История первая. Революция света
Путь от фундаментальных исследований до продуктов и технологий, меняющих наш мир, труден и тернист. Недаром появился такой мрачноватый термин, как «долина смерти» - кризисный этап между получением научного результата и его коммерциализацией. Найти общий язык ученым и предпринимателям помогает Российский научный фонд (РНФ), который с 2023 года наряду с фундаментальными проектами поддерживает прикладные исследования. И сегодня при поддержке Фонда совместно с ведущими технологическими компаниями страны реализуются уже более 120 НИОКР, направленных на разработку решений для электронной и химической промышленности, сельского хозяйства, медицинской и транспортной сфер.
Предлагаем вниманию читателя четыре истории успеха, которые были представлены на пресс-конференции «Тренды на стыке науки и бизнеса», состоявшейся накануне Дня российской науки в Международном мультимедийном пресс-центре медиагруппы «Россия сегодня». Грантополучатели РНФ рассказали о своих проектах и поделились мыслями о том, как науке выстраивать диалог с бизнесом.
Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе можно назвать колыбелью полупроводниковых лазеров - именно здесь группой под руководством Жореса Алфёрова был создан первый в мире полупроводниковый лазер на основе гетероструктур, работающий в непрерывном режиме при комнатной температуре. В США его успех повторили лишь годом позже. За развитие полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной и оптоэлектроники в 2000 году Ж.Алфёров (совместно с Гербертом Крёмером и Джеком Килби) получил Нобелевскую премию по физике.
Фото Николая Степаненкова
Сегодня ученые ФТИ им. А.Ф.Иоффе при поддержке Российского научного фонда занимаются исследованиями квантово-каскадных лазеров. Руководитель проекта «Разработка конструкции и технологии изготовления одночастотных квантово-каскадных лазеров среднего инфракрасного диапазона 4-9 мкм» - главный научный сотрудник ФТИ им.А.Ф.Иоффе, доктор физико-математических наук Григорий Соколовский начал свое выступление с того, что обрисовал захватывающую картину:
– Мы даже не замечаем, что участвуем в революции света. Благодаря успехам фотоники свет проник во все отрасли нашей жизни. Речь уже не об отдельных лазерах, а о целой инфраструктуре, которой мы пользуемся. Волоконная оптическая связь сделала возможным информационное общество. Без оптического волокна передача больших объемов информации была бы невозможна.
Смартфоны сканируют наши лица, роботы благодаря лидарам находят дорогу, 3D-сканирование и 3D-печать изменили представления о производстве. И, как в свое время транзисторы, лазеры начинают группировать на одной микросхеме десятками, сотнями, уже скоро счет пойдет на тысячи. Фотонные интегральные схемы вот-вот полностью изменят нашу жизнь.
Не вдаваясь в технические подробности, Г.Соколовский рассказал, что в проекте, которым он руководит, ученые работают над квантово-каскадным лазером инфракрасного диапазона, с длиной волны примерно в десять раз больше, чем в видимом диапазоне, что дает удивительные возможности для контроля и оптимизации производства, мониторинга чистоты воздуха, обнаружения утечек вредных веществ даже с большого расстояния.
Из-за большой длины волны и малого сечения рассеяния на частичках пыли или тумана квантово-каскадные лазеры могут быть использованы также для оптической связи через замутненную атмосферу. Такую связь можно при необходимости организовать очень быстро, скажем, между кораблем, идущим по Северному морскому пути, и берегом или в случае стройки на удаленных территориях, когда обычная вышка сотовой связи не справляется, а развивать оптоволоконную сеть невозможно или просто не имеет смысла.
– Коллеги из НИИ «Полюс» в Москве, осознав рыночный потенциал квантово-каскадных лазеров, обратились к нам с просьбой помочь с их разработкой, - рассказал Г.Соколовский. - Поскольку мы уже давно этим вопросом занимались и наш институт имеет давние партнерские связи, договорились относительно легко.
Что же касается РНФ, то Фонд, отметил ученый, оказывает очень важные брокерские услуги. Его прикладные конкурсы построены гораздо сложнее, нежели фундаментальные. Сначала РНФ собирает заявки от технологических компаний и отбирает из них наиболее жизнеспособные, то есть имеющие большой потенциал стать продуктом. Потом объявляет конкурс среди ученых. Победители получают грант. Технологическая компания, заказчик, обязуется разработанные ими технологии внедрить. «Фонд выплачивает деньги, но дает гораздо больше: нам, ученым, - новое видение, обществу - прибавочную стоимость. И помогает выстроить диалог ученых и бизнеса, - подчеркнул Г.Соколовский.
История вторая. И подскажет, и предостережет
Второй проект, представленный на пресс-конференции, назывался «Разработка интеллектуальной системы по безопасности и информированию водителя транспортного средства (на основе данных, обработанных локальной нейросетью, интегрированной в бортовую информационную систему транспортного средства)».
Фото Николая Степаненкова
– Создается интеллектуальный помощник водителя, который будет постоянно следить за безопасностью дорожного движения и функционированием автомобиля, а также за состоянием водителя, чтобы он не заснул, не потерял контроль над дорогой, - объяснил руководитель проекта доцент кафедры информационных и автоматизированных производственных систем Кузбасского государственного технического университета им. Т.Ф.Горбачева Илья Сыркин. - Наша разработка - это не автопилот и не замена водителю. Это, скорее, его умный и внимательный ассистент, который всегда рядом и всегда на страже, не даст совершить ошибку, подскажет, когда лучше сбавить скорость или даже остановиться и отдохнуть». По сути, это компьютерная программа.
Аналогичные разработки в мире существуют, но в целях импортозамещения было необходимо создать систему на базе отечественных решений. Ученые работают над ней в сотрудничестве с ПАО «КамАЗ», она станет частью большого комплекса бортовой электроники грузовиков, выпускаемых индустриальным партнером.
Сценарий тот же, что и в первом случае: РНФ организовал конкурс заказчиков технологических предложений, «КамАЗ» выставил свои заявки, часть из них Фонд одобрил. А ученые КузГТУ выиграли грант и начали плотно взаимодействовать с центром передовых разработок «КамАЗа». «Нам, в принципе, довольно легко находить общий язык, мы прекрасно друг друга понимаем, ведь мы технологический вуз», - заметил Илья Сергеевич.
Вопросов к докладчику было мало, но прозвучало пожелание, чтобы «интеллектуальный помощник» поскорее появился не только в промышленном, но и в гражданском транспорте. Это особенно актуально, если за рулем легковушки начинающие водители или пожилые люди.
История третья. Эпоха нефтехимии
Сегодня практически 95% химических процессов в различных областях происходят благодаря катализаторам. С их помощью получают бензин и дизельное топливо, пластик и лекарства… Один из крупнейших исследовательских центров в этой сфере - Институт нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева РАН (ИНХС РАН).
Фото Николая Степаненкова
Отвечая на вопрос о разработке новых катализаторов, директор института академик РАН Антон Максимов отметил, что РНФ поддерживал работы, направленные на внедрение результатов, уже давно. Вначале это были лаборатории мирового уровня, в ИНХС РАН их три, и две из них трудились над созданием новых катализаторов и химических процессов непосредственно с индустриальными партнерами.
В 2023 году в конкурсе прикладных проектов приняла участие компания «СИБУР» как заказчик технологических предложений. Первой ласточкой в химии стали катализаторы полимеризации, за разработку которых взялись сразу несколько научных институтов и вузов. Эти катализаторы обладают специфическим свойством: их изменение позволяет менять получаемый полимер. То есть фактически появилась возможность делать целую гамму продуктов. «Сейчас эти проекты завершаются, “СИБУР” уже объявил о начале строительства катализаторной фабрики, что очень важно и для химии, и для страны в целом», - заметил академик.
Сегодня реализуются новые проекты. Например, стоит задача создания катализатора процесса получения сырья для синтеза полиэтилентерефталатов. Широко распространены бутылки из пластика, одежда из химических волокон, но в России есть проблема - дефицит сырья, из которого получают эти материалы. Компания «Татнефть» на нефтеперерабатывающем заводе «ТАНЕКО» реализует проект, направленный на производство миллионов тонн терефталевой кислоты. Потребовались катализаторы. На их создание и нацелен проект «Разработка каталитических систем для изомеризации ксилолов и трансалкилирования ароматических углеводородов».
– Фактически мы сейчас в России проходим стадию обеспечения импортонезависимости в нефтепереработке, и она уже практически завершилась, - рассказал А.Максимов. - Благодаря различным программам, в том числе и программам РНФ, нефтепереработка накопила огромный материал для реализации прикладных разработок. Активно работают крупные и мелкие катализаторные фабрики. Скорее всего, здесь в ближайшее время проблем практически не будет. Мы создаем новые катализаторы или аналоги тех, которые для России сейчас недоступны, чтобы обеспечить импортонезависимость, а в ряде случаев и лидерство в нефтехимии.
Отвечая на вопрос о взаимодействии с индустриальными партнерами, директор ИНХС РАН отметил, что «бизнес - всегда жесткий заказчик, потому что у него задача не понять, как устроен мир, а обеспечить свое производство, чтобы зарабатывать деньги, и если идея не сулит денег, бизнес, скорее всего, не согласится ее реализовывать».
Ученые говорят на языке законов природы, химических реакций, бизнес - на языке коммерческих задач. Нужно перевести то, что просит бизнес, на язык, понятный ученым. Но и сам бизнес должен учиться формулировать свои задачи по-новому, следить за тем, что происходит в науке, замечать то, из чего могут вырасти новые прикладные решения.
Наконец, необходимо выстраивать долгосрочные отношения между наукой и бизнесом. «Когда это происходит, вы начинаете друг другу доверять, - объяснил А.Максимов. - И вот здесь, кстати, роль РНФ тоже очень важна. Фонд, с одной стороны, поддерживает эти отношения финансово, с другой - дает экспертную оценку решениям. Как признают и ученые, и бизнес, экспертная система РНФ - одна из самых мощных в стране, и это позволяет бизнесу на первом этапе взаимодействия с научной организацией чувствовать себя более уверенно».
История четвертая. Почти фантастическая
Результат еще одного проекта, поддержанного РНФ, журналисты могли увидеть своими глазами. Небольшой прибор на столике оказался прототипом портативного биопринтера, то есть принтером, «печатающим» живые ткани.
Фото Николая Степаненкова
– Наша команда исследователей с детства была вдохновлена научно-фантастическими фильмами, в которых главные герои с помощью неведомого устройства могли залечивать любые раны, - рассказала молодой ученый Анастасия Шпичка, кандидат биологических наук, заведующая лабораторией прикладной микрофлюидики Института регенеративной медицины Сеченовского университета. - Мы стремились сделать такие технологии реальностью. Нашим основным инструментом стала биопечать.
Благодаря поддержке РНФ и Сеченовского университета появился портативный биопринтер «Биоган». Для того, чтобы восстанавливать ткани, мы, врачи, инженеры, биологи, материаловеды, разработали целый комплекс. Идея простая: у пациента забирают клетки, обрабатывают их, формируют особые клеточные шарообразные агрегаты-сфероиды, вносят гель - так получают биочернила. С помощью специального устройства их наносят на место повреждения, которое потом для стимуляции регенерации тканей облучают фотобиомодулятором - устройством для воздействия низкоинтенсивным излучением в красном и ближнем инфракрасном диапазонах.
Разработка уже прошла клинические испытания, в том числе на модели незаживающей раны у свиней. Полученные результаты легли в основу первого в России биомедицинского клеточного продукта на базе стволовых клеток. Он производится в лицензированных чистых помещениях Сеченовского университета. Есть разрешение от Минздрава на применение его в клинике.
Заметим, что незаживающие раны - одно из распространенных и грозящих летальным исходом осложнений у пациентов с сахарным диабетом и венозной недостаточностью.
– Наш следующий шаг - патентование и регистрация других компонентов разработанного комплекса. В частности, самого устройства и геля как компонента биочернил, - рассказала Анастасия Иосифовна. - Чтобы наша мечта стала клинической рутиной, необходимо пройти все предусмотренные законодательством процедуры.
Таким образом, фундаментальные исследования, начатые при поддержке РНФ благодаря вовлечению университета как производственной площадки и квалифицированного пользователя, привели к разработкам, которые начинают внедряться в клинике.
Подготовила Наталия БУЛГАКОВА
Обложка: фото Николая Степаненкова
