные алмазы, можно использовать в качестве абразивного материала. Что интересного и полезного делает сейчас Академия наук? Мнение академиков Сегодня уже понятно, что Попигайский кратер является единственным в мире месторождением импактных алмазов с извлекаемыми запасами (их прогнозная оценка составляет триллионы карат). «Это на порядок выше всех разведанных мировых запасов. Потребности мировой экономики в этом сырье очень большие, уже сейчас требуется около 3 млрд карат ежегодно, а мы можем стать фактически монополистами. Другого такого месторождения просто нет», - заявлял ранее научный руководитель ИГМ СО РАН, академик РАН Николай Похиленко. Главной проблемой остается все та же удаленность месторождения от существующей хозяйственной инфраструктуры (дорог, обогатительных фабрик и т. п.). Так, в марте этого года был объявлен аукцион на право геологоразведки и добычи алмазов на месторождение Встречное, которое является частью Попигайского месторождения. Начальная цена на аукционе была определена в 44,86 млрд рублей. Аукцион должен был пройти 29 марта, заявки принимались до 14 марта. Из-за отсутствия заявок аукцион был признан несостоявшимся. Однако, попигайские алмазы ─ слишком ценный ресурс, чтобы о них снова надолго забыли, тем более сейчас, когда, благодаря работе сибирских и белорусских ученых, есть понимание, как их добывать и как потом применять. Особенно, когда в условиях санкций страна лишилась доступа ко многим западным высокотехнологичным инструментам, а для развития своей инструментальной промышленности стране остро не хватает абразивного материала. Семантическое программирование Некоторое время назад в Институте математики (ИМ) им. С. Л. Соболева СО РАН ученые, занимаясь решением задач в области создания искусственного интеллекта, столкнулись с вопросом – как точно сформулировать для компьютерной программы ее задачу и критерии правильного решения. Это не просто теоретическая проблема – «Континент Сибирь» уже рассказывал, что создание доверительного, объяснительного искусственного интеллекта, гарантирующего надежность и своевременность принимаемых программой решений, является одной из главных задач в области развития этого направления ИТ-технологий. Дмитрий Свириденко позитивно оценивает перспективы семантического программирования. Фото предоставлено пресс-службой ИЦИГ СО РАН Решая эту задачу, ученые ИМ СО РАН разработали оригинальное направление в программировании – семантическое. «Если очень кратко, идея была простая. Стандартные языки программирования лежат в рамках императивного подхода, это команды, а семантическое программирование опирается на декларативный подход, согласно которому человек так формулирует задачу, чтобы машина могла извлечь решение из формулировки. Фактически мы убираем из процесса так называемых кодировщиков, автоматизируя этот процесс», ─ объяснил «Континенту Сибирь» один из создателей семантического программирования, профессор НГУ, д.ф.-м.н. Дмитрий Свириденко. Это направление является очень перспективным именно с точки зрения развития систем искусственного интеллекта. Уже сейчас на его основе созданы вполне эффективные и современные программные продукты. Например – платежная система сервиса «Московское парковочное пространство», ряд решений для телекоммуникационных компаний (в частности известный всем абонентам МТС сервис «*111#»), другие сервисы, связанные с транзакциями. Сейчас сотрудниками Института математики СО РАН создается еще одна платформа на основе семантического программирования, предполагается, что она будет использовать алгоритмы, не требующие очень сложных вычислений, а значит программные продукты  на ее основе не будут очень требовательны к производительности компьютера. Это позволит еще шире внедрять технологии искусственного интеллекта в разные области экономики и повседневной жизни людей. Циклолёт Впервые беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки на циклических движителях «Циклолет», созданный учеными Института теплофизики им С. С. Кутателадзе СО РАН совместно с научно-производственным предприятием «Автономные аэрокосмические системы», был показан на форуме «Армия-2020». И сразу вызвал немалый интерес у специалистов. Его отличительные особенности: малые габариты, низкий уровень шума, возможность посадки на неподготовленные негоризонтальные площадки и даже причаливание к вертикальным и наклонным поверхностям, что не под силу вертолету или квадрокоптеру. А еще он использует не китайский двигатель (что является одним из главных «узких мест» в организации производства БПЛА в России), а циклический движитель, разработанный в РФ. Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе (на фото) давно работает над циклокарами. Фото автора После первой демонстрации прототипа нового летательного аппарата работа продолжилась в двух направлениях. В рамках первого стояла задача создания аппарата весом около 30 килограммов для перевозки небольших грузов и видеонаблюдения. Параллельно работали над прототипом циклокара, массой более двух тонн с циклическими движителями. Прототипы обоих вариантов были представлены в прошлом году на форуме «Архипелаг-2023», проходившем в Новосибирске. Маленький циклолет обладает уникальной маневренностью, способностью преодолевать большие расстояния и возможностью вертикального взлета и посадки, что делает его особенно полезным для применения в труднодоступных местах. Его больший «собрат» предназначен для использования в коммерческих целях, таких как доставка грузов и пассажирские перевозки. Уникальная конструкция аппарата позволяет осуществлять полет как во внутренних пространствах, так и на открытом воздухе. «Маленький аппарат готов к запуску в промышленное производство, есть компания, которая собирается этим заниматься, по большому аппарату подготовлена смета, его облик нарисовался в виде технического задания, ждем организацию, того, кто бы хотел это профинансировать», ─ сообщил участникам форума заместитель директора Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН Артур Бильский. Он также рассказал, что для циклолета разработан воздушно-алюминиевый топливный элемент мощностью до 100 ватт. Теоретические расчеты показывают, что скорость аппарата может составлять до 100 километров в час. Для управления циклолётом было разработано специальное программное обеспечение. Несколько позже, на форуме «Технопром 2023», руководитель проектной группы воздушных средств Фонда перспективных исследований (ФПИ) Ян Чибисов пообещал, что опытный образец двухтонного аэромобиля-циклолета поднимется в воздух в России в конце 2025 года. Ожидается, что новый тип летающего транспорта будет востребован как в военных, так и в гражданских целях. Мискантус Сорановский В Советском Союзе огромные посевные площади были выделены для производства хлопчатника, предназначенного, прежде всего, для получения целлюлозы. Это было во всех смыслах стратегическое сырье. Целлюлоза шла на производство бумаги, красок, клея, строительных материалов и пороха для оборонной промышленности. Образцы разных типов целлюлозы, полученной из мискантуса Сорановского. Фото автора После распада СССР Россия оказалась отрезанной от данного стратегического сырья. В качестве возможной альтернативы ему был предложен мискантус. Это растение, найденное в ходе организованных Институтом цитологии и генетики (ИЦиГ) СО РАН экспедиций на Дальнем Востоке, очень продуктивно в плане прироста биомассы. И почти половину этой биомассы составляет как раз целлюлоза. Но мискантус – растение теплолюбивое, и встал вопрос, сохраняются ли его ценные хозяйственные качества в российских условиях. Ответ на него искала группа сотрудников ИЦиГ СО РАН под руководством кандидата биологических наук Сергея Пельтека.  Результатом их работы стал сорт мискантус Сорановский, который можно выращивать не только на юге страны, но и в той же Сибири. Согласно данным ИЦиГ СО РАН, с одного гектара плантаций этого растения можно получать в среднем до четырех тонн целлюлозы для использования в качестве сырья в различных отраслях промышленности. В 2020 году индустриальный партнер НПО «БИОТЕХКОМПОЗИТ» организовал в Московской области пробную плантацию мискантуса и запустил опытную производственную линию по выработке целлюлозы. Далее им было организовано производство биоразлагаемой посуды из целлюлозы, получаемой при переработке мискантуса. Сейчас в компании совместно с учеными отрабатывают технологии производства биоразлагемых упаковочных материалов, целлюлозного волокна для текстильной промышленности, а также переработки целлюлозного волокна в углеродное, которое широко используется в современных композитных материалах для авиастроения, автомобилестроения и ряда других отраслей промышленности. Параллельно в стране формируется сеть предприятий по производству и переработке этого многолетнего травянистого растения в целлюлозу. Запущен и работает опытный завод в Московской области, определена площадка под производство в Новосибирской области, достигнута договоренность о создании еще одного в Калининградской области. «Институт продолжает развивать технологии выращивания этой культуры. По мере того, как растет интерес к ней в разных регионах России, перед нами встает задача создания на базе мискантуса сорта «сорановский» большой линейки сортов, адаптированных под разные климатические условия и разные цели дальнейшей переработки», – рассказал «Континенту Сибирь» заместитель директора ИЦиГ СО РАН по инновационной деятельности Петр Куценогий.