Чип для диагностики крови и цифровая «нервная система». Топ разработок российских учёных

Российские учёные решили проблему плохого интернета. Они разработали алгоритм машинного зрения, который стабильно передаёт видеоданные даже при слабом сигнале. Алгоритм выделяет важные объекты и оптимизирует передачу. В результате изображение становится чётче на 54–81%, когда теряется 80–90% потока, а трафик снижается на 40–45%. Эта разработка критически важна для более чем 1,2 миллиона камер видеонаблюдения, дронов и роботов по всей России, поскольку серьёзно расширяет возможности компьютерного зрения.

«Трамплин» продолжает рассказывать о достижениях российских учёных. В новом выпуске речь пойдёт об уникальной алмазной наножидкости для солнечных коллекторов, о портативном чипе для мгновенного биохимического анализа крови, о цифровой модели нервной ткани человека, которая имитирует работу биологических нейронов, а также о новом уникальном сплаве из переработанного лома для авиационных деталей и о «зелёном» способе производства удобрений из сточных вод. 

Российские исследователи создали уникальную алмазную наножидкость, которая с рекордной эффективностью (87%) преобразует солнечную энергию в тепло для солнечных коллекторов. Этот прорыв почти вдвое превосходит существующие технологии, что делает возможным создание более доступных и производительных систем отопления и опреснения воды.

Новая наножидкость, созданная ООО НПК «НАНОСИСТЕМЫ» и проверенная НИУ «МЭИ», отличается от традиционных систем, использующих твёрдые материалы для поглощения солнечного света. В её составе — наноалмазы, которые получают из графита с помощью ультразвука и микроволнового излучения. Эксперименты показали, что оптимальная концентрация алмазных частиц (0,25%) обеспечивает существенно более высокую эффективность по сравнению с дистиллированной водой и твердотельными коллекторами.

По словам руководителя проекта Инны Михайловой, технология особенно перспективна для удалённых регионов, позволяя снизить зависимость от ископаемого топлива и уменьшить выбросы парниковых газов. Разработка может изменить подход к обеспечению теплом и энергией, сделав солнечную энергетику более доступной и эффективной.

Российские учёные разработали портативный чип, способный мгновенно проводить полный биохимический анализ крови. Разработка, представленная руководителем Дальневосточного отделения РАН Юрием Кульчиным, обещает кардинально изменить подход к оказанию медицинской помощи, особенно в отдалённых регионах и зонах чрезвычайных ситуаций.

Традиционный анализ крови требует отправки образцов в лабораторию. Этот процесс занимает от нескольких часов до суток. Но новое устройство способно провести весь комплекс исследований за минуты прямо у постели пациента. Портативный анализатор, созданный дальневосточными учёными, станет спасением для жителей Дальнего Востока и других регионов с плохой медицинской инфраструктурой. Здесь время часто имеет решающее значение.

Устройство автоматизирует весь процесс анализа, минимизируя влияние человеческого фактора и обеспечивая высокую точность результатов. Это особенно важно в экстренных ситуациях, когда каждая минута на счету. Портативный анализатор способен, например, оперативно выявить внутреннее кровотечение или критическое изменение уровня электролитов, позволяя врачам немедленно начать спасательное лечение.

Российские учёные из НИТУ МИСИС разработали уникальный алюминиевый сплав, позволяющий создавать высокопрочные авиационные детали из переработанного лома. Новый «суперсплав» содержащий железо, кальций и медь, не только обладает улучшенной прочностью и устойчивостью к высоким температурам, но и значительно удешевляет производство за счёт использования вторсырья.

Уникальная структура сплава нейтрализует негативное влияние железа, обычно делающего алюминий хрупким, превращая его в упрочняющий элемент. Разработка может заменить традиционные авиационные сплавы, при этом подходит как для обшивки самолётов, так и для 3D-печати сложных деталей.

«Мы превратили недостаток в преимущество, сделав кальций ключевым упрочнителем», – комментируют учёные. Дальнейшие исследования направлены на повышение устойчивости сплава к экстремальным условиям.

Эксперты отмечают, что внедрение «суперсплава» позволит существенно снизить затраты на производство авиатехники. Однако для его практического применения необходима специальная квалификация и проведение ряда испытаний.

Учёные из РТУ МИРЭА объявили о создании компьютерной модели нервной ткани человека, включая её ключевые узлы обработки сигналов. Эта цифровая «нервная система» полностью воспроизводит принципы работы биологических нейронов и имеет огромный потенциал для развития нейроморфных компьютерных систем, а также создания высокоэффективных биопротезов и реабилитационных технологий.

Модель, разработанная на основе клеточных автоматов WireWorld, имитирует функционирование нервных центров, отвечающих за регуляцию работы внутренних органов и реакцию на внешние раздражители. Учёные воспроизвели 15 ключевых свойств нервных центров, включая распространение импульсов, суммацию, окклюзию и индукцию, формализовав их в алгоритмические модели.

«Мы сделали выводы о природе нервных центров как о живых логических элементах», — заявил Алексей Кириченко, старший преподаватель РТУ МИРЭА. «Это открытие соединяет биологию и информатику, открывая путь к созданию принципиально новых, биоморфных вычислительных систем».

Созданная модель позволит лучше понять механизмы работы нервной системы, а также разработать инновационные методы реабилитации пациентов с нарушениями опорно-двигательного аппарата и создать передовые нейропротезы. Кроме того, она откроет дорогу для внедрения технологий искусственного интеллекта (ИИ) в медицину и разработки биокомпьютеров, способных решать задачи, недоступные для традиционных вычислительных систем.

Учёные Пермского Политеха (ПНИПУ) разработали инновационный алгоритм для систем машинного зрения, который гарантирует стабильную передачу видеоданных, даже при плохом или прерывающемся интернет-соединении. Новая технология превосходит существующие решения по эффективности на 28–32%.

Алгоритм, предназначенный для встраивания в прошивку камер или системы управления, использует нейросеть для определения так называемой «области интереса» (ROI) – например, лица человека или номера автомобиля. Затем, используя современный формат кодирования JPEG 2000, он анализирует скорость соединения и оптимизирует передачу данных, отдавая приоритет важным объектам, даже в условиях резкого падения качества связи.

Во время испытаний, имитирующих потерю 80–90% видеопотока, новая методика обеспечила передачу ключевых объектов на 54–81% чётче по сравнению с традиционными системами, при этом снизив потребление интернет-трафика на 40–45%.

«Наше решение применимо даже в маломощных устройствах, таких как камеры, квадрокоптеры и промышленные роботы», – отмечает Андрей Кокоулин, доцент ПНИПУ. «Оно позволит стабильно передавать изображение при слабой связи и расширит возможности применения компьютерного зрения в самых разных отраслях, от здравоохранения до МЧС».

Разработка ПНИПУ решает критически важную проблему для более чем 1,2 миллиона камер видеонаблюдения, работающих в России, обеспечивая надёжную и бесперебойную передачу видеоданных даже в условиях нестабильного интернет-соединения.

Исследователи из Пермского политехнического университета (ПНИПУ) разработали инновационную технологию безотходного получения струвита из сточных вод. Новая методика позволяет не только производить эффективное удобрение, но и полностью исключает загрязнение водоёмов, что выгодно отличает её от традиционных методов.

Обычные способы производства струвита оставляют в очищенной воде до 1% микроскопических кристаллов, способных вызывать эвтрофикацию водоёмов и наносить вред экосистемам. Пермские учёные нашли элегантное решение этой проблемы, предложив использовать дрожжи Yarrowia lipolytica для финальной очистки воды. Эта биотехнологическая «метла», как отмечают исследователи, оказалась на редкость эффективной. Эксперименты показали, что она удаляет 100% аммонийного азота и 96,7% фосфора из сточных вод, остающихся после основного производства струвита.

«Метод не требует избытка реагентов и эффективен даже при высоких концентрациях струвита», – подчеркнула доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ Юлия Кузнецова.

Ключевым преимуществом новой технологии является возможность организации замкнутого цикла производства. Очищенная вода может быть повторно использована для создания новых партий удобрения, что существенно сокращает водопотребление и обеспечивает полную безотходность процесса.

Струвит, произведённый по этой технологии, обладает пролонгированным действием благодаря медленному растворению в почве и устойчивости к вымыванию осадками, что гарантирует стабильное питание растений в течение всего сезона.

Внедрение этой разработки не только позволит предотвратить загрязнение водоёмов, но и станет важным шагом в развитии устойчивого сельского хозяйства с замкнутыми производственными циклами, способствуя построению экологически ответственного будущего.

Автор: Ирина Леонова