«Московский комсомолец» совместно с тематическими отделениями РАН отобрали самые интересные разработки и открытия
Наши ученые достойно отметили трехсотлетие РАН: разработали ценные приборы и программное обеспечение, методы лечения ранее неизлечимых заболеваний, новые сорта пшеницы, картофеля и многое другое. По итогам 2024 года мы решили составить свой рейтинг самых интересных работ.
Астрофизика. Обсерватория «Спектр-РГ». Фото: strana-rosatom.ru
Новый экзотический объект в нашей Галактике был обнаружен сотрудниками Института космических исследований Российской академии наук (ИКИ) с помощью телескопа ART-XC имени М. Н. Павлинского на космической обсерватории «Спектр-РГ». Эта нейтронная звезда — ярчайший аккрецирующий (растущий по массе) рентгеновский пульсар, подобные которому были обнаружены всего трижды за всю историю наблюдений.
Открытие состоялось в феврале 2024 года. Источник получил название SRGA J144459.2-604207 (или сокращенно SRGA J1444). Ученые были поражены яркостью его рентгеновского излучения — оно достигало 100 миллиКраб, а частота зарегистрированных пульсаций — 447,8 Гц. Это означает, что нейтронная звезда вращается вокруг своей оси с чудовищной скоростью — она совершает почти 448 оборотов в секунду! И это при массе около солнечной и диаметре около десяти километров.
Пульсары — объекты, излучение которых содержит строго периодический сигнал, иногда их называют маяками Вселенной. Пульсары с периодами менее 1-10 секунд — это быстро вращающиеся нейтронные звезды, и они могут проявлять себя на разных длинах волн: в радио-, рентгеновском или гамма-диапазоне. На сегодняшний день уже открыто несколько тысяч радио- и гамма-пульсаров и известно всего несколько сотен рентгеновских пульсаров. Причем среди последних есть совсем немногочисленный класс — рентгеновские аккрецирующие миллисекундные пульсары. Если подавляющее большинство пульсаров — «одинокие странники», то эти состоят из быстро вращающейся нейтронной звезды, подпитываемой материей звезды-компаньона.
– Обнаруженный нами пульсар представляет собой двойную аккрецирующую систему, – поясняет автор открытия, старший научный сотрудник Института космических исследований РАН, кандидат физико-математических наук Сергей Мольков. – Он находится в паре с обычной звездой, которая, несмотря на свои стандартные звездные размеры, имеет массу существенно меньшую, чем ее релятивистский компаньон. Помимо высокочастотных пульсаций в излучении, мы также зафиксировали на пульсаре около 19 термоядерных рентгеновских вспышек (взрывное горение вещества, накапливающегося на поверхности нейтронной звезды в процессе аккреции), причем они появлялись «строго по расписанию», примерно раз в два с половиной часа. Богатый наблюдательный материал позволил определить как геометрические параметры системы, так и ее физические свойства, включая химический состав аккрецируемого вещества.
По словам ученого, за все время наблюдения за звездами ученые обнаружили около 20 быстро вращающихся аккрецирующих рентгеновских пульсаров. Среди них выделяются 10 пульсаров, испускающих термоядерные вспышки, и среди них всего четыре пульсара (включая обнаруженный SRGA J1444), на которых эти термоядерные вспышки происходят регулярно. Ученые продолжают наблюдать за этим объектом.
Российские учёные в январе 2024 года в городе Северске Томской области начали сборку реакторной установки первого в мире абсолютно безопасного и экологически чистого энергетического реактора. Он называется «БРЕСТ-ОД-300» (Быстрый реактор естественной безопасности со свинцовым теплоносителем).
В этом реакторе будет реализован трёхступенчатый цикл воспроизводства ядерного топлива. Помимо экономии урана, такой реактор практически не будет производить радиоактивных отходов, которые появляются после эксплуатации других реакторов.
Физика. В Северске завершен первый этап сборки корпуса реактора БРЕСТ. Фото: Росатом
Вместо горючего натрия теплоносителем будет негорючий свинец. Однако он имел свои особенности и его еще предстояло «приручить». Сложную физику свинца покорила группа исследователей из Научно-исследовательского и проектно-конструкторского института энергомашиностроения (НИКИЭТ им. Н.А. Доллежаля) и их коллеги из других научных организаций. Проект по созданию нового экспериментально-демонстрационного реактора БРЕСТ-ОД-300 на свинце получил название «Прорыв» и возглавлял его бывший министр по атомной энергии РФ Евгений Адамов.
БРЕСТ-ОД-300 призван реализовать первый в мире замкнутый ядерный топливный цикл на одной площадке: рядом с реактором будет построен завод по производству нового топлива. Это будет уран-плутониевое топливо, изготавливаемое из отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Выгруженное ОЯТ будет перерабатываться прямо на площадке в Северске и отправляться на изготовление свежего топлива. Это называется замыканием цикла, и его можно повторять бесчисленное количество раз.
Искусственный интеллект, а точнее набор его моделей, методов и алгоритмов применительно к медицинским проблемам, поможет ускорить диагностику по показаниям электрокардиограммы (ЭКГ). Разработан в Институте системного программирования им. Иванникова Российской академии наук.
«Речь идет о диагностике патологий на основе ЭКГ, — поясняет один из авторов работы, научный сотрудник ИСП РАН Арам Аветисян. — Наш комплекс разработан на основе машинного обучения, как и многие другие программы автоматического анализа. Мы обучили нейросетевые модели правильно анализировать «сырые» данные, то есть сами сигналы, поступающие при регистрации показателей сердечной активности. Первичной базой для анализа стали данные более 200 тысяч пациентов, обратившихся за помощью в больницы и поликлиники, что позволило получить высокие показатели чувствительности и специфичности.
Модели, разработанные в ИСП РАН, продолжают обучаться. В настоящее время в их «базе знаний» собраны данные о более чем 1,5 миллиона ЭКГ-диагнозов. Это стало возможным благодаря договоренности с врачами из Татарстана и Великого Новгорода, которые на протяжении последних нескольких лет делятся своими данными с программистами. В результате комплекс стал надежной диагностической моделью, которая успешно прошла испытания в Национальном медицинском исследовательском центре имени В.А. Алмазова.
Обучив систему работе с данными из разных источников, мы получили надежную модель, которая уже распознает одиннадцать патологий сердца, — говорит Арам Аветисян. — Это очень серьезный результат: теперь клиники могут пользоваться нашим комплексом, не делясь с нами данными своих пациентов. Комплекс работает без дополнительного вмешательства и самостоятельно анализирует поступающие данные, при этом постоянно развиваясь.
В Национальном медицинском исследовательском центре трансплантологии и искусственных органов имени академика В. И. Шумакова разработан и внедрен в практику уникальный метод «лечения» донорских органов. Первые операции с его использованием были успешно проведены в 2024 году.
В России ежегодно проводится более трех тысяч пересадок органов. Количество таких операций растет с каждым годом, но и потребность в них увеличивается. Основная проблема — недостаточное количество донорских органов, которые можно пересадить неизлечимо больному человеку.
Инновационная российская разработка позволяет еще до трансплантации оценить и улучшить функцию органа, чтобы он успешно функционировал в организме реципиента — того, кому будет пересажен орган.
Метод основан на использовании трех компонентов: специального раствора, оригинальной аппаратной установки и комплекса мероприятий, направленных на восстановление. Во время процедуры врачи помещают орган в установку, пропускающую через него раствор на основе человеческого альбумина, и проводят необходимые манипуляции.
– Перфузию для восстановления донорских органов используют и за рубежом. Но наш метод имеет ряд особенностей, которые позволяют повысить эффективность восстановления, – говорит Сергей Готье, директор Центра Шумакова. – В частности, мы используем оригинальное оборудование, а также растворы, которые восполняют кровоток – в них содержатся новые компоненты, которые положительно влияют на состояние клеток. Дело в том, что ухудшение состояния органа связано с повреждением его клеток, а точнее, мембраны, которая удерживает клетку как каркас. Для того чтобы эти мембраны как можно дольше выполняли свою функцию, их приводят в порядок путем перфузии специальными веществами.
В этом году уже было успешно проведено несколько перфузий донорской печени. Чтобы сделать прогноз еще лучше, врачи последовательно использовали не один, а два вида перфузии: гипотермическую (с использованием раствора с низкой температурой) и нормотермическую (с использованием раствора, соответствующего температуре человеческого тела).
Благодаря новой методике врачи смогут увеличить количество трансплантаций для пациентов, нуждающихся в этой высокотехнологичной помощи, и повысить доступность этой помощи, а значит, спасти еще больше жизней.
Группа ученых под руководством академика РАН Сергея Лукьянова и члена-корреспондента РАН Дмитрия Чудакова разработала уникальный препарат для лечения болезни Бехтерева болезнь. <стр>Аутоиммунные заболевания — группа неизлечимых, постоянно прогрессирующих заболеваний с разнообразными клиническими признаками. Ими страдает около 10% населения. Это диабет I типа, рассеянный склероз, системная красная волчанка, псориаз и большая группа спонгилоартритов, например, болезнь Бехтерева.
Эти заболевания объединяет общий патологический механизм — атака иммунной системы на собственные ткани организма. При этом в организме сохраняется популяция агрессивных клеток иммунной памяти, которые вызывают новые атаки заболевания.
Терапия аутоиммунных заболеваний (антицитокиновая терапия) до недавнего времени основывалась на прерывании воспалительного процесса. Но поскольку он был основан на подавлении иммунной системы, всегда существовал риск развития тяжелых инфекций (например, туберкулеза). Кроме того, он не позволял добиться полной ремиссии (исчезновения симптомов), так как не влиял на первопричину заболевания — агрессивные Т-лимфоциты.
Группа ученых Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н.И. Пирогова Минздрава России совместно с учеными других институтов разработала оригинальную стратегию направленного уничтожения тех самых агрессивных иммунных клеток – аутореактивных Т-лимфоцитов. Это позволило создать инновационный препарат для лечения тяжелого инвалидизирующего заболевания – болезни Бехтерева. Он является «первым в своем классе», целенаправленно устраняет первопричину заболевания без системного подавления иммунной системы и позволяет добиться полной ремиссии у пациентов.
24 апреля 2024 года Минздрав России выдал регистрационное удостоверение на препарат.
Российские селекционеры из Национального центра зерна имени П.П. Лукьяненко вывели новый сорт озимой мягкой пшеницы с высоким потенциалом урожайности (до 14 тонн зерна с 1 гектара). Он назван в честь 300-летия Российской академии наук, которое страна отмечает в 2024 году — «RAS300».
Помимо максимальной урожайности, сорт озимой мягкой пшеницы отличается высокой продуктивностью зерна, соответствующей классу сильных сортов пшеницы.
Содержание белка в «RAN300» составляет до 15,5 процентов, клейковины — до 32,0. Сорт также имеет высокие показатели времени образования и стабильности теста, высокий объемный выход хлеба и общую хлебопекарную оценку (4,3-4,6 балла). Вес 1000 зерен «RAN300» составляет 45-56 граммов, что на 15-20 процентов больше, чем у стандартного сорта.
По словам разработчиков, новинка относится к полукарликовым сортам (средняя высота — 81 см), высокоустойчива к полеганию. Селекционеры отмечают ее устойчивость к засухе, жаре и сильным морозам. Также она устойчива к ряду заболеваний: бурой, желтой ржавчине, мучнистой росе, вирусам, среднеустойчива к стеблевой ржавчине и грибковому заболеванию — септориозу.
Другой коллектив, из Федерального научного центра картофелеводства им. А.Г. Лорха, порадовал нас прекрасным сортом столового картофеля Добрыня. Он считается многоклубневым — количество клубней под кустом достигает 23-30 штук, а вес одного клубня достигает 130 (!) граммов. Урожайность Добрыни составляет до 60 тонн с гектара. При этом картофель имеет прекрасные вкусовые качества, не темнеет ни в свежем, ни в вареном виде. Сорт устойчив к раку и золотистой цистообразующей картофельной нематоде. Ученые предлагают выращивать его в Центральном, Центрально-Черноземном, Волго-Вятском и Средневолжском регионах России.
Сенсорные пленки для обнаружения вредных веществ разработали сотрудники Научного центра картофелеводства им. А.В. Николаев СО РАН и Новосибирский государственный университет.
Химия. Полимерные тестовые пленки. Предоставлено Институтом неорганической химии СО РАН.
Развитие промышленности и сельского хозяйства привело к увеличению содержания загрязняющих веществ в воде, почве, воздухе и продуктах питания. Перед учеными стоит задача разработать тест-системы, позволяющие легко и просто определять наличие опасных веществ в любом месте без использования сложного лабораторного оборудования.
Группой ученых под руководством доктора химических наук Владимира Федина
Разработаны высокочувствительные и простые в использовании люминесцентные сенсорные пластины для обнаружения вредных веществ.
Люминесценция — это хорошо известное явление, которое относится к способности некоторых материалов светиться под воздействием света, например, дневного или ультрафиолетового. Исследователи предложили использовать специально разработанные металлоорганические полимеры, которые работают по этому принципу. Например, полимер на основе редкоземельного металла тербия проявляет чувствительную люминесцентную реакцию на катионы ртути в воде и на широко используемые в птицеводстве антибиотики сульфадиазин и офлоксацин.
– Наш датчик позволяет регистрировать низкие концентрации опасных веществ, в два раза ниже допустимых концентраций для ртути и в 800 раз ниже допустимых концентраций для антибиотиков, – говорит Владимир Федин. – Поэтому его можно использовать для контроля безопасности почв, водоемов и продуктов питания. Для того чтобы проверить содержание ртути в воде, нужно просто погрузить в емкость с ней тестовую пластину. Если она поменяет цвет, значит, в жидкости есть ртуть. Для проверки мяса на антибиотики нужно просто приложить к нему нашу пластину.
Важно, что использование датчиков не требует дорогостоящего оборудования.
Неожиданный резонанс получил сборник, подготовленный в Институте научной информации по общественным наукам РАН (ИНИОН), посвященный отношению к России в странах Востока: «Россия в учебниках истории стран Ближнего и постсоветского Востока, Китая» под редакцией доктора политических наук, доцента Владимира Аваткова.
Общественные науки. Монография ИНИОН РАН.
В сборнике представлены рефераты учебников по истории для средних и высших учебных заведений Азербайджана, Узбекистана, Казахстана, Киргизии, Таджикистана, Турции, Ирана, Израиля, Египта, Туниса и Китая.
– Все рассмотренные учебники наших восточных соседей, естественно, изданы на их родных языках, – комментирует эту работу директор ИНИОН Алексей Кузнецов. – Изучив их, мы пришли к выводу, что, по большому счету, о нас никто не говорит хорошо, кроме китайцев и киргизов… Тунис же добавил две позитивные фразы в наш адрес: что наша страна не участвовала в колониальном разделе XIX века и внесла вклад в борьбу с колониализмом в XX веке, и все! Если Египет, долгое время находившийся под влиянием англичан, просто повторяет то, что говорится в западных учебниках, то наиболее близкие нам Азербайджан, Узбекистан, Таджикистан и Казахстан неприятно, мягко говоря, удивили.
Интересно, что даже в Израиле не учат своих детей, что именно наша страна сыграла главную роль в создании государства Израиль. Зато в их учебниках истории очень подробно рассказывается об антисемитизме Российской империи, антисемитизме советского времени и т. д.
По словам Алексея Кузнецова, эта работа — лучшее, что было в этом году, с точки зрения практической значимости. Работа активно обсуждалась в Государственной Думе и Совете Федерации. Она станет хорошим руководством для понимания отношения к России для политологов, историков, социологов и государственных служащих.
Российские ученые придумали способ улучшить работу сетей Wi-Fi. Об этом в декабре сообщила Российская академия наук. Метод сотрудников Института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича РАН основан на «сжатии» «технической», дополнительной информации о состоянии беспроводного канала связи, которая передается по сетям Wi-Fi от подключенных устройств к точке доступа.
Быстрая передача данных по сетям Wi-Fi обеспечивается технологией передачи сигналов от передатчиков к приемникам — MIMO (от англ. multiple-input и multiple-output). При этом Wi-Fi-устройство должно периодически «докладывать» своей точке доступа о состоянии беспроводного канала, например, о том, как сигнал отражается от окружающих предметов в помещении. И такие сообщения, которые могут «весить» до нескольких тысяч байт, «съедают» качество и скорость передачи основных, пользовательских данных.
Новый алгоритм, созданный учеными ИППИ РАН, сокращает объем передаваемых данных о состоянии канала связи примерно на 50 процентов. Он основан на отправке в точку доступа не результатов последовательных измерений, как это делалось ранее, а только разностей между отдельными измерениями.
Эксперимент с использованием многоантенной станции Wi-Fi, в которой записи обрабатывались с использованием нового метода сжатия, подтвердил теоретические предположения ученых. По словам научного сотрудника лаборатории беспроводных сетей института Ильи Левицкого, новый подход к сжатию данных позволит улучшить качество многопользовательских сетей Wi-Fi
Одним из важных научных достижений 2024 года стала монография коллектива Института археологии РАН «Росписи Георгиевского собора Юрьева монастыря: археология и искусство». В ней подведены итоги 10-летнего проекта по изучению домонгольских фресок собора в Новгороде.
Археология. Фреска из Георгиевского собора Юрьева монастыря.
В книге представлены результаты комплексного исследования и каталог фрагментов фресок собора, созданных в 1119 году и сбитых во время реконструкции интерьера собора в середине XIX века.
Исследование началось в 2013 году, когда архитектурно-археологическая группа Института обнаружила коллекцию фресок во время работ в соборе Святого Георгия. В ходе работ ученые разработали новый комплексный метод изучения настенных росписей с использованием электронного цифрового микроскопа, рентгенофлуоресцентного анализа и трехмерного моделирования.
В итоге монография включила в себя все аспекты изучения памятника — от искусствоведческих описаний фресок до технологического изучения красителей-пигментов и штукатурки. Большую часть издания занимают каталоги фресок: фрагменты с изображениями, массовые фрагменты, фрагменты с надписями-граффити.