Борьба со старением, голуби-биодроны и инновация в очистке воды. Топ разработок российских ученых

Нейросеть, способная оценить собственную уверенность в медицинском диагнозе, чтобы помочь врачу избежать ошибок. Инновационная косметика на основе стволовых клеток, обещающая реальное омоложение кожи. Птицы-биодроны с мозговыми имплантатами для мониторинга инфраструктуры и поисковых операций. Простой и точный метод диагностики болезней по походке с помощью ИИ. И уникальный полимер для сбора нефти, эффективный даже в суровых условиях Арктики. 

Эти и другие прорывные идеи демонстрируют широту и смелость российской научной мысли.

«Трамплин» продолжает рассказывать о последних достижениях российских учёных. Подробнее о самых интересных разработках — в нашем материале. 

 Еще более умные нейросети. Возможно ли?

Ученые из центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ имени Баумана разработали программу, с помощью которой нейросети будут учиться на своих ошибках и показывать уровень уверенности в своих прогнозах. Новое программное обеспечение смогут использовать не только профессионалы, но и обычные пользователи, далекие от сферы IT. Главная особенность технологии, как отметили в университете, - предиктивные механизмы: нейросети смогут самостоятельно оценивать эффективность функций, которые добавляют люди.

«Например, требуется определить по рентгеновскому снимку, является ли образование в легком злокачественным или доброкачественным. Модель машинного обучения анализирует тысячи изображений и для нового снимка выдает прогноз: рак это или нет. Допустим, в первом случае оценка уверенности составляет 51%, во втором — 49%. Если врач учтет такую неопределенность — а 49% всё же значимая доля, — пациенту не станут сразу назначать биопсию или дорогостоящие анализы, а направят на дополнительную диагностику, например КТ или ПЭТ-КТ. Либо специалист загрузит в систему более ранние снимки, и модель их сопоставит, что позволит принять более взвешенное и безопасное решение», — объяснил лаборант центра Иван Беспалов.

Эксперт добавил, что российская разработка превосходит зарубежные аналоги в функционале: они не могут оценивать уверенность собственных предсказаний, что необходимо в критически важных сферах, где цена ошибки может быть высокой. 

Метод омоложения с помощью стволовых клеток лошади

Молодые российские ученые разработали линейку омолаживающих средств на основе технологии клеточного репрограммирования. Она позволяет получать высокоактивные экзосомы из стволовых клеток пуповины лошади. Разработчики утверждают, что их продукция способна активировать регенерацию кожи, повысить её увлажненность более чем на 50%, уменьшить глубину морщин на 30%, а результат может сохраняться от 6 до 12 месяцев.

«Экзосомы из мезенхимальных стволовых клеток пуповины лошади обладают сильным регенеративным и противовоспалительным эффектом. Восстанавливают кожу и борются со старением на уровне клеток. К тому же, в отличие от растений, лошади приближены к человеку, поэтому экзосомы в продукции эффективно проникают в человеческие клетки кожи и за счет своего биологического груза активируют синтез коллагена, эластина и гиалуроновой кислоты», — рассказала лидер стартапа Анастасия Иголинская.

Эксперты признают, что тренд на экзосомы, пришедший из Азии, является одним из самых перспективных в современной косметологии. Использование лошади в качестве источника считается более безопасным по сравнению с крупным рогатым скотом, который переносит прионные болезни. Но даже несмотря на это данных пока недостаточно для уверенных заявлений об эффективности. Необходимы дополнительные исследования, чтобы подтвердить отсутствие опасных вирусов и нежелательных клеток. 

Голуби-биодроны. Выдумка или обозримое будущее?

Эта разработка скорее звучит как выдумка для фантастического фильма, но нет: голуби-дроны ближе, чем может показаться. Российский разработчик ИТ-продуктов группа компаний Neiry представила технологию управления птицами с помощью мозговых имплантов. Голубь-биодрон будет отличаться от обычной птицы только проводом, выступающим из головы, и рюкзачком с электроникой на спине. 

«Сейчас решение работает на голубях, но носителем может быть любая птица. Для переноса большего веса полезной нагрузки планируется использовать воронов, для мониторинга прибрежных объектов — чаек, а альбатросов — для больших морских акваторий», — рассказал основатель Neiry Александр Панов.

Технология позволяет управлять птицей без дрессировки - благодаря нейростимуляци мозга она сама «хочет» лететь в заданном направлении. Электроника питается от солнечных батарей, а позиционирование возможно через GPS. При этом компания утверждает, что птица проживает обычную жизнь нормальной продолжительности.

Основное применение биодронов, по задумке разработчиков, мониторинг различных объектов: ЛЭП, газораспределительных узлов, инфраструктуры. Также такие птицы смогут быть полезными во время проведения поисково-спасательных операций. Отмечается, что камеры будут работать с соблюдением законодательства о конфиденциальности - все персональные данные будут стираться, а лица - размываться с помощью ИИ. Сейчас проект находится на завершающей стадии и готовится к опытному внедрению.

Способ диагностики нарушений по походке с помощью ИИ

Ученые новосибирского НИИ гигиены Роспотребнадзора разработали и запатентовали способ анализа ходьбы человека с применением искусственного интеллекта. С помощью этого метода специалисты смогут диагностировать нарушения опорно-двигательного аппарата без множества анализов и снимков.

«Это способ, в основе которого выполняется видеофиксация ходьбы человека в сагиттальной проекции (при взгляде на тело сбоку) с последующим расчетом количественных показателей и оценкой величины отклонения от диапазона нормы в исследуемых паттернах. Задача изобретения состоит в повышении точности диагностики нарушения стереотипа ходьбы, которая включает в себя компьютерный анализ ходьбы с применением компьютерного зрения и параметрической геометрии», - написано в патентной документации.

Способ диагностики прост: испытуемый несколько раз проходит перед камерой, которая сбоку фиксирует его движение, а потом нейросеть анализирует видео и определяет 25 ключевых точек на теле. На основе этих данных система рассчитывает геометрические параметры и показатели, сравнивая их с «нормой». Учёные отмечают, что разработка выигрывает не только за счёт новизны, но и за счёт недорогого оборудования. Метод позволяет выявлять изменения походки при различных заболеваниях мышечной системы, связанных с нарушениями иннервации и кровоснабжения.

Инновационный полимер для очистки воды

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета создали инновационный нановолокнистый материал для сбора нефти с поверхности воды. У этого гибкого полимера рекордная сорбционная емкость, благодаря этому его можно использовать в сложных погодных условиях, даже в Арктике.

«Он обладает хорошей сорбционной способностью к различным нефтепродуктам, время поглощения максимального количества нефти составляет порядка двух часов в зависимости от типа нефти. А если мы говорим о способности использовать сорбент повторно, что повышает его эффективность использования, понижает себестоимость, то мы выяснили, что его можно регенерировать пять раз при снижении сорбционной емкости до уровня 85% от изначальной, при этом особенностью его является то, что он хорошо работает в холодных арктических условиях», - рассказал доцент кафедры медицинской химии СПбГУ Роман Олехнович.

Разработка СПбГУ, как отметили ученые, сильно превосходит аналоги: полимер может впитывать до 40 грамм нефти на грамм сорбента против 5 грамм у природных и 20 грамм у синтетических материалов. При этом его невозможно утопить, а время полного насыщения составляет около двух часов. Кроме того, когда полимер вобрал в себя нефть, его можно отжать, а затем вновь разместить на водоеме, а полученную нефть использовать.

Текст: Анастасия Баянова

Фото: 1 и 2 - chat GPT, 3 - neiry, 4 - freepik, 5 - vecteezy.