Робот-атомоскоп, ИИ-диагност и инновационный катализатор: прорывы российских учёных

Российские разработки продолжают удивлять мир!

Учёные из МГТУ им. Баумана создали уникального робота, способного обнаруживать микроскопические дефекты на космических зеркалах. Его сенсорная чувствительность в несколько раз превосходит лучшие мировые аналоги, что сопоставимо с обнаружением сантиметровой волны в масштабах Тихого океана. Эта разработка открывает новые горизонты для создания космических телескопов нового поколения и сверхточных лазерных гироскопов.

Чем ещё удивляли российские учёные на минувшей неделе? В медицине разработали ИИ-алгоритм, рассчитывающий идеальную форму сердечного клапана для персонализированных операций. В энергетике создали компактный катализатор – ключ к водородной независимости, позволяющий получать экологически чистое топливо прямо из газопровода. В диагностике изобретели систему «цифровой патолог», которая анализирует ткани желудка с точностью 96% и в пять раз быстрее человека выявляет предраковые состояния. А в биотехнологиях открыли технология сверхконтроля заморозки для систем адресной доставки лекарств и высокоточных методов диагностики.

Больше подробностей о каждой разработке читайте на сайте «Трамплина».

Робот-космический помощник

Учёные из МГТУ им. Баумана создали уникального робота для проверки оптических деталей — линз, зеркал и других компонентов, которые работают со светом. Его точность поражает: производство сверхчувствительного оборудования может отклоняться от плана лишь на доли нанометра, что сравнимо с размером атома. Робот, как отметили эксперты, поможет в разработке космических телескопов, навигационных приборов и лазерных гироскопов.

Но как работает робот? Очень просто: один манипулятор направляет на поверхность лазерный луч, а второй улавливает отражённый свет. Специальные алгоритмы анализируют эти данные и определяют малейшие дефекты — царапины, шероховатости или загрязнения размером до 1,1 ангстрема (1.1×10⁻¹⁰ м). Это в 2–2,5 раза точнее лучших мировых аналогов.

«Чтобы образно представить чувствительность прибора, можно сравнить его работу с выявлением всплеска волны высотой в 1 см на поверхности Тихого океана. Современная техника продвинулась настолько, что даже такие малые дефекты могут исказить данные. Например, телескоп, который наблюдает за короной Солнца, должен детектировать очень слабые магнитные бури. Если шероховатость на поверхности главного зеркала будет более 0,5–1,1 нанометра, это приведет к ошибкам измерения», — пояснил доцент МГТУ Дмитрий Денисов.

Помимо контроля качества для существующих технологий, разработка открывает перспективы для будущих проектов, таких как орбитальные солнечно-зеркальные электростанции. Эксперты отмечают, что для большинства задач достаточно точности в 40–50 нанометров, но для особо ответственных систем — лазерных гироскопов в авиации или космосе — нужны именно нанометровые, а иногда и атомарные допуски, что делает эту разработку чрезвычайно востребованной.

Программа для уникальных операций на сердце

В Сеченовском университете создали программу для помощи в полной реконструкции митрального клапана сердца — сложнейшей операции, которую ранее в России не выполняли. Программа на основе машинного обучения рассчитывает точный размер новых створок клапана для каждого пациента, которые затем выкраиваются из его собственной ткани. Благодаря этому человек может спастись он пожизненного приёма лекарств и установки механического протеза.

Чтобы грамотно провести расчеты, врачу достаточно ввести несколько параметров, полученных при стандартном УЗИ сердца: вес, рост пациента, площадь клапана и другие. После этого программа генерирует индивидуальную модель створки, которую можно использовать во время операции.

«В настоящий момент в нашей стране не проводили полной реконструкции митрального клапана аутоперикардом. Персонализация модели створок митрального клапана делает нас на шаг ближе к этому достижению. Мы сможем помочь тысячам пациентов с тяжелой недостаточностью этого органа, предложив им альтернативу замены митрального клапана механическим протезом. Наша разработка поможет пациентам вернуться к нормальному образу жизни и избавит от приема антикоагулянтов на постоянной основе», — отметил директор клиники Роман Комаров.

Разработка основана на уникальном опыте клиники, за 10 лет там провели сотни подобных операций на аортальном клапане. Следующим шагом станет испытание методики на лабораторных животных. Эксперты уже называют разработку очень перспективной, так как она соответствует ключевым мировым трендам: персонализированной медицине, цифровизации хирургии и использованию ИИ для повышения точности операций. 

Преобразо вание природного газа по новой технологии

Новый катализатор для компактных установок по производству водорода из природного газа создали исследователи из ФТИ им. Иоффе и СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Эта разработка позволит создавать мобильные заправочные станции размером с обычный контейнер, которые можно подключить к газопроводу и получать водородное топливо на месте.

«Мы работали над тематикой мобильных заправочных станций — размером со стандартный контейнер. Устройствами, которые можно привезти, подключить к магистральному газопроводу и запустить процесс получения водорода. Сердце такой станции — установка для получения водорода. Ее высота — с человеческий рост. Катализаторы в виде больших гранул, которые применяют в промышленных реакторах, для них не подходят. Поэтому были разработаны гранулы меньшего размера (около 3–5 мм), определенной формы и с заданными свойствами. Например, они устойчивы к «отравлению» вредными примесями, которые присутствуют в природном газе. Также материал адаптирован к режимам работы, когда установка работает днем, а ночью простаивает или эксплуатируется на пониженных оборотах», — рассказал научный сотрудник лаборатории Шамиль Омаров.

Особенность нового катализатора — гранулы уменьшенного размера (3–5 мм), адаптированные к компактным реакторам. Они устойчивы к примесям в природном газе и к частым запускам и остановкам оборудования. Испытания показали, что материал долговечен и превосходит существующие аналоги по ключевым параметрам. Разработка поможет создавать автономную водородную инфраструктуру вдоль дорог, на предприятиях и в логистических центрах, а также снизить зависимость от импорта. Следующий шаг — собрать опытную установку и испытать катализатор в реальных условиях.

ИИ для быстрой диагностики предракового гастрита

Эта разработка поможет выявить предраковую степень гастрита и спасти миллионы жизней, если пройдет испытания. На основе искусственного интеллекта российские специалисты создали систему «цифровой патолог», которая ускоряет диагностику опасного предракового состояния — атрофического гастрита — в пять раз. Алгоритм анализирует снимки тканей желудка и с точностью 96%, определяет стадию заболевания и превышает согласованность диагнозов между разными врачами.

«Ранняя диагностика позволяет установить наблюдение за пациентом, назначить ему лечение и предотвратить развитие рака. А если опухоль всё же появится — удалить ее на самой ранней стадии и сохранить пациенту жизнь», — подчеркнула директор Института цифровой патологии Сеченовского университета Татьяна Демура.

Система автоматически находит на изображениях поврежденные участки и проводит необходимые расчёты, это существенно сокращает время исследования. Эксперты отмечают, что разработка соответствует мировому тренду автоматизации диагностики, которая особенно важна для такого распространённого заболевания, как гастрит. Однако широкому внедрению подобных ИИ-сервисов сегодня мешает экономика здравоохранения: в действующие стандарты медпомощи расходы на ИИ-диагностику пока не заложены.

Сверхчеткие МРТ-снимки с помощью льда

Специалисты Сколтеха создали технологию для контроля заморозки растворов в реальном времени. Метод позволяет наблюдать рост кристаллов льда внутри образца и точно определять момент его полного замерзания, что критически важно для производства современных биомедицинских материалов, например, систем доставки лекарств или контрастных веществ для МРТ.

Технология основана на фотоакустическом эффекте: короткие лазерные импульсы направляются на образец, а возникающие ультразвуковые волны анализируются специальным алгоритмом. Это позволяет отслеживать, где и с какой скоростью вода превращается в лёд, даже в мутных растворах, непрозрачных для обычных оптических методов.

«До сих пор точный контроль скорости кристаллизации в ходе этих процессов был затруднен из-за отсутствия подходящих методов регистрации фазового перехода прямо во время эксперимента. Наша разработка решает эту проблему. Мы можем не только зафиксировать сам момент замерзания воды, но и точно отслеживать, с какой скоростью лед растет внутри раствора с частицами», — пояснил старший научный сотрудник Сколтеха Сергей Герман.

Разработка ускоряет технологический цикл в пять раз, поскольку раньше процесс загрузки активных веществ в микрочастицы шёл практически «вслепую». Теперь учёные могут подбирать и поддерживать оптимальную скорость заморозки для каждого состава, что необходимо для создания материалов с заданными свойствами — например, наночастиц оксида железа для адресной доставки лекарств или контрастных агентов.

Эксперты отмечают, что технология открывает путь от эмпирического подбора параметров к осознанному проектированию сложных функциональных материалов, что особенно важно для развития персонифицированной медицины и тераностики (объединения диагностики и лечения).

Текст: Анастасия Баянова

Фото: Freepik