Карманный компьютер, «атлас мозга» и умный бетон. Топ разработок российских учёных

Учёные запустили масштабный проект по созданию «атласа мозга» для борьбы с постковидной депрессии. Экологи превращают города в единую экосистему по концепции «биогорода». Материаловедение наделяет обычный бетон «интеллектом» для самодиагностики. А физики, сокращая до наноразмеров синие лазеры и создавая сверхпроводящие плёнки, прокладывают дорогу к компьютерам невиданной мощности. «Трамплин» продолжает рассказывать о последних достижениях российской науки. Подробнее о самых интересных — в нашем материале. 

«Атлас мозга» для борьбы с постковидной депрессией

Нейробиологи Томского государственного университета запустили масштабное исследование, чтобы выяснить, как повреждения нервных волокон в мозге влияют на развитие постковидной депрессии и ухудшение памяти. Проект направлен на создание уникального «атласа» мозга, который поможет выявлять отклонения на стандартных МРТ-снимках.

Руководитель проекта, заведующий лабораторией нейробиологии НИИ ББ ТГУ Михаил Светлик, объяснил, что основная цель — понять связь между демиелинизацией (разрушением миелиновой оболочки нервных волокон) и когнитивными, и эмоциональными последствиями COVID-19.

Предыдущие исследования ТГУ показали, что постковидный синдром часто сопровождается психоневрологическими проблемами, включая депрессию. Она встречается как у тех, кто переболел с симптомами, так и у бессимптомных пациентов. Учёные обнаружили связь между постковидной депрессией и демиелинизацией в нижнем лобно-затылочном пучке мозга. Эта же зона страдает и у людей с классическим депрессивным расстройством, что поднимает вопрос о схожести механизмов болезни в обоих случаях.

Для выявления ранних признаков разрушения миелина исследователи ТГУ используют передовой метод магнитно-протоно-фракционного (МПФ) картирования.

«Мы создаём отечественный "атлас" мозга, который стандартизирует анализ МРТ-изображений, — рассказал Михаил Светлик. — Этот "атлас" покажет области мозга как у здоровых людей, так и у пациентов с COVID-19, постковидной депрессией и другими заболеваниями, связанными с нарушением миелинизации».

В исследовании участвуют здоровые добровольцы двух возрастных групп: 18–25 лет и 60 лет и старше. Это нужно для корректного сравнения данных и научного обоснования изменений.

Ожидается, что по итогам проекта, который завершится в 2026 году, будут разработаны более точные методы диагностики и прогнозирования неврологических заболеваний. Улучшение диагностики планируется за счёт автоматизированных алгоритмов обработки МРТ-снимков, что позволит точнее оценивать повреждения мозга у пациентов с последствиями коронавируса и другими миелинопатическими заболеваниями.

«Биогород»: природа, как основа городской среды

Российские города готовятся к масштабным экологическим преобразованиям. Анна Ленько, лидер проекта «Природные города» и член экспертного совета министерства строительства и ЖКХ РФ, представила концепцию биогорода, где природа станет основой городской среды.

Идея уже вошла в топ-100 лучших проектов Агентства стратегических инициатив. Её суть – создание единой системы озеленённых территорий, гармонично вписывающихся в ландшафт города. Проект основан на принципах биофильного дизайна.

«Наша цель – сделать природу не просто украшением, а фундаментом для развития городов, – говорит Ленько. – Это создаст здоровую среду и улучшит качество жизни».

Проект охватывает все уровни планирования – от регионального до локального. Все элементы – от благоустройства до модернизации инфраструктуры – будут взаимосвязаны. Важную роль играют современные технологии. Использование биоинженерных решений и водно-зелёной инфраструктуры повысит устойчивость экосистем и снизит затраты на содержание территорий.

Проект особенно актуален, так как 75% россиян живут в городах, и 80% горожан беспокоятся о состоянии окружающей среды.

«Создание сети зелёных зон – это не только вклад в экологию, но и экономическая выгода. Это повысит устойчивость городов к климатическим изменениям и поспособствует развитию зелёной экономики», – отмечает эксперт. 

Первым городом, где реализуют проект, станет Нижний Новгород. Создание водно-зелёного каркаса улучшит жизнь двух миллионов человек. У проекта есть потенциал для распространения: в России 40 агломераций, где устойчивое развитие невозможно без учёта природных факторов.

«Умный» бетон с функцией самодиагностики

Российские учёные из ИФТПС СО РАН и СВФУ имени М. К. Аммосова создали уникальный электропроводный композит на основе бетона, обогащённый оксидом графена из промышленных отходов. Этот материал на 48% повышает прочность бетона на сжатие и наделяет его интеллектуальными свойствами. Благодаря электропроводности, композит способен к самодиагностике. Он чутко реагирует на механические нагрузки, позволяя в реальном времени отслеживать состояние конструкции по изменениям сопротивления. Это особенно важно для долговечности и безопасности зданий в арктических регионах.

Электропроводный бетон открывает новые возможности для создания автономных систем обогрева. Его можно использовать для энергоэффективных дорожных покрытий, растапливающих лёд и снег, «тёплых полов» в зданиях и беспроводной зарядки электромобилей. Применение оксида графена из отходов делает технологию экономически выгодной и перспективной для масштабирования. Это позволяет создавать более безопасные, долговечные и энергоэффективные конструкции для суровых климатических условий.

В будущем планируется исследовать, как электрический ток влияет на разрушение материала при низких температурах, а также изучить возможность накопления в нём энергии.

Наноплёнки для «карманных» суперкомпьютеров

Российские учёные создали новый материал для сверхбыстрой электроники — нанопленки из аморфного рения. Этот сверхпроводник способен проводить ток при более высокой температуре, чем существующие аналоги. Разработка открывает путь к созданию сверхпроводящих транзисторов, которые могут стать связующим звеном между обычными и квантовыми компьютерами. 

Научный сотрудник центра квантовых коммуникаций НТИ НИТУ МИСИС Алексей Невзоров рассказал: эта разработка позволит простым методом получать стабильные сверхпроводящие плёнки с очень хорошими практическими характеристиками. Они могут послужить основой для создания однофотонных детекторов, а также приблизить появление «карманных» суперкомпьютеров — небольших устройств со встроенным искусственным интеллектом.

Российские учёные представили революционный материал на основе наноплёнок из аморфного рения, открывающий перспективы для создания сверхбыстрой электроники нового поколения. Разработка специалистов ФИАН, МФТИ и ВШЭ позволяет создавать сверхпроводящие элементы, работающие при относительно высоких температурах (7–8 К), что допускает использование более доступных систем охлаждения. 

В отличие от кристаллического рения, переходящего в сверхпроводящее состояние при 1,5 К, аморфная структура материала значительно усиливает его сверхпроводящие свойства и обеспечивает стабильность на воздухе. Это упрощает потенциальное применение в серийном производстве. Одним из самых перспективных направлений использования нового материала является создание сверхпроводящих транзисторов для гибридных вычислений и локальных систем искусственного интеллекта. Потенциальная миниатюризация криостатов позволит создать компактные суперкомпьютеры с высокой производительностью, способные решать сложные задачи автономно. 

Несмотря на вызовы, связанные с редкостью и стоимостью рения, а также технологическими сложностями обработки аморфных плёнок, материал обладает огромным потенциалом для создания высокочувствительных сенсоров, детекторов космического излучения и кубитов для квантовых компьютеров. 

Сверхчёткий дисплей с помощью лазера

Учёные из Университета ИТМО и МФТИ создали самый миниатюрный в мире синий лазер. Его рекордно малые размеры, которые ранее считались физически невозможными для синего диапазона, открывают прямой путь к созданию сверхчетких дисплеев с невиданной плотностью пикселей, компактных устройств дополненной реальности и даже оптических компьютеров.

Ключевым достижением исследователей стало преодоление так называемого дифракционного предела — фундаментального закона, который не позволял уменьшать традиционные лазеры до наноразмеров, особенно в синей части спектра. Эта проблема долгое время была «ахиллесовой пятой» в разработке полноцветных дисплеев следующего поколения.

«Объём нашего нанолазера составляет всего 0,005 кубического микрона, что примерно в 13 раз меньше куба длины волны его излучения. Это абсолютный рекорд для синего диапазона», — пояснил профессор Университета ИТМО Сергей Макаров.

Активный элемент лазера — микроскопический кубик из перовскита, выращенный в растворе. Эта часть технологии является одной из самых инновационных: учёные создают лазеры в виде коллоидного раствора, похожего на чернила.

«Это позволяет осаждать нанолазеры на любые поверхности, что открывает фантастические возможности для интеграции с активными матрицами для дисплеев и фотонными схемами», — отметил Макаров.

Принцип работы устройства также отличается от традиционного. Вместо стандартной схемы здесь используется передовая поляритонная концепция.

«В нашем лазере происходит сильная связь между светом и веществом (экситонами в перовските). Это позволяет достигать генерации без необходимости преодолевать высокий энергетический "порог", что снижает энергопотребление и упрощает конструкцию», — прокомментировал ведущий научный сотрудник МФТИ Денис Баранов.

Несмотря на прорыв, у технологии пока есть ограничение: стабильная работа демонстрируется при сверхнизких температурах около -193 °C. Следующей важнейшей задачей, над которой уже работают учёные, является достижение комнатнотемпературной генерации для коммерческого применения.

Фото: vuzopedia.ru, freepik, storico