Исследователи ЮФУ знают, каким будет кремниевый век
Вы умеете придумать новое? С желаемыми свойствами? Тратя при этом крохи веществ? То есть творить, как боги… Я — нет. А вот в Южном федеральном университете (ЮФУ), точнее, в его Международном исследовательском институте интеллектуальных материалов (МИИ ИМ) придумывают технологии, которые в рамках Программы «Приоритет 2030» назвали «Форсаж материалов». То есть берут курс не на импортозамещение, а на импортоопережение, решая весьма нетривиальные задачи.
Может потому, что МИИ ИМ — организация юная, появившаяся под этим именем в 2018 году. Но институт и по возрасту сотрудников юн: минимум 15 из 60 штатных сотрудников не достигли 25 лет. Средний же возраст кадров в МИИ ИМ — 30 лет. Посмотришь на основателя этого института и порадуешься: подтянут, бодр, выразительности взгляда, реакции позавидуют многие, хотя по паспорту — 68 лет. О пенсии с грустью явно не думает, обед свой заменяет заплывом в бассейне. Может, помогает родная земля? Тут в Ростове-на-Дону Александр Солдатов (на снимке) и учился, тут же и пригодился — доктор физико-математических наук, руководитель направления наук о материалах ЮФУ. Если зайти на портал scientific.ru в раздел «Кто есть кто?», в группе наиболее активно цитируемых ученых всех специальностей г. Ростова-на-Дону первой увидите фамилию Солдатова, а среди семи последующих — четырех его учеников. Вообще-то учеников у Александра Владимировича гораздо больше: защитившихся под его руководством кандидатов 27 и докторов наук — 4. Пятая появится в этом списке осенью, в сентябре защищает докторскую. Вот такой он наставник. В его возрасте большинство уже брюзжит: все вокруг живут не так. А ему ныть, похоже, некогда, да и не о чем, явно считает себя везунчиком: с признательностью вспоминает семью, комсомол, университет, где его научным руководителем был М.А.Блохин, профессоров из Италии… В 1990-х, сразу после защиты кандидатской, страна отправила его на стажировку в Рим. Там Александр научился правильно составлять заявки на гранты, в том числе международного уровня, писать статьи в высокорейтинговые научные журналы. У нас тогда эти умения еще не были распространены, и, освоив их, Солдатов сумел создать в вузе Научно-образовательный центр, которым никому не было позволено командовать. Да и не рвались, так как к деньгам центра не имел отношения ни один декан: НОЦ выполнял проект, на финансирование которого команда Солдатова выиграла в 2013 году так называемый мегагрант по Постановлению №220 Правительства РФ. Зарубежным представителем, как догадываетесь, был итальянец — не зря Солдатов за время стажировок выучил итальянский и начал свободно общаться на нем. Карло Ламберти из Университета Турина оценил готовность Александра Владимировича браться за нерешенные проблемы мировой науки. В МИИ ИМ вспоминают Карло Ламберти с глубокой признательностью и острой болью: коллега из Италии умер в 2019 году, но вместе с ростовчанами за пять лет (грант — 3 года плюс 2 года — продление) успел построить лабораторию международного уровня полного цикла. Почти одновременно эта же группа, численностью с десяток человек, подала заявку в Российский научный фонд на конкурс создания новой лаборатории. И тоже выиграла.
— Что это значит?
— Для создания материалов полный цикл — это моделирование (суперкомпьютерное, теоретическая часть — какие, с какими свойствами надо взять атомы, как расположить), потом синтез вещества и дальше — диагностика — а что же мы получили? — объясняет Солдатов. — Для этого, как понимаете, в команде должны быть и IT-специалисты (специалисты по суперкомпьютерам), и химики, и физики. Как свои, так и иностранцы. Мы даже запустили программу двойных дипломов с вузами Италии. А окрепнув, в 2014 году из лаборатории выросли в Международный исследовательский центр интеллектуальных материалов. По мегагранту у нас сложилось реальное сотрудничество с крупнейшими европейскими центрами mega-science в Германии и Франции. У нас в институте заведено тратить много больше времени на анализ мирового опыта и обсуждения с ведущими международными учеными, чем на «кропание» своих статей. Кстати, и наш сайт мы сначала заполняем на английском — международном языке науки, а уж потом переводим на русский.
— Сейчас это актуально?
— Конечно. Новые материалы и технологии их диагностики — темы, значимые для лабораторий не только Запада, но и Востока. Ну а вдумчивое отношение к работам коллег всегда окупается. Настоящую науку сохраняет преемственность. Я убежден, что нет студенческой или молодежной науки, наука как семья: дети растут, перенимая навыки и убеждения взрослых. Исследователь растет в коллективе. Например, наш нынешний замдиректора по науке Александр Гуда зачастил к нам, еще будучи старшеклассником, решая, кем хочет стать. В результате поступил на физфак, а в 2017 году выиграл право провести первым эксперимент на самом мощном в мире рентгеновском лазере на свободных электронах в Германии. Да и сейчас у нас есть сотрудница-школьница, аттестат через год только получит, но и ей нашли свой кусочек общего дела из задач гранта РНФ по разработке нанокомпозитов для рентгеновской фотодинамической терапии в онкологии.
— Школьнице? Откуда такая смелость?
— Мы стараемся в коллектив брать людей, интересующихся задачами, которые в мире еще никто не решил. А с молодежью интереснее, они лучше владеют гаджетами, быстрее понимают, как технологии искусственного интеллекта приспособить для глубокого машинного обучения, а установки mega-science — для ускоренного создания новых материалов и их диагностики. В Европе, правда, сейчас запрещено иметь дело с русскими под страхом лишения любого финансирования. Нельзя даже публиковать с нашими именами статьи о ранее сделанных совместно работах. Просто определенный пласт труда величиной года в два закрывают, а без него публиковать результат нельзя и с ним — нельзя. Досадно, но в ярость и отчаяние не впадаем, ищем другие пути. Ученый привык, что в эксперименте не все получается. Помните книгу «Физики шутят»? Там все написано: «Если неприятность может случиться — она случается». А следствие из этого правила? «Если неприятность не может случиться, она случается тоже». С грантами так же. Хоть я и выигрываю в 85-90% случаев, но не каждая заявка получает поддержку. Надо просто без устали продолжать идти дальше…
— А куда? Как вы определяете свои цели?
— В международном сотрудничестве сейчас переориентируемся на Индию, Китай, Иран, совсем не бедные высокотехнологичные страны. Для наших работ важна подготовленная структура, хорошо образованные кадры. В Индии, кроме того, распространен английский язык, а Китай быстро прогрессирует потому, что много средств вкладывают в науку, плюс они давно людей своих посылали за рубеж стажироваться, а потом на хорошие условия возвращали на Родину.
— Ваши ученики тоже в основном за рубежом?
— Нет, всего пятеро из 32. Остальным больше нравится в России. Понимаете, у нас хорошие условия: у каждого аспиранта свой оборудованный кабинет, а не пятеро аспирантов в одной комнате, как в Туринском университете (Италия), современное оснащение. Я в непростые годы, чтобы содержать семью, к счастью, не готовил «болванчиков» к поступлению в вуз, а занимался только наукой. Но так как внутри России это было тяжело, мне пришлось много поездить по высокоразвитым странам. Когда по полгода дома не бываешь, мотаешься, ищешь возможности поработать на достойном оборудовании и заработать прилично — это очень неприятно. И мне хотелось создать для молодых, которые захотят заниматься наукой в нашей стране, условия, чтобы они не метались в поисках денег на исследования. Поэтому все, что создано в институте, подчинено одной цели — чтобы наши таланты могли науку делать на Родине. И у меня очень много классных специалистов. Например, мы работаем в области рентгеновской спектроскопии поглощения. Специалисты в этой сфере имеют свое общество — XAS Society и раз в три года проводят конференции. Так вот в этом обществе два моих ученика получили призы за лучшую работу молодого ученого. Первую — Григорий Смоленцев, а в прошлом году — Кирилл Ломаченко. Таких наград за всю историю общества вручено 16. Две из них — у нас. В целом мире нет другой такой лаборатории. На любой конференции ростовская делегация — самая представительная, не из Китая, не из США. А сколько работ МИИ ИМ на обложках иностранных научных журналов первого квартиля? Больше десятка. Это тоже гордость.
— Можно подробнее о сути ваших работ? В названии МИИ ИМ уйма амбиций — международный институт, интеллектуальные материалы…
— Да, мы создаем технологии получения smart-материалов для нановоздействия в онкологии — это когда лекарство микродозами доставляется точно в больной орган; для фото-каталитических реакций получения «зеленого» водорода — без разрушающего влияния на планету; для производства долгоиграющих аккумуляторов — чтобы телефон работал пару суток без подзарядки. Одна из аспиранток синтезирует материалы для длительного хранения спелых фруктов и овощей, другие придумывают нанокатализаторы для топливных элементов, третьи — новые типы сорбентов для очистки воды и восстановления почв.
— Широкий спектр забот руководителя, имеющего физическое образование. Даже не верится, что сил коллектива в 60 человек на такое хватает…
— Я руководитель направления науки о материалах в ЮФУ, а не директор МИИ ИМ. Тут я профессор. Главное в институте — молодежь, у нее серьезные цели. Мы в 1980-е были заточены на решения комсомола, партии, в 1990-е у молодых главным ориентиром стали зарплата, карьерный рост, а нынешним важно участие в социально значимых проектах. Да! Они в своей компании хвастают не шмотками и командировками за рубеж, а тем, что их работа — борьба с онкологией или глубокая переработка углеводородов, а то и задачи продовольственной безопасности России… Конечно, у нас ребята не «с улицы», отобранные, прошедшие длительные стажировки в ведущих международных центрах. Они хотят заниматься важными для человечества вещами, волонтерами идут, много хорошего делают.
— А все-таки что объединяет палитру тем?
— Метод XANES-спектроскопии. Облучая вещества и анализируя характеристики спектра атомов, мы понимаем точную структуру вещества, знаем, как в ней атомы расположены относительно друг друга. А это расположение определяет свойства: графен, графит, алмаз — все углерод, но по-разному организованный из атомов. Мой учитель М.Блохин, когда его ректор РГУ Ю.Жданов пригласил, приехал из Питера, где работал под руководством А.Алиханова, ученика А.Иоффе, привнесшего в СССР школу В.Рентгена. Профессор Блохин основал в Ростовском госуниверситете (ныне ЮФУ) множество направлений, в том числе и то, которым занялся я, — спектроскопия XANES. Благодаря ей знаем, как надо расположить атомы, чтобы получить желаемые характеристики материала. Понимая зависимости, можем смоделировать на компьютере будущее вещество и затем уже получить его в эксперименте. Инструмент у нас для этого — рентген, анализ спектра его поглощения позволяет с высокой точностью определить параметры структуры материала. Работаем как в международных синхротронных центрах, так и на своем лабораторном спектрометре XANES, созданном по нашей заявке в Японии (во всей Европе больше нет такого). В программе ЮФУ по «Приоритету 2030», один из трех основных наш проект «Форсаж материалов», суть его — ускоренный микрофлюидный синтез, а цель — импортоопережение.
— Еще одна амбиция: синтезируете новое из жидкостей, содержащих нанокомпоненты?
— Попробую объяснить. Если хочет страна выжить, надо не замещать что-то существующее, а создавать небывалое, формирующее новые рынки. Помните, что век часто определяется материалом? Век бронзовый, железный, а нынешний…
— Кремниевый?
— Да, но между открытием и массовым применением материала проходят десятилетия. И нас это не устраивает. Считаем, что, объединив возможности mega-science и искусственного интеллекта, можем и выиграть годы, и сэкономить огромные ресурсы, и планету сохранить зеленой. Как? В ЮФУ создана микрофлюидная ячейка для конструирования наноматериалов под управлением ИИ. И речь не о роботах, заменяющих людей. Они для тех, у кого денег много и кому некуда торопиться. Нам торопиться надо. Роботы типа человеческой руки для этого не подходят. Ведь даже чтобы крышечку с банки снять, требуется две роботоруки. Одна держит емкость, а вторая крышку откручивает, да еще пол под ними залей без неровностей, иначе промахнутся, и перепад температуры в помещении не более 0,5 градуса… А мы придумали синтез, используя точность шприцевых насосов, подающих капли вещества только в ту ячейку нанореактора, где пойдет синтез. Нет бесполезной траты исходных реактивов, энергии. Сами разработали и изготавливаем платы для микрофлюидики — микрофлюидные чипы. Нас теперь на конференции приглашают, чтобы мы рассказали, как их производить. Сейчас создаем микрофлюидные системы разного предназначения, участвуя в ФНТП развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на 2019-2027 годы. Длительность проекта — 27 месяцев, стоимость — 366 миллионов рублей. Выполняя один из 21 проекта ФНТП, мы разрабатываем роботизированную систему, позволяющую применять синхротрон не только для диагностики, но и для ускоренного и ресурсосберегающего (в микрореакторе вещества в 10 миллионов раз меньше, чем в колбе) создания новых материалов. Микрофлюидный синтез годится для получения лекарств, катализаторов, нанокристаллов и т.д.
— А вы заточены на что?
— Мы развиваем технологию. Работаем с НИЦ «Курчатовский институт», с МГУ, с медуниверситетом имени Сеченова, с институтами РАН… Готовы поставить системы под задачи заказчиков, то есть разработать микрофлюидные чипы для их процессов, заточить под их цели технологию. У нас уже подготовлена и вся конструкторская документация. Ну, это как создать мультиварку — вроде горшок с крышкой, а можно в нем вкусно и суп приготовить, и кашу сварить, и мясо потушить, и пирог испечь… Нам нужны эксперты заказчика, чтобы четко сформулировали, к каким результатам стремиться. Дело очень перспективное и выгодное. Недавно в журнале Nature опубликована статья американских коллег, в которой они свидетельствуют, что их подобная установка — self-driving labs for materials, упаковываемая для транспортировки в небольшой чемодан, — за год по результативности превзошла сотню квалифицированных химиков, потратив в 10 тысяч раз меньше реактивов, чем обычно. Мы тоже считаем эффекты от внедрения такой технологии: в 10-100 раз увеличивается скорость разработки нового материала, в 100-1000 раз меньше тратится расходников, энергии. Это же так выгодно университетам, исследовательским институтам, высокотехнологичным компаниям, всем, кто создает новые материалы… Это вообще разговор о невероятном будущем, и оно близко.
Елизавета ПОНАРИНА
Фото Николая Степаненкова
Нет комментариев