Противостоять коронавирусу и поймать нейтрино: топ-20 знаковых российских открытий и разработок
Россия входит в топ-10 стран по объему затрат на исследования и разработки. Благодаря национальному проекту «Наука и университеты» создаются инжиниринговые и научно-образовательные центры мирового уровня, запускаются установки класса мегасайенс, строятся научно-исследовательские суда.
Согласно целям нацпроекта «Наука и университеты» Россия должна войти в первую пятерку стран, ведущих разработки в приоритетных областях. На его реализацию заложено 635 млрд рублей. Благодаря нацпроекту модернизировано уже более 200 научных лабораторий, 13,2 млрд рублей получили научные организации на обновление приборного парка. Что еще делается в рамках нацпроекта?
Реализуется программа стратегического академического лидерства «Приоритет-2030». Ее цель — сформировать консорциум из 100 лучших вузов. Ежегодно они смогут получать грант минимум в 100 млн рублей.
К 2024 году на Дальнем Востоке будут построены два научно-исследовательских судна. Они позволят вывести морскую экспедиционную работу ученых на новый уровень.
Создаются научно-образовательные центры мирового уровня (НОЦ). Научно-образовательные центры мирового уровня уже работают в Тюменской, Белгородской, Кемеровской, Нижегородской, Самарской, Архангельской, Тульской и Свердловской областях, Пермском крае и Республике Башкортостан. В 2021 году было отобрано еще 5 центров:
-
«Север: территория устойчивого развития». Реализовывает научно-технологический потенциал северо-востока и Арктики.
-
«Енисейская Сибирь». Первый климатический НОЦ.
-
«Байкал». Ориентирован на применение «зеленых» технологий и экологической безопасности.
-
«МореАгроБиоТех». Задача - создавать высокотехнологичные рынки, развивать морские технологии.
-
НОЦ Юга России. Специализируется на агропроме.
Вице-премьер, сопредседатель Года науки и технологий Дмитрий Чернышенко: «Поставленная Президентом задача по созданию 15 научно-образовательных центров мирового уровня, выполнена. НОЦ должны обеспечивать трансформацию экономики субъектов за счет реализации портфеля практических научно-технологических проектов, разрабатываемых в зависимости от конкретной специализации и потребностей регионов»
Помощник президента РФ Андрей Фурсенко: «Программы развития НОЦ нацелены на качественное расширение научно-технологического пространства России. Регионы, где появляются НОЦ, должны стать локомотивами роста экономики»
К числу уникальных разработок НОЦ можно отнести технологии получения экспресс-имплантов (Уральский НОЦ) и системы бесшовного повторного протезирования несостоятельных клапанов сердца по методу «клапан-в-клапан» (НОЦ «Кузбасс»). В НОЦ «Техноплатформа 2035» и НОЦ «Инновационные решения в АПК» ведутся исследования по созданию системы связи и точного позиционирования больших групп беспилотных летательных аппаратов.
Открываются карбоновые полигоны — территории с уникальной экосистемой для мониторинга потоков климатически активных газов. Первый карбоновый полигон был открыт на базе биостанции Тюменского госуниверситета. Здесь будут отрабатываться технологии улавливания и хранения углерода на территории от арктических тундр до лесостепи.
Также карбоновые полигоны создаются в Чеченской Республике, Краснодарском крае, Калининградской, Новосибирской, Сахалинской, Свердловской областях.
В 2021 году будет создано 120 новых лабораторий, в том числе под руководством молодых исследователей. На эти цели в 2021–2023 гг. будет выделяться около 1,8 млрд рублей ежегодно. В новых лабораториях ученые уже занимаются перспективными разработками — от наноспутников для изучения солнца до аэротакси-беспилотника.
Как итог — растет количество серьезных исследований и открытий, сделанных нашими учеными. Рассказываем о топ-20 из них.
К 2021 году в разных странах появилось несколько вакцин, которые используются против COVID-19. В России в августе 2020 года регистрацию прошел
Сейчас еще одна отечественная вакцина — «Ковивак» от Центра исследований и разработки иммунобиологических препаратов имени Чумакова РАН — проходит третью фазу клинических испытаний.
Почему это важно? Кажется, что ответ очевиден, но все же еще раз напомним: вакцинация — это единственный способ противостоять смертельно опасному вирусу. Вакцинироваться безопаснее, чем болеть COVID-19.
Ученые Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН синтезировали новый фенольный антиоксидант фенозан. Это вещество снижает интенсивность судорожных припадков, предупреждает кровоизлияние в мозг и поддерживает сохранность центральной нервной системы, которая разрушается при эпилепсии.
На основе антиоксиданта фенозана было разработано противоэпилептическое лекарство «Дибуфелон». В 2021 году оно поступило в аптеки. Его путь от этапа создания молекулы до попадания в арсенал врача-эпилептолога занял 23 года.
Почему это важно? Более миллиона человек в России страдает от эпилепсии, а создать лекарство от нее очень трудно.
Среди самых опасных инфекционных заболеваний, наличие которых у пациента надо определить в первую очередь, первое место занимает так называемая госпитальная четверка: гепатиты В и С, ВИЧ и сифилис. Одно из этих заболеваний обычно «тянет» за собой и другое. Но процесс анализа отнимает у лаборантов очень много времени: на проверку всей «четверки» у одного пациента надо потратить целый рабочий день. Это создает серьезную нагрузку на систему здравоохранения.
Компания «Биопалитра» разработала новый, более простой и дешевый метод диагностики, когда вся «четверка» проверяется одновременно. В 2021 году тест ушел в серийное производство.
Почему это важно? Разработка позволит делать более быстрые и дешевые анализы на социально значимые заболевания — ВИЧ, гепатиты В и С, сифилис. В России ситуация с этими инфекциями остается пока тревожной. Поэтому для нас особенно важно иметь такую систему тестирования.
В июне 2020 года обсерватория Спектр-РГ завершила первое сканирование небесной сферы с помощью рентгеновских телескопов.
Телескоп eROSITA построил лучшую в мире детальную карту всего неба в мягких рентгеновских лучах и обнаружил более миллиона источников рентгеновского излучения. Большинство найденных объектов являются активно растущими сверхмассивными черными дырами.
Телескоп ART-XC им. М.Н. Павлинского, разработанный и созданный Институтом космических исследований РАН и Российским федеральным ядерным центром в Сарове, получил уникально четкую карту всего неба в более жестком рентгеновском диапазоне энергий.
Почему это важно? Как ни крути, а Вселенная — это наш дом, так что неплохо бы знать, как он на самом деле выглядит.
TAIGA создана усилиями международной коллаборации во главе с Иркутским государственным университетом, при поддержке Правительства РФ и зарубежных партнеров. В 2021 году установка была запущена. Гамма-обсерватория находится в 150 км от Иркутска, на территории Тункинского астрофизического центра коллективного пользования Иркутского госуниверситета.
Почему это важно? Гамма-обсерватория позволит изучит объекты с самой высокой энергией, какие есть во Вселенной.
Нейтрино — это частицы, у которых нет заряда, крайне малая масса и скорость, близкая к скорости света. Из-за того что нейтрино практически не взаимодействуют с другими частицами, их невероятно сложно зарегистрировать. Однако именно этим — охотой за нейтрино — и будет заниматься Байкальский телескоп. Эта установка класса мегасайенс открывает беспрецедентные возможности для изучения Вселенной.
Проект создавался под руководством специалистов Объединенного института ядерных исследований и Института ядерных исследований РАН. Телескоп начал работу в 2021 году.
Почему это важно? С помощью нейтринного телескопа ученые попытаются ответить на фундаментальные вопросы образования галактик, эволюции Вселенной и устройства мира.
Об открытии объявила в конце июля 2021 года коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики СО РАН, Новосибирский государственный университет, Курчатовский институт и др.
Обнаруженная частица сильно выделяется среди собратьев и фактически представляет собой новую форму материи. Кроме того, ее время жизни примерно в 10-500 раз больше частиц с похожей массой.
Почему это важно? Теория под названием «Стандартная модель» описывает большую часть взаимодействий известных науке элементарных частиц. Теория эта не идеальна. Поэтому ученые ищут так называемую Новую физику — фундаментальные знания, которые лягут в основу новой супертеории, способной изменить наши представления о Вселенной. Каждая новая экзотическая частица приближает нас к Новой физике.
Первый эксперимент на коллайдере NICA
В 2021 году прошел первый сеанс полного цикла ускорения на коллайдере NICA. Эта установка класса мегасайенс, которая строится вместе с ведущими исследовательскими центрами мира в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ).
Эксперименты на коллайдере NICA помогут приблизиться к пониманию того, как устроена Вселенная на фундаментальном уровне. Первый сеанс прошел в рамках эксперимента BM@N (расшифровывается как «барионная материя на нуклотроне»). Его цель — исследовать свойства барионной материи — вещества, из которого состоит планета Земля и все, что на ней находится.
Работа ученых, проводивших эксперимент, была удостоена медали РАН.
Почему это важно? Коллайдер NICA нужен для фундаментальных научных исследований. Результаты, которые планируется получить на NICA, пригодятся всем — от медиков до астрофизиков.
Цифровой двойник СКИФа
«Сибирский кольцевой источник фотонов» — именно так расшифровывается аббревиатура «СКИФ». Это устройство для получения рентгеновского излучения большой интенсивности, позволяющего исследовать структуру различных веществ на наноуровне.
В марте 2021 года стало известно, что у СКИФа появится цифровой двойник — первый в мире для установки класса мегасайенс. Цифровыми двойниками называют виртуальные копии реальных объектов. Это гибкие, обучаемые системы. Изначально они содержат базовую информацию о своих прототипах, но со временем обогащаются новыми данными.
Почему это важно? Цифровой двойник увеличивает эффективность реального объекта. С его помощью можно моделировать эксперименты, проверять сценарии, виртуально тестировать работу установки.
Речь идет об установке для синтеза новых — следующих за 118-м — элементов Периодической таблицы Менделеева. Построена Фабрика в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне.
Чтобы доказать работоспособность ускорителя, ученые воспроизвели прежние результаты: в январе 2021 года они успешно провели эксперименты по синтезу 115-го элемента московия. Он был впервые получен в 2003 году.
Сейчас всего две страны в мире — США и Россия — располагают возможностями в одиночку, не прибегая к помощи зарубежных институтов, проводить исследования по синтезу новых химических элементов.
Почему это важно? Во-первых, мы пока не знаем, где заканчивается Периодическая таблица. Чтобы это выяснить, нужно синтезировать новые элементы и изучать их. Во-вторых, есть гипотеза, что существует так называемый Остров стабильности, где встречаются долгоживущие изотопы тяжелых ядер. Фабрика позволит проверить эту гипотезу.
Реактор «ПИК»
Эта установка служит мощным источником нейтронов — тяжелых частиц, не имеющих электрического заряда. Из протонов (частиц, заряженных положительно) и нейтронов состоит атомное ядро.
В реакторе «ПИК» нейтроны замедляются до необходимой энергии, выводятся по специальным каналам и транспортируются к экспериментальным установкам для проведения исследований.
«ПИК» превосходит по своим возможностям все действующие исследовательские реакторы. Он находится в Гатчине, на территории Петербургского института ядерной физики Курчатовского института.
Почему это важно? Нейтроны нужны физикам, материаловедам, химикам, биологам и врачам. Например, с помощью нейтронов изучают ядерные реакции, поведение элементарных частиц, структуру и состав веществ. Кроме того, нейтрон — это, по сути, еще одна лекарственная форма: потоками нейтронов лечат онкологические заболевания. Реактор «ПИК» позволит разрабатывать новые методы нейтронотерапии.
Почему это важно? Преимущество реакторов на быстрых нейтронах – способность эффективно использовать для производства энергии вторичные продукты топливного цикла (в частности, плутоний). Это позволит решить вопросы накопления отработавшего топлива и ядерных отходов.
Реактор Т-15МД
Это самая мощная термоядерная установка в России. Ее уникальность — в сочетании высокой мощности с компактными размерами. Это стало возможно благодаря целому ряду новых технологий, разработанных Курчатовским институтом. Установка Т-15МД входит в структуру международного термоядерного проекта ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).
Почему это важно? Ведение токамака в эксплуатацию станет еще одним шагом к овладению управляемым термоядерным синтезом — неиссякаемым и экологически безопасным источником энергии.
Сверхпроводимостью называется явление, при котором электрическое сопротивление какого-либо материала полностью исчезает. Свойства сверхпроводников делают их также идеальными диамагнетиками — материалами, не имеющими внутреннего магнитного поля. Поэтому ранее эти два свойства — сверхпроводимость и магнетизм не наблюдались одновременно у одного вещества.
В 2020 году физики и провели эксперимент и открыли новое квантовое состояние сверхпроводника, делающее материал источником магнитного поля.
Почему это важно? Это очередной шаг в создании сверхпроводящих устройств, за которыми — будущее энергетики.
В 2020 году в Nature Biotechnology вышла статья, где описывается создание растений, способных самостоятельно светиться в темноте. Свечение видно невооруженным глазом.
Сначала авторам статьи установить все компоненты, необходимые для биолюминесценции в грибах. Они впервые полностью расшифровали механизм свечения в сложном многоклеточном организме. В итоге ученые успешно перенесли необходимую для свечения ДНК из грибов в растения.
Проведенное исследование — это результат совместной работы московского биотехнологического стартапа Планта, Института биоорганической химии РАН, станции искусственного климата Биотрон и Института науки и технологий Австрии.
Почему это важно? Во-первых, это красиво. Возможно, светящийся цветок можно будет купить в магазине и поставить у себя дома. Во-вторых, теперь ученые смогут использовать свечение для наблюдения за внутренними процессами в растениях, не прибегая к химическим реагентам. И, в-третьих, мы стали чуть больше знать о том, как устроен мир, что само по себе прекрасно.
Белки амилоиды — структуры неоднозначные. С одной стороны, они способны вызывать диабет II типа и болезнь Альцгеймера, с другой — могут добросовестно отвечать за жизненно важные процессы в клетках.
В 2020 году сотрудники ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, СПбГУ, Института цитологии РАН, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Казанского федерального университета вместе с французскими коллегами впервые доказали, что амилоиды есть и у растений. Кроме того. выяснилось, что в семенах некоторых бобовых большая часть амилоидов образуется из-за вещества вицилина — одного из самых сильных аллергенов.
Почему это важно? Это открытие может помочь создать сорта бобовых с менее аллергенными семенами.
В науке о поведении животных понятие «личности» означает, что индивидуум в разных обстоятельствах ведет себя с одинаковой долей агрессивности, исследовательской активности, подвижности, смелости, способность к обучению и т.д.
Рыжие лесные муравьи способны создавать сложные социальные системы, где каждый занимается своим делом: есть разведчики, пастухи, охранники. Причем профессиональное разделение основано именно на поведенческих качествах. То есть, нельзя стать охранником потому, что ты большой — важно быть агрессивным.
В 2021 году ученые из лаборатории поведенческой экологии Института систематики и экологии животных СО РАН впервые изучили когнитивные способности и особенности поведения отдельных особей рыжих лесных муравьев. Оказалось, что они получают специализацию в зависимости от особенностей своей «личности».
Почему это важно? Все-таки у механизмов социального поведения некоторых животных и людей есть на удивление много общего. Так что исследование новосибирских биологов — это в каком-то смысле и про нас с вами тоже.
В 2020 году ученые Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» создали сенсор для регистрации поступающих от ядерного реактора потоков нейтрино — элементарных частиц, у которых нет заряда, крайне малая масса и скорость, близкая к скорости света.
Известно, что частицы нейтрино легко проходят даже через бетонную защиту и оборудование атомных электростанций. Поэтому нейтринный детектор позволит дистанционно отслеживать процессы, происходящие в активной зоне ядерного реактора.
Почему это важно? Использование этой технологии позволит предотвращать техногенные катастрофы.
В 2020 году ученые Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН совместно с зарубежными коллегами создали уникальный массив данных о состоянии атмосферы в Северной Атлантике за последние 40 лет. Данные позволяют анализировать около 200 параметров атмосферы — давление, температуру, влажность воздуха, электрические показатели и другие — каждые три часа за период с 1979 года по настоящее время.
Почему это важно? Изучение этих данных поможет сделать погоду предсказуемее и безопаснее для людей. Например, можно будет в деталях исследовать, как формируются океанические волны-убийц, циклоны, которые вызывают штормы и т.д.
Биологические микрочипы являются перспективным инструментом медицинской диагностики. Поверхность микрочипа содержит белки, нуклеиновые кислоты или биоструктуры, способные детектировать определенные молекулы. Однако все биомикрочипы имеют серьезный недостаток: их поверхность подвержена загрязнению, которое затрудняет анализ.
В 2020 году группа исследователей Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН синтезировала соединение, которое защищает поверхность микрочипов от загрязнений, а также позволяет управлять их гидрофобностью — способностью отталкивать воду.
Почему это важно? Разработка поможет повысить чувствительность анализов сложных биологических проб при выявлении различных патогенов и биомаркеров заболеваний.