Политех в Германии показывает чудеса науки из России

Биореактор из водорослей, 3D-принтер для выращивания человеческих органов и еще много удивительных научных разработок показывают в Германии на Днях Политеха

6-7 февраля в Берлине Санкт-Петербургский политехнический университет демонстрирует инновации, созданные учеными и студентами ведущего технического вуза страны. Проректор по научной работе СПбПУ, профессор Виталий Сергеев рассказал «Фонтанке» о нескольких изделиях из широкого перечня. А еще ответил на вопрос, несут ли машины угрозу для людей. 

Индивидуальные протезы 

– Медицина сегодня выходит на новый персонализированный уровень. Сейчас при многих операциях используются стандартные элементы: вместо челюсти ставятся скобы, вместо кости – готовые узлы. Но ненамного дороже сделать протез под конкретного человека. Например, можно полностью восстановить индивидуальный профиль его костей или челюсти.  Это позволяют сделать 3D-сканирование, прототипирование, использование аддитивных технологий, 3D-печать. Потом продумываешь элементы крепления – и получается полноценное восстановление человека. А дальше мы можем работать над повышением адгезии: для более быстрой адаптации пациента к новому материалу, из которого сделан протез, на его поверхность наносятся стимулирующие элементы. Благодаря чему протез лучше приживается, быстрее обрастает мышцами. И человек чувствует себя гораздо лучше при таком индивидуальном подходе. Всегда казалось, что это немыслимо дорого и требует сложнейших технологий. Ничего подобного. Это уже массовый рынок, и мы как университет говорим, что готовы продвигать такую продукцию. Мы уже выпускаем ее по российским и европейским стандартам. Для нас это, по сути, рынок будущего. 

Технология определения места рождения человека по его микрочастицам

– Интереснейшая сфера нашей работы – биоинформатика. Все мы рождаемся в определенной среде, которая отражается в памяти организма.  Не только гены, но и место рождения влияет на жизнь человека. В том числе экология, вода, которую он пил, пища, которую потреблял. И даже лекарства по-разному действуют на людей, родившихся в разных местах, – на американцев, африканцев, азиатов, русских. Наши исследователи показали это на примере обычного аспирина. В Политехе разработана технология, позволяющая по микрочастице,  по волосу, по элементу кожи человека определить регион его происхождения. Ну, может быть, не до населенного пункта, но все равно достаточно точно. Это технология позволяет расследовать, например, теракт с участием смертника. От него мало что остается, но все равно по мельчайшим останкам можно определить его происхождение.  

Система ранней диагностики рака легкого 

– В Политехе обучили нейронную сеть распознавать на томограмме пациента все подозрительные узелки, отличать злокачественные опухоли от доброкачественных  и выдать врачу свое заключение. Обычно доктор тратит на анализ томограммы одного человека минимум полчаса, он может устать, отвлечься и какой-нибудь маленький узелок пропустить. А компьютер моментально покажет врачу все подозрительные места, на которые стоит обратить внимание. В Политехе создали сетевую систему. Врач из любого онкоцентра страны сможет загрузить в «облако» томограмму своего больного, изображение поступит в суперкомпьютер университета, который его обработает и вернет врачу с пометками, где есть подозрения на опухоли.

Биореактор

– Очистка воды, воздуха, переработка отходов, использование возобновляемых и альтернативных источников энергии, все эти проблемы можно решить с помощью крошечной микроводоросли. Для её выращивания мы разработали специальные фотобиореакторы; для лабораторных исследований на 3 литра, который мы представим в Германии, и 100 литров для полупромышленных испытаний.  Биомасса водорослей является источником БАДов, (ОМЕГА-3, каратиноиды) которые мы получаем по разработанной нами технологии. Также мы получаем из микроводорослей сорбенты для очистки воды и добавки для сбраживания органических отходов. При сбраживании мы не только утилизируем отходы, но и получаем биогаз (метан+ углекислый газ) – дополнительный источник энергии. Наша задача – обеспечить водорослям наилучшие условия для их быстрого роста и разработать экономически выгодные технологии получения ценных компонентов из микроводорослей. Этот проект мы ведем совместно с техническим университетом Гамбурга (Германия). На Днях Политеха в Берлине мы представим продукты, полученные нами из микроводорослей и экспериментальную установку –  биореактор. 

Наплавка турбинных лопаток

– Мы представим в Германии наши технологии по продлению ресурса турбинных лопаток. После того, как энергетическое оборудование проработало определенное время, его нужно менять. А можно не делать этого, а выполнить наплавку на лопатки, с которой они будут работать как новые – с таким же ресурсом. В основу этой технологии заложены фундаментальные исследования Политеха.

Катамаран на солнечных батареях

Это разработка молодых политехников. Принцип действия солнечных батарей понятен. Но здесь мы имеем автономное средство передвижения по воде. В него заложена система искусственного интеллекта. Судно уходит в море без экипажа. К примеру, нас интересует состояние экологии в каком-то водном бассейне. На катамаране установлено средство анализа состава воды, воздуха. Загружается задача. Судно замеряет нужные показатели в заданных точках.  За счет навигационной системы их можно мониторить через спутник. Катамарану можно ставить задачи по картографии, уточнению глубин. Система искусственного интеллекта позволяет ему адаптироваться под среду, в которой он оказался. На основании данных поступающих на борт, принимать самостоятельные решения в зависимости от условий, с которыми оно может встретится в пути. 

Сейчас в Политехе много талантливых ребят. За счет того, что они владеют технологиями в разных областях знаний и хорошо коммуницируют друг с другом, они с живым  научно-инженерным интересом создают вот такие мультифункциональные изделия. Например, катамаран они сделали в течение полугода. Он держит волну, может  в зависимости от запаса энергии уходить в дрейф.  Или в режим  радиотишины. Сегодня к этому катамарану большой  интерес и у метеорологов, и у пограничников. Не надо держать целый экипаж.  

Последнее обстоятельство – не только большой успех разработчиков, но и… проблема. 

Как жить человеку в мире машин?

Сегодня в связи достижениями науки высвобождается большое количество людей. Это вызов для всех промышленно развитых стран. О том, как новые технологии влияют на социум, тоже пойдет разговор между российскими и немецкими учеными во время Дней Политеха в Берлине. Вот что об этом рассказал Виталий Сергеев:

– После промышленных революций мир всегда менялся. Происходил излом в обществе и в сознании людей. Сейчас мы переживаем промышленную революцию 4.0. И мир снова меняется на наших глазах. Меняются профессии. Например, профессия врача. Еще немного времени пройдет и он превратится из диагноста в профессионального пользователя компьютерных технологий.  Диагностику за него сделает машина. Раньше были большие конструкторские бюро, теперь они ушли в прошлое. Раньше в цеху по производству микросхем работали 100-200 человек, теперь, благодаря цифровым технологиям, – два-три. Остальное – машины.  Влияние науки на жизнь человека становится определяющим. Поэтому возникает необходимость во втором уровне образования. Если раньше человек, окончив университет в 23-25 лет, потом всю жизнь работал по специальности, то сейчас парадигма другая – в 50 лет надо получать уже следующую профессию. Или остаться в своей но, "перезагрузиться" – пройти серьезное переобучение. Жизнь меняется, многие профессии умирают, появляются новые. А человек живет дольше. По своим биологическим ритмам люди должны жить до 120 лет. И мы медленно, но верно к этому идем. Еще и по этой причине возникает необходимость переобучений. Человеку нужна реализация, он должен находить свое место в социуме, чувствовать востребованность. Капитализация человека тоже станет темой наших дискуссий с партнерами во время Дней Политеха в Берлине. Наука должна находить ответы и на такие вызовы. И один из ответов – доступность науки человеку в любом возрасте, на любом жизненном этапе. Благодаря  ей,  человек может придти к открытию для себя новых направлений в жизни. Уже сейчас наука гораздо более открыта и близка к каждому из нас, чем это может показаться. Раньше, если вы хотели обучиться, надо было идти в библиотеку (да еще знать какие книги взять), идти на лекции к профессору, который владеет нужной информацией. Сейчас вы можете прослушать открытые лекции по любой тематике на русском, английском языках ведущих мировых университетов. Вы можете получить доступ практически к любой информации, не выходя из дома. Раньше мы запускали в космос ракеты, не имея компьютеров – расчеты велись подолгу на логарифмических линейках. Сейчас любой домашний персональный компьютер – а он есть у 90 процентов населения – дает человеку больше возможностей, чем было у любого ученого 70-х, 80-х, даже 90-х годов. Информации, которой сейчас владеет любой, достаточно для того, чтобы находить для себя траекторию развития. 

Наука вне политики

Дни Политеха в Берлине являются одним из примеров  открытой науки. Они подразумевают максимально широкий разговор. Не только с учеными. Поучаствовать в них может человек в любой точке земного шара. И каждый сможет найти  что-то интересное для себя.  Мы хотим показать, что у науки нет рамок и границ ни по странам, ни по возрасту, ни по уровню знаний. 

Мы выведем в Интернет, на специальный портал информацию о наших научных разработках. В максимально открытом виде. Покажем, как мы проводим исследования, какое программное обеспечение и оборудование используем, каковы промежуточные результаты. Понятно, что существуют элементы коммерческой тайны, но открытость – будущее мировой науки. Наши европейские партнеры сегодня заинтересованы в создании максимального количества кооперационных проектов и  показе научных разработок в открытом доступе. И мы тоже хотим, чтобы промышленный и научный мир увидели компетенции Политехнического университета.

Мир науки хорош тем, что он в целом менее политизирован, чем многие другие сферы. Человек, увлеченный наукой, открыт и предрасположен к коммуникации. Он понимает, что в своем замкнутом пространстве ничего не добьешься.  Я ставлю себе цель сделать Дни Политеха в Берлине примером открытой науки. 

Владлен Чертинов, для "Фонтанки.ру"