От космоса до генетики: ноу-хау фестиваля Nauka 0+

8-10 октября в Москве прошел Всероссийский фестиваль «NAUKA 0+» в рамках Года науки и технологий. Лекционные треки и интерактивная выставка были посвящены освоению космоса, новой медицине, климату и экологии, генетике и качеству жизни, энергетике будущего, искусственному интеллекту, человеку и обществу. Лаборатория научной журналистики поговорила с участниками фестиваля об актуальных научных разработках и исследованиях в России.

Объединенный институт ядерных исследований

Кирилл Гикал
Исполняющий обязанности заместителя начальника научно-инженерной группы Объединенного института ядерных исследований, г. Дубна
Здесь представлен импульсный реактор ИБР-2 (на быстрых нейтронах). Это именно исследовательский реактор, а не промышленный, который используется для получения электроэнергии.
Это ускоритель тяжелых ионов типа циклотрон, который используется для синтеза новых элементов. У нас в Дубне, в Лаборатории ядерных реакций, уже было зафиксировано 10 сверхтяжелых элементов. Это те элементы, которые были в момент Большого взрыва, но не сохранились до наших дней из-за своей радиоактивности. Теперь мы их получаем искусственным образом на таких ускорителях.

Пучок ионов ускоряется вплоть до 118-го элемента – это Кальций 48-й – очень редкий изотоп. Мы ускоряем его до энергии в районе 5-7 МэВ/нуклон (энергия связи в ядре – прим. ред.) и сталкиваем с мишенью (Берка или «Калифорния»).

118-й элемент – самый тяжелый на сегодняшний день, он называется Оганесон в честь академика Оганесяна, который является по сей день научным руководителем нашей лаборатории. Горячее слияние двух ядер (летающих ионов и мишени с испарением нескольких нейтронов) – это его идея и методика.

Сейчас создана, запущена и введена в эксплуатацию новая установка с более интенсивными пучками, которая позволяет нам прийти к синтезу 119-120 элементов. В теории всего предсказывают 174 элемента, то есть еще предстоит большой объем работ. Но сегодня первоочередной задачей является синтез 119-120 элементов и изучение химических, физических свойств до 118-го.
Как будут синтезироваться элементы до 174-го?
В зависимости от элемента методика меняется. Если говорить про все элементы вплоть до 120-го, там ожидается, что будет также реакция горячего слияния, то есть это ускоренное ядро, которое преодолевает Кулоновский барьер (потенциальный барьер, который необходимо преодолеть положительно заряженным атомным ядрам для того, чтобы сблизиться друг с другом для возникновения притяжения, вызванного короткодействующим сильным взаимодействием нуклонов – прим. ред.).

Вероятность слияния – создания нового ядра – очень мала. В месяц из многих миллионов столкновений мы получаем только одно ядро. Соответственно, все реакции вплоть до 120-го элемента будут производиться по такой методике. Дальше мы будем исследовать химические и физические свойства этих ядер, потому что есть основания предполагать, что вся «философия» химии и физики на более тяжелых ядрах поменяется. Затем уже можно будет перейти с новым пониманием процесса к синтезу дальнейших ядер.

Это ускоритель протонов. Мы здесь ускоряем протоны примерно до 600 МэВ. Дальше пучок протонов транспортируется до пациента и протонами облучается раковая опухоль.

Протоны пролетают через живые ткани, минимально повреждая их, и за счет пика Брэгга (максимально допустимая доза излучения прим. ред.) они высаживают 80% своей энергии непосредственно в пораженные точки человека. Эти клетки отмирают и человек может жить дальше, теперь рак больше не распространяется.

Эта технология применяется уже достаточно давно. Первый такой ускоритель был запущен в 1962-м году. Сейчас у нас более ста пациентов в год. Подтверждено, что курс такого лечения помогает людям выздоравливать. Сегодня создаются промышленные машины, уже максимально оптимизированные, с меньшим энергопотреблением, более рентабельные, чтобы ставить в медицинских центрах повсюду, чтобы лечение онкозаболеваний было более доступным.
Это Байкальский нейтринный телескоп. Он необходим для фиксации и регистрации частиц (например, нейтрино), которые не имеют массы и заряда.

Кластеры из таких шариков погружены под воду в озере Байкал на глубину 2300 метров. Мы регистрируем черенковское свечение (эффект Вавилова Черенкова), которое происходит вследствие взаимодействия нейтрино с протоном: вылетает мюон (неустойчивая элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом прим. ред.), вызывающий свечение за счет того, что движение в веществе воды выше скорости света.

По этому свечению можно понимать энергию, направление и судить о процессах, которые вызвали рождение этой частицы. По тому, какие параметры имела частица, мы можем узнать, что происходило во Вселенной давно и будет происходить в будущем.

Лаборатория математического обеспечения имитационных динамических систем МГУ имени М.В. Ломоносова

Павел Сухочев
Научный сотрудник Лаборатории математического обеспечения имитационных динамических систем МГУ имени М.В. Ломоносова
НЦМУ «Сверхзвук» – это научный центр мирового уровня, который объединяет ведущие вузы страны, и организация, которая участвует в разработке перспективного сверхзвукового пассажирского самолета.

Среди сверхзвуковых пассажирских самолетов известны Ту-144 и «Конкорд». Но «Конкорд» выходил на сверхзвук над океаном, а Ту-144 – в малонаселенных регионах, потому что сверхзвук был низкоэффективным. Это были первые такие самолеты и большие самолеты, выходящие на сверхзвук. И поэтому, например, жители островов, над которыми пролетал «Конкорд», жаловались на дискомфорт.
Дело в том, что, чем длиннее носовая часть, чем она тоньше, тем меньше и интенсивность звукового скачка уплотнения, который вызывает дискомфортный звуковой удар.

В результате мы получаем первый из компонентов подхода к «тихому» сверхзвуку. Такие работы проводятся во всем мире. И есть заинтересованность в получении пассажирского, даже небольшого самолета, даже бизнес-джета, который сможет летать со скорость как минимум 2,5 Маха (2700 км\час – прим. ред.)

При этом требуется не только «тихий» сверхзвук, но еще и экономичный, экологичный и безопасный. Для решения таких передовых, фундаментальных проблем создан НЦМУ (Научный центр мирового уровня) – это консорциум, который объединил ведущие вузы и авиационные организации страны.
Здесь представлен внешний вид, облик одного из вариантов перспективного сверхзвукового пассажирского самолета, который показывает, что для достижения такого эффективного «тихого» экономичного сверхзвука, нам нужна достаточно большая носовая часть.

Соответственно, если на Ту-144 и «Конкорде» был опускаемый «нос», потому что требовалось расположение кабины экипажа спереди и визуальное управление, то современный уровень технологий позволяет сделать управление с информационной, интеллектуальной поддержкой экипажа и более эффективной и безопасной визуализацией, чем управление по приборам.

Как это будет реализовано? В неостекленной кабине будут находиться экраны или какие-то шлемы виртуальной реальности, или другие системы визуализации. Для того, чтобы определить, какие варианты будут более безопасными, эффективными и удобными для пилота, проводится серия научных исследований. Эти исследования также проводятся для тренировки пилота и проверки качества подготовки экипажа.
Это пример различных композиционных структур в создании легкого и очень прочного корпуса, который сможет выдерживать и миграционные нагрузки, и длительные, а также снизить массу самолета и сделать его безопасным и экономически, экологически эффективным.
Далее мы видим крыло. В первой версии самолетов Ту-144 и «Конкорд» было плавное, оживальное крыло.

Был такой ученый и авиаконструктор Роберт Бартини. Трапециевидное крыло с изменяемым углом стреловидности по передней кромке крыла было одной из его разработок.
Это крыло позволяет работать на сверхзвуковых скоростях, не теряя эффективности, за счет формирования вихря по поверхности. И нет необходимости делать «бесхвостку» (аэродинамическая схема планера, согласно которой у самолета отсутствуют отдельные плоскости управления высотой, а используются только плоскости, установленные на задней кромке крыла прим. ред.), можно создать самолет классической схемы. Мы это сейчас видим на современных истребителях, то есть «Крыло Бартини» доказало свою эффективность.

Во время эксплуатации Ту-144 жители жаловались на уровень шума. А сейчас нормы ИКАО (Международная организация гражданской авиации – прим. ред.) очень ужесточились и, чтобы соответствовать современным уровням, приходится придумывать различные технические средства. Например, определенное расположение двигателей над крылом, определенную формулу входного отверстия, определенную форму сопла.

В общем, огромный спектр проблем, которые нужно решить в ближайшее время для того, чтобы понять, как дальше будет выглядеть этот самолет.

Мы будем считать, что наша работа успешна, если к концу этих 5 лет придем к пониманию облика самолета и приступим к следующему этапу изготовления, например, какого-то летного образца, какого-то даже беспилотного образца демонстрации. Или я буду считать, что мы работали не зря, если какие-то из представленных решений будут применены в современной гражданской авиации, автомобилестроении и даже в быту.

Проект «Sweetie bot»

Александр Калмыков
Участник проекта
Мы представляем проект «Sweetie bot». У нас существуют две модели роботов. Одна из них – лошадь по мотивам мультфильма «My Little Pony», а вторая модель – это мы на досуге пытаемся повторить успех Boston Dynamics. Но пока, как видите, выходит так себе.
Около пяти лет уже делаем Sweetie bot’а. У нас есть несколько прототипов. Один из них вы можете сейчас видеть, а второй прототип, к сожалению, сегодня отсутствует на мероприятии, но тем не менее он существует и он гораздо более технологичный как в плане механики, так и в плане искусственного интеллекта. Задача наша не просто сделать робота, который будет ходить, а робота, который будет своего рода интеллектуальным помощником или умной игрушкой.

Наши ребята разрабатывают прототип искусственного интеллекта, то есть работают над тем, чтобы робот мог воспроизводить простейшие эмоции, чтобы с ним можно было вести какой-нибудь простой диалог и так далее. Ну и, вроде бы, у нас получается, детям нравится. В основном наших роботов можно использовать для социальных взаимодействий. Если мы продвинемся дальше и получим дополнительное финансирование, сможем сделать и боевых роботов, и роботов, которые будут работать вместо людей. Но пока у нас больше «социальщина».

Наши микропроцессоры сделаны на базе Raspberry Pi – это такой микрокомпьютер. Помимо этого, у нас есть еще и дополнительные модули. Электрическую плату мы разрабатывали сами. Здесь есть дополнительный модуль Teensy – упрощенный микропроцессор, который несколько быстрее Arduino и позволяет выполнять задачи более высокого уровня, чем «ардуинка», и работает эффективнее.
Михаил
Проект изначально зародился в среде фанатов определенного мультсериала. Это хорошо видно по его дизайну. Дело в том, что фанатская среда «My Little Pony» достаточно креативная и постоянно производит интересные проекты. Одним из таких проектов был персонаж по прозвищу Sweetie bot – робот-единорог. Идея возникла в коллективном бессознательном и потом трансформировалась в этого робота.
Все началось с фанатского сообщества. Человек бросил клич о создании, вбросил идею, что ищет конструкторов, программистов, инженеров, 3D-печатников, электронщиков. «Присоединяйтесь, кому интересно» – так в 2016-м году оно и собралось.
Игнат
Идея не совсем мне принадлежала, но я тот человек, который поднял народ. У нас есть еще человек, который просто сказал мне: «Давай сделаем». Я поддержал тогда его – и так все закрутилось, завертелось. Почему выбрали именно мультфильм? Потому что так проще отыскать заинтересованных людей, просто так на улице никого не найдешь.
Михаил
Сначала товарищем Игнатом был построен колесный робот, более простой, на аппаратной платформе Arduino на нескольких двигателях. То, что вы видите, – это макетный прототип. Да, достаточно детализированный, мы на нем отрабатываем программные алгоритмы, ставим новое «железо». У нас есть более продвинутый прототип уже с полноценным корпусом, с полноценными двигателями, который выглядит гораздо более выигрышно. Но, к сожалению, в силу неких технических трудностей мы сегодня его не принесли.
Наших роботов можно использовать как учебную платформу, потому что все базировано на открытом программном обеспечении, и, в принципе, любой человек может начать в этом разбираться, может внести свой вклад. Пока в основном это чисто развлекательное, конечно, но ничего плохого в этом нет. Такие роботы свою нишу имеют, они стоят достаточно дорого, и покупатель свой на них всегда найдется. Желающих уже много, но нужно довести до MVP – Minimum Viable Product, – чтобы можно было продавать.
Игнат
Мы рассматриваем разных потенциальных покупателей. Это могут быть обычные люди, которые захотят иметь у себя дома такого робота, либо какой-нибудь кружок робототехники, какой-то ВУЗ, просто энтузиасты – людей, которые интересуются, много.

Лаборатория математического обеспечения имитационных динамических систем МГУ имени М.В. Ломоносова

Иван Никифоров
Сотрудник Лаборатории технологии функциональных материалов химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова
Мы разрабатываем люминесцентные материалы на основе фосфатов. Основное применение – это освещение, потому что все лампы, которые есть в каждом доме, содержат светодиодный ультрафиолетовый чип, на который наносится какая-то органическая компонента. Со временем можно наблюдать, что лампа начинает как-то мигать и давать неприятный блеск. Это связано с тем, что в процессе эксплуатации лампа нагревается и органика выветривается и разлагается.

А фосфаты на основе кальция – по составу это зубы и кости – безвредны для человека. И если распределить в светодиодной сборке это вещество, можно улучшить световые характеристики лампы и получить из белого неприятного естественный, близкий к солнечному свет. Также можно увеличить сроки службы данной лампы. А поскольку сами вещества можно получать в виде порошков, и при смешивании, скажем, с красками, стеклами или пластмассами, мы можем отличить какую-то свою продукцию, то есть использовать это как метку люминесцентную.
Какие преимущества есть у таких ламп?

Во-первых, основное преимущество – это экологичность: они безвредны для человека. Это фосфаты кальция. Как наши зубы и кости могут нам вредить? С ними ничего не будет со временем.

Во-вторых, это дешевое производство в отличие от органики, потому что производство органических веществ требует каких-то дополнительных энергозатрат и избавления от побочных продуктов, которые тоже не очень приятны для экологии. Здесь же мы просто смешиваем компоненты и сразу получаем наше вещество. Побочный продукт этой реакции – вода. Вряд ли вода является токсичным веществом. Себестоимость примерно килограмма нашего продукта обходится в 15 тысяч рублей, когда коммерческие аналоги, которые используются, стоят одну тысячу долларов за килограмм.
Сейчас они, наверное, не очень активно используются?

Ну, пока не очень активно, поскольку нет еще запатентованной технологии производства. И переход из колбы в реактор очень долгий. Мы находимся даже не на середине этого процесса.

А в будущем они смогут заменить те лампы, которые используются сегодня?

Думаю, что да, потому что все нацелено на дешевизну процесса. Если все-таки потратить усилия и заложить деньги на разработку технологии (а технология должна быть достаточно простая), то в массе это будет существенно дешевле. И это экологично все-таки.

Какие минусы есть у этой разработки?

Нет технологии. Трудно организовать технически этот процесс. Хотя аналоги есть в мире, но пока не в нашей стране.

Кафедра энтомологии МГУ имени М.В. Ломоносова

Петр Петров
Старший научный сотрудник, заместитель заведующего кафедрой энтомологии МГУ имени М.В. Ломоносова
Мы изучаем, прежде всего, насекомых, но также по традиции у нас и другие наземные членистоногие, которых теперь к насекомым не относят. Например, пауки, клещи, многоножки.

Мы демонстрируем здесь и живые объекты. У нас есть мексиканские кузнечики, эфиопские сверчки. Кузнечиков можно даже подержать в руках.

Показываем также старинные демонстрационные препараты 50-х годов, новые книги сотрудников нашей кафедры, коллекции с разнообразным материалом, даем людям возможность посмотреть на них под бинокуляром и под телескопическим микроскопом.

Это коллекция избранных для демонстрации насекомых, обитающих в основном на юге европейской части России.
Петр
Они не страшные, они прелестные. Это так субъективно. В природе вообще нет безобразия.
Здесь книги наших коллег: недавно вышедшие, имеющиеся в продаже. Эта книга – о нашей кафедре, которой недавно исполнилось 96 лет. Она была основана в 1925 году как кафедра борьбы с вредителями сельского хозяйства, но потом ее переименовали в кафедру энтомологии, и на ней стала активно развиваться фундаментальная энтомология.

У нас есть старинные коллекции, которые неплохо сохранились, и мы решили в этом году их представить.
Это пример мимикрии: одни насекомые, неопасные для хищников, подражают другим. Журчалка похожа на осу, муха-шмелевидка похожа на шмеля. Кстати, она гнездовой паразит: как кукушка откладывает яйца в гнезда шмелей и ос. То есть не только подражает шмелю, чтобы ее не ели, но еще и в гнезда откладывает яйца.

Все эти насекомые – самые обычные, совершенно банальные виды.

Эти – чуть-чуть более экзотические, потому что тут богомолы, палочники, но это небольшая коллекция, систематическая.

Эмбии – такие интересные существа, плетущие паутину, которые у нас есть в небольшом количестве на юге России.
Факультет почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова
Мария:

Мы представляем почву как объект искусства. Например, слева от меня коллеги делают почвенные краски из образцов различных горизонтов. Можно попробовать самим сделать их, а потом что-нибудь нарисовать.

У нас здесь также есть коллекция почвенных цветов. Их окраска определяется в зависимости от того, какие ионы преобладают в данном горизонте. Например, белая окраска обусловлена тем, что из минералов остался только кварц, все остальное оттуда исчезло. Если мы видим какие-нибудь рыжие или желтые цвета – это железо, черные – в них много органики.

Тут стоят два лотка с разными образцами. Можно попробовать определить гранулометрический состав почвы, то есть соотношение частиц различных фракций друг к другу. Это один из главных признаков для классификации почв. Например, в этом образце у нас будет много частиц крупного размера – это песок. А здесь много частиц мелкого размера – это глина.
Антонина
Есть еще такие характеристики, как цвет, плотность, окраска, горизонт и чередование между собой по включениям ионного образования, по особенностям материнской породы.
Мария
По ландшафтам, какая там растительность, где эта почва находится. Ну, или какие-нибудь еще дополнительные признаки, вроде вечной мерзлоты. Гранулометрическим составом пользуются все почвоведы. Если ты выходишь в поле и ты почвовед, ты обязательно делаешь этот состав в каждом горизонте.
Факультет фундаментальной физико-химической инженерии МГУ имени М.В. Ломоносова
Азат Яльмаев
Студент факультета фундаментальной физико-химической инженерии МГУ имени М.В. Ломоносова
Мы представляем водородный источник электричества, то есть водородно-топливный элемент. Это химический источник тока, который преобразует окисление водорода в электричество. Это эффективно, экологично и это круто. Такая разработка уже используется, но в небольших масштабах. Наша специализация – военная промышленность. У нас множество партнеров, в том числе и иностранных: Южная Корея, Китай, Германия, например.

Водородно-топливный элемент – это устройство, которое способно заменить электрогенераторы, потому что он маленький, легкий и эффективный. Допустим, вы идете в поход и берете с собой какие-то электронные устройства. Возьмете немного водорода – и у вас будет электричество. Также он намного эффективнее, чем литий-ионные батарейки.
Данный образец – это самолет, который может летать либо на литий-ионных батарейках, либо на топливном элементе. На батарейках он пролетит минут 10-20, на топливном элементе – 5, 5 часов. Эффективность колоссальная.
Не думаю, что в ближайшие 5-10 лет эта технология будет внедрена в массовом масштабе. На это есть ряд причин: низкоразвитая инфраструктура водорода, дорогие компоненты. Но ведутся исследования и разработки по удешевлению себестоимости. Также мировые тенденции ведут к водородной энергетике. В дальнейшем, может, лет через 10-20, она будет использоваться повсеместно. Удешевление может быть достигнуто за счет эффективности преобразований, то есть разработки новых каталитических систем, изменения мембраны, которая входит в состав конструкции, снижения цены самого водорода. Сейчас для работы данного аппарата нужен чистый водород, а он очень дорогой – около 10 долларов за литр. Удешевление водорода может происходить за счет улучшения электролизеров, их эффективности, генерации водорода.
Участники о фестивале и популяризации науки:
Над материалом работали:
Ксения Беркутова, Марина Бенедиктова
Made on
Tilda