Автоматизация стала нано и био
Приморские ученые испытывают мозги для «железа»
Что связывает морские губки и фотонные кристаллы, наноразмерные материалы и Кремлевскую стену, можно ли воспитать гения и микрочастицу- хирурга, и когда уже ЖКХ станет «смарт»?На эти вопросы знает ответы академик Юрий Николаевич Кульчин, директор Института автоматики и процессов управления ДВО РАН, заместитель председателя ДВО РАН, доктор физико-математических наук, профессор, специалист в области лазерной физики, оптоэлектроники и нанофотоники, автор более 400 научных работ. Накануне своего юбилея и Дня российской науки академик Юрий Кульчин беседовал с корреспондентом «В». – Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН начинался с отдела технической кибернетики Дальневосточного филиала СО АН СССР. В разные годы институт возглавляли выдающие ученые, каждый закладывал основы новых наук. А что или кто сегодня определяет направления работ института?– Действительно, институт создавался под руководством академика Авенира Аркадьевича Воронова для решения узкой проблемы – автоматизации технологических процессов. В те времена, полвека назад, Дальнему Востоку требовались специалисты, которые могли бы поднять на новый уровень производство.Позже, с приходом профессора Виктора Львовича Перчука, ситуация изменилась – появилось новое научное направление – информатика. Тогда были созданы мощные компьютеры для обработки экспериментальных и теоретических результатов ДВО РАН и той информации, что приходила с производства из социальной сферы. Институт автоматики получил приставку «с вычислительным центром». Затем на смену громоздким энергозатратным вычислительным машинам пришли персональные компьютеры, суперкомпьютеры, и все резко поменялось. В это время институт возглавлял Вениамин Петрович Мясников – специалист в области механики. Его приход дал определенный импульс в развитии наук в области механики и физического материаловедения. Мясникова сменил Виктор Григорьевич Лифшиц – специалист в области нанофизики.Я возглавил институт в 2005 году. И сразу поставил себе задачу связать вместе существующие в институте направления. Благодаря этому появились междисциплинарные исследования. К нам пришли лазерная физика, биология, биофизика, фотоника и нанотехнологии. – Нередко доводится слышать, что наука оторвана от действительности. Насколько актуальны для реальной жизни исследования и работы ученых?– Мы долгое время занимаемся созданием волоконно-оптических датчиков физических величин. Чем они интересны: в обычных волоконно-оптических линиях связи, например в интернет-сетях, бегущий по волокну свет служит для переноса информации. Мы стали использовать этот свет не только как передатчик информации, но и как средство сбора информации об окружающей нас действительности: о температурных полях, полях напряжения, интенсивности электромагнитного излучения и другого. Таким образом, наши датчики «превращают» волоконно-оптические линии в так называемые информационные измерительные сети. Эти сети можно сравнить с нервной системой биологического объекта: у нас есть рецепторы, которые воспринимают информацию и передают ее по нервному волокну в мозг. Тот ее обрабатывает и передает приказ объекту к действию.
Так вот мы и создаем подобие нервной системы – распределенные нейроподобные измерительные сети, которые могут собирать информацию об объекте и заставлять его отвечать на вызов окружающей действительности. Например, если такие системы встроить в здание, то они своевременно оповестят об изменении ситуации или сами подскажут решение, что надо делать. Встраивание их в различного рода машины или сооружения позволяет создавать так называемые умные объекты – те самые с приставкой «смарт».Зачем свет морской губке? Чтобы есть…– Мы в 2005 году начали исследования, связанные с изучением морских биологических объектов. К ним, в частности, относятся микроводоросли, планктон и глубоководные морские губки. У последних заинтересовал скелет, а вернее, его часть в виде силикатных нитей, которые называются спикулы. Как оказалось, спикулы очень хорошо проводят свет, почти как волоконные световоды в системах связи. Чтобы разобраться, как это у них получается и для чего им нужны такие свойства, была создана специальная программа, в которой начали работать ученые из разных институтов ДВО РАН: биологии моря, Тихоокеанского океанологического, биоорганической химии, биолого-почвенного, химии и автоматики и процессов управления. В данном случае физики ставили задачи, а остальные помогали их решать. В результате было сделано открытие: обладающие световедущими свойствами спикулы глубоководных морских губок являются новым видом фотонных кристаллов, которые сконструировала природа.Фотонные кристаллы – это уникальные материалы, которые могут преобразовывать свет самым неожиданным образом. И тут мы задались вопросом – для чего же губкам нужно управлять светом, если они живут на больших глубинах – до 5 км, а солнечный свет проникает на глубину 30 – 40 метров? Оказалось, фотонно-кристаллические свойства скелетных отростков позволяют морским губкам выращивать внутри себя симбионты – микроорганизмы, которые являются одним из звеньев питательной среды. Попросту говоря, собирая при помощи спикул рассеянный свет, губки выращивают внутри себя бактерии, которые преобразуют энергию света в съедобный белок.
Уникален и сам материал, из которого созданы спикулы. Это биоминеральный нанокомпозит. Природа этот строительный материал выращивает. Мельчайшие частицы из двуокиси кремния окружает тончайшей органической пленкой – специальными белками-силикатеинами. В результате материал становится прочным и очень эластичным. Как, например, Кремлевская стена. Она построена из кирпичей, скрепленных известковым раствором, замешанным на яичном белке. Он придает ей колоссальную прочность – кирпич можно разломать, а раствор так и остается целостным. Если научиться воспроизводить этот природный механизм строительства материала, то открываются широкие перспективы для создания уникальных материалов для медицины, промышленности, фотоники и наноэлектроники.На анализ будем сдавать запах – Мы решили смоделировать этот процесс в искусственных условиях. Было создано новое вещество, похожее на материал спикулы, но обладающее значительными оптическими характеристиками на три порядка выше, чем у природного аналога. Свойства нового материала очень перспективны для медицинского направления. Например, запах каждого человека уникален, как от-печатки пальцев. Тогда, детектируя выделяемые при дыхании продукты метаболизма, можно судить о состоянии здоровья человеческого организма. Мы уже разработали первые газоанализаторы в лабораторных условиях. В чем их преимущества? Новые методы позволяют сильно упростить процесс сдачи анализов: дыхни в трубочку – и готова распечатка. Причем дышать можно не только в биохимической лаборатории, но и дома, тем самым самостоятельно контролировать свое состояние постоянно, в любое время и в любой ситуации. Зимой в Приморье загорать не рекомендуется!
– Занимаясь лазерной физикой, институт вошел и в другую область деятельности. Мы сейчас занимаемся проблемами, связанными с мониторингом окружающей среды. С помощью лазера изучаем состав атмосферы. Одно из наших интересных открытий – это то, что озоновый слой, который защищает нас от ультрафиолетового излучения, на самом деле имеет сезонную стратификацию – расслоение. Иногда он мощный, монолитный. А в определенное время года – зимой – распадается на более тонкий слой.В наших планах – медицинские роботы. Существуют наноструктуры, которые могут менять свои размеры под действием света. Это дает перспективы создания новых видов движителей. Например, если мы хотим запустить нанороботов внутрь человека, то необходимо найти замену батарейке – она токсична, размеры ее велики. Если мы сможем сделать аппарат, который управлялся бы светом, то смогли бы конструировать нанороботов. Это решило бы проблему переноса лекарства в нужное место, хирургических вмешательств в любой точке организма – здесь фантазировать можно бесконечно.Полученные учеными института результаты научных исследований можно применить где угодно: сейчас в Приморье создается нефтеперерабатывающая отрасль – у нас и для этой перспективной отрасли есть свои наработки, которые связаны с повышением эффективности крекинг-процесса. Есть у нас и другие актуальные разработки, связанные с энергоаудитом. Например, уже сейчас использование разработанных учеными института систем мониторинга и управления тепловыми сетями позволяет нам экономить до 40 процентов на оплате отопления здания ИАПУ ДВО РАН.– Есть ли интерес со стороны эксплуатационников к вашим разработкам?– К сожалению, сегодня производитель не выказывает желания использовать наши системы диагностики в строящихся зданиях или сооружениях. Этому есть ряд причин. Использование наших систем диагностики приводит к удорожанию объекта. Низкое качество строительства и производства также не способствует заинтересованности в выявлении слабых сторон. Мы предлагали свои услуги строителям мостов во Владивостоке – за очень малые деньги. Строители отказались от наших услуг, сославшись на то, что уже установлены маркеры, следящие за состоянием объектов. Не скрою, порой такие отказы обоснованны – наше оборудование создается в лабораторных условиях и не всегда соответствует производственным стандартам. А заказчик хочет получить уже готовые изделия и не стремится вкладывать средства в разработку. Поэтому, если мы хотим, чтобы создаваемые учеными инновации реализовались в реальное производство, надо восстановить ту цепочку, которая связывала науку, образование и промышленность.В чем проблема? Вот мы разработали один датчик. Замечательно работал, но через год сломался. Вскрыли – оказывается, жидкость, что мы использовали, коррозировала с мате-риалом корпуса. Мы этого не предвидели, поскольку не являемся материаловедами. Поэтому для претворения научной идеи и разработок в жизнь нужны разные специалисты: техно-логи, конструкторы, материаловеды, инженеры – целый класс специалистов. О наболевшем – Кадровая проблема на Дальнем Востоке – одна из насущных для всех отраслей народного хозяйства. И усугубил ее ЕГЭ. Я называю ЕГЭ миной замедленного действия для региона, и вот почему. Сейчас большая часть ребят, окончивших школу со средним баллом больше 80, уезжают в Москву, Санкт-Петербург. Здесь остаются те, у кого от 60 до 80. А что такое 60 – это троечники. Но «3» не потому, что умственно отсталый, а потому, что в школе не учили. Мы с ними и возимся: заново проходим школьную программу по математике и физике. Некоторые с отличием оканчивают бакалавриат – первую ступень высшего профессионального образования, которая является базовой. И тут опять появляются западные вузы: «Идите к нам в магистратуру». Оставшихся в магистра-туре на Дальнем Востоке мы доводим до приемлемой кондиции, и тут опять запад возникает: «Идите к нам в аспирантуру». И уходят. Но кто-то остается. Поучились, защитили диссертации, и опять запад заманивает. Или заграница. За последний год от нас уехал в Канаду один доктор наук – толковый теоретик, очень перспективный ученый. Еще четырех кандидатов наук проводили в Москву, Калининград. Оттуда не возвращаются: Москва дает много возможностей. Поэтому считаю: необходимо здесь создавать условия для ученых, строить IT-производства, чтобы головастые дальневосточники не покидали регион, иначе он останется не то что без ученых, вообще без грамотных сотрудников. Ведь уезжают, не найдя себе применение, лучшие, а замещаются кем? Неграмотными, неквалифицированными кадрами. Какие перспективы с ними имеет регион? Деградационные.– А чем нынешний молодой ученый отличается от вчерашнего?
– Мне кажется, что новое поколение менее самостоятельно и более инфантильно. Ведь умницы, молодцы. Но трудолюбия не хватает: знают свою область, и не дай бог за нее зайти – прочитать сверх необходимого. А ведь все новое появляется на пограничных вещах. Я родился в Находке в начале 50-х годов. В школе и в Дальневосточном государственном университете учился отлично, и меня отобрали в Москву, в Московский инженерно-физический институт – теперь Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ». Что значит учиться в МИФИ – за три года нужно было получить университетское, а также инженерное образование. Поэтому первые полгода учебы в МИФИ я знал только один маршрут: общежитие – вуз. Когда сессию сдал, не знал даже, как до вокзала доехать. Молодежь сейчас более раскрепощенная, умеет себя подать. Это хорошо. Но очень важно презентовать свое, а не чужое. – Многих интересует, как совершаются открытия и как воспитать гения?– Как-то мне попалась книжка нобелевского лауреата знаменитого французского математика Жака Адамара. Он решил проверить, нельзя ли путем воспитания создавать гениальных личностей. Он придумал вопросник и разослал всем лауреатам Нобелевской премии, которых знал. И оказалось, никто не сделал открытия индуктивным путем, то есть мудрствуя за столом, день за днем постепенно приближаясь к искомому. Менделеев увидел свою таблицу во сне, кому-то идея пришла, когда ставил ногу на подножку трамвая, кому-то – в спортивном лагере. На самом деле творческий процесс – всегда скачок: разрыв непрерывности. Но чтобы его сделать, надо быть прежде всего высокообразованным, в результате напряженного труда зарядить себя информацией и с головой окунуться в творческую атмосферу.
Автор: Татьяна ЯРМОЛЕНКО «Владивосток»
