С Днем российской науки. 11 исследований и открытий современной России
Начиная с 1999 года 8 февраля в России ежегодно отмечают День российской науки! Дата была выбрана не случайно: в этот день в 1742 году указом Петра I была основана Петербургская академия наук, первое высшее научное учреждение Российской империи. Великие российские и советские ученые известны многим, их открытия широко применяются в медицине, физике, химии, математике и других науках, но как часто бывает, достижения предков нам широко известны, а вот чем занимаются современники мы представляем весьма обще.
В честь праздника немного расскажу о современных исследованиях и открытиях.
Дешевые кубиты
Исследователи из Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН (ИОФ РАН) с коллегами впервые в мире создали в СВЧ-плазме алмазные микрочастицы с одиночными центрами окраски из олова. Такие кристаллы могут поглощать и переизлучать видимый свет, это можно использовать для передачи информации между элементами квантовых компьютеров.
Квантовые компьютеры работают на основе кубитов. Роль кубитов могут играть примесные центры окраски из олова, германия или кремния в алмазах. Однако, такие состояния получаются только при крайне низких температурах. В случае кремниевых и германиевых центров мы говорим о температуре ниже 1 Кельвина (или -272 °C). Оловянные центры можно получать при температуре несколько выше 2–5 Кельвинов (от -271 °C до -268 °C). Поэтому разрабатывать квантовые устройства на оловянных центрах — дешевле и проще.
Надежного метода синтеза крупных высококачественных алмазов с включениями олова до сих пор не было. Исследования наших ученых показали, что в кристаллическую решетку некоторых алмазов встроились частицы олова, однако большинство образцов оказались обычными алмазами без центров окраски.
Подробнее об исследовании — можно почитать в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society A.
Нейросеть для финансовой безопасности
Ученые Южно-Уральского государственного университета научили искусственный интеллект распознавать подозрительные банковские транзакции с помощью градиентного бустинга.
Результат испытаний на общедоступной базе транзакций Elliptic показал высокий уровень безошибочности — 99.21% верных попаданий. Это впервые удовлетворяет требованиям банковской сферы к таким алгоритмам.
Бустинг создает новые модели, в которых ошибкам, сделанным в прошлый раз, придаётся большее внимание.
Результаты работы опубликованы в журнале «Communications in Computer and Information Science»
ИИ распознает опухоль
Модель нейросети для распознавания опухолей мозга по МРТ создали в Южно-Уральском государственном университете.
Обучение нейросети проходило на общедоступном наборе из 3064 изображений МРТ от 230 пациентов, распознавались три вида опухолей: глиомы, менингиомы и опухоли гипофиза.
Модель сочетает в себе элементы свёрточной и конволюционной нейронных сетей (U-net и CNN) для сегментации и классификации опухолей, что увеличивает ее эффективность до более чем 99% точности. На наборе данных пациентов с уже подтверждённым диагнозом в 99,39% была диагностирована болезнь, и лишь 0,61% системой был ошибочно поставлен диагноз «здоровы».
Нейросеть прошла 150 циклов обучения. Алгоритмы реализовали на языке программирования Python.
Новое открытие поможет хранить радиоактивные отходы безопасно
Химики и геологи из МГУ имени М.В. Ломоносова и НИЦ «Курчатовский институт» расшифровали структуры и описали свойства карбонатов пятивалентного нептуния. Ученые считают, что это исследование поможет создать безопасные и надежные хранилища для высокорадиоактивных отходов ядерной энергетики.
Подробнее, о проделанной работе можно прочитать в журнале Inorganic Chemistry.
Датчик излучения
Ученые Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова создали новые соединения, которые эффективно преобразуют рентгеновское излучение в видимый свет. Эти материалы используют в рентгеновских аппаратах, просвечивающих устройствах в аэропортах, датчиках ионизирующего излучения.
Ученые МГУ синтезировали четыре соединения марганца с бромом и компактными органическими остатками. При этом сравнение с существующими на сегодняшний день гибридными галогенидами марганца показало, что новые материалы значительно эффективнее преобразуют падающее на них высокоэнергетическое излучение в свет видимого диапазона.
Подробнее об исследовании — в журнале Dalton Transactions.
Новая молекула вылечит депрессию
Российские ученые из «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН испытали на грызунах новый потенциальный антидепрессант на основе виндебурнола.
Виндебурнол — синтетическое производное алкалоидов группы эбурнамин-винкамин, известных своими разнообразными фармакологическими свойствами, в том числе оно способно влиять на жизнеспособность нервных клеток, а также нейромедиаторов, что дает возможность использовать это соединение для лечения различных заболеваний, связанных с гибелью нейронов и нарушением памяти.
Подробнее о революционном подходе к лечению депрессии и связанной с ней деменцией можно узнать в научной статье, опубликованной в ACS Chemical Neuroscience. Это кстати, всего 6 статья российских авторов за всю историю журнала и первая за последние 3 года. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acschemneuro.3c00590
Синтетический намибит
Ученые из МГУ получили монокристаллы аналога редкого минерала намибита. Для этого они использовали метод гидротермального синтеза. Новый синтетический материал может быть полезен для развития квантовых технологий.
«Гидротермальный синтез является имитацией образования природных кристаллов — минералов. Этим методом нами при температуре 230°С и давлении водяного пара до 300 атмосфер были синтезированы монокристаллы аналога редкого минерала намибита, Cu (BiO)2VO4OH, открытого в 1981 году в северо-западной Намибии и названного в честь пустыни Намиб. Особенностью кристаллической структуры намибита является наличие цепочек из связанных ребрами медь-кислородных октаэдров, которые разделяются магнитно инертными катионами висмута. Такой мотив предполагает возможность существования спиновой запутанности между ионами двухвалентной меди», — прокомментировала ведущий научный сотрудник кафедры кристаллографии и кристаллохимии геологического факультета МГУ Лариса Шванская.
Результаты работы опубликованы в Журнале экспериментальной и теоретической физики.
Микропроцессор поможет двигаться
Специалисты МПО «Металлист» Госкорпорации Ростех разработали ионический коленный модуль «Комета» со встроенным микропроцессором для протезирования нижних конечностей. Устройство может работать от одной зарядки 10 дней, это дольше чем у других аналогичных устройств (на 2023 год).
Встроенный в протез микропроцессор сбирает и обрабатывает данные в режиме реального времени со скоростью более тысячи раз в секунду, а нейросеть предсказывает ритм и рисунок ходьбы. Это позволяет использовать протез в различных вариантах — от спокойного шага до легкого бега.
В серийное производство новый модуль должны запустить после испытаний в I квартале 2024 года.
Изучаем Солнце, как никто в мире
Единственный в мире прибор для фундаментальных исследований Солнца — многоволновый радиогелиограф, объект Национального гелиогеофизического комплекса РАН сдан в эксплуатацию.
С помощью этого инструмента ученые могут наблюдать и прогнозировать процессы в глобальной системе Солнце — Земля, начиная от недр звезды и заканчивая ближним космосом, строить 3D-модель околосолнечного космического пространства. Основное предназначение инструмента — фундаментальные исследования.
Инструмент уже продемонстрировал выдающиеся результаты: например, он позволяет получать снимки Солнца в таком диапазоне, в котором их еще никто не делал.
Навигация для беспилотников
Национальный исследовательский технологический университет МИСИС разработал новую систему навигации для беспилотников повышенной точности. В отличие от существующих систем, у неё нет погрешностей из-за вибраций или сильного нагрева двигателя.
Вся система состоит из одного очень компактного устройства. Оно не утяжеляет беспилотники, а также экономичнее аналогов. Они подойдут для малогабаритных беспилотных летательных аппаратов, как сельскохозяйственного назначения, так и проводящих мониторинг трубопроводов, линий передач электричества и т.д.
Результаты испытаний доступны по ссылке.
Опреснитель воды
Ученые Южно-Уральского государственного университета придумали как опреснять морскую воду, или очищать грунтовые воды.
Изобретение наших ученых позволяет не только получить качественную чистую воду из морской воды, но и значительно ускорить процесс дистилляции.
Изобретение представляет собой поршневой цилиндр из двух отделов, работающий по принципу двигателя внутреннего сгорания.
В будущем разработка ученых ЮУрГУ может помочь в борьбе с недостатком пресной воды в отдаленных регионах планеты, где эта проблема по-прежнему решена не до конца.
___________________
Разумеется, это далеко не все научные открытия российских ученых последних лет. Чтобы даже немного рассказать о каждом понадобилось бы куда больше времени, но это и не было главной целью нашего материала.
Интересно, что в последние годы все больше открытий из области медицины, географии, экологии, физики, литературы и химии связанны с применением возможностей ML (machine learning) — эта черта характерна не только для России. Наш мир, в том числе и мир научных изысканий все теснее связан с цифровым.
Если вам интересно, решением каких вопросов озадачены сегодня российские ученые и что уже сделано — рекомендую несколько ресурсов.
Лекторий академии РАН — https://new.ras.ru/search/mir-event/
Спецпроект Российской газеты — https://rg.ru/pronauka
Сайт «Сириус» — https://siriusmag.ru/rubric/nauka/
Занимательный сайт для детей и подростков с конкурсами новостями и грантами — https://homo-science.ru/
При подготовке материала использованы данные сайта — наука.рф — https://наука.рф/
