Как использовать топливо будущего и вылечить от болезни Паркинсона? О разработках российских учёных  

Топливо будущего хранится под толщей воды Мирового океана. Это газогидраты, горючий лёд, кристаллы, которые создаёт природа из воды и газа, обычно метана. Они содержат большое количество газа, который выделяется при их нагреве, и может использоваться как альтернативный источник энергии. Главное преимущество – высокая экологичность, кристаллы при нагревании почти не выделяют вредных выбросов в атмосферу.

Именно это вещество предлагают использовать томские учёные для населённых пунктов, где пока нет централизованного отопления. Пилотная линия, которой нет аналогов ни в России, ни в мире, отправится в следующем году в Якутию, чтобы обогреть экспериментальный посёлок. 

Кроме вариантов применения топлива будущего, российские учёные работают над лекарством от болезни Паркинсона, создали кремниевый чип как основу для сверхбыстрой памяти, протестировали систему, которая позволяет роботам видеть в темноте и без интернета. Подробнее об этих проектах – на нашем сайте, а самые главные факты – на карточках.

Молекула для восстановления движения при болезни Паркинсона

Болезнь Паркинсона, которая лишает человека возможности двигаться из-за гибели нервных клеток, всё активнее распространяется по планете – за последние 25 лет количество людей с этим диагнозом удвоилось, а в России сейчас живёт 200 тысяч человек с болезнью Паркинсона. Лечения для этого заболевания пока нет. 

Шаг в направлении эффективного лекарства сделали исследователи из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Московского физико-технического института – синтезировали и протестировали соединение, способное эффективно восстанавливать двигательную активность при болезни Паркинсона. Они предлагают замедлить процесс отмирания нервных клеток – специально созданная молекула запускает в клетках естественный механизм удаления токсичного мусора, убивающего нейроны. Этот процесс называется аутофагией, и нарушение его хода – одна из главных причин развития болезни Паркинсона. 

За основу учёные взяли синтетическое соединение серратин (AN2) – аналог природного вещества уролитина А, которое содержится в гранатах и клубнике, и уже известно способностью запускать аутофагию. На его базе исследователи синтезировали библиотеку из 27 новых молекул. Самую высокую эффективность показала молекула ОРА471 – она была протестирована в процессе экспериментов на клеточных линиях нейробластомы человека. Учёные выяснили, что ОРА471 воздействует на митохондрии – энергетические станции клетки, мягко разобщая процессы окисления и выработки энергии. Это запускает сигнальный путь AMPK/ULK1 – один из главных регуляторов аутофагии. Новое соединение было протестировано на нематодах (круглых червях), эмбрионах рыбок данио-рерио и мышах. 

«Нам удалось показать, что новое соединение ОРА471 не только малотоксично, но и эффективно восстанавливает двигательную функцию в модели болезни Паркинсона на нематодах. Черви, получавшие токсин, двигались значительно медленнее и хуже контролировали движения. Однако при добавлении ОРА471 их моторные показатели – пройденная дистанция и скорость – возвращались к значениям здоровой контрольной группы. Это говорит о большом потенциале молекулы для дальнейшей разработки терапии нейродегенеративных заболеваний», – рассказала соавтор работы, старший научный сотрудник лаборатории персонализированной химио-лучевой терапии МФТИ Елена Марусич.

Новая схема лазера с увеличенной в 2 раза мощностью

Новую схему оптического компрессора фемтосекундного лазера разработали сотрудники института прикладной физики РАН. Проект позволяет повысить мощность петаваттных лазерных систем в 1,5-2 раза. Как говорят специалисты, физики вынуждены ограничивать мощность лазерных систем из-за пределов стойкости их дифракционных решёток. Система российских ученых упрощает оптический компрессор лазера и увеличивает выходные параметры пучка в 1,5-2 раза, тем самым возрастает мощность лазерного луча. В стандартной схеме компрессора 4 решётки, учёные оставили только две, изменив их местоположение относительно друг друга. Так получилось еще и снизить стоимость компрессоров. Эта схема будет использоваться не только в новых лазерных системах, но и в уже созданных комплексах. 

Основа для сверхбыстрой оптической памяти

Учёные из России и Китая создали микроскопическую оптическую ловушку для света в кремниевой фотонной структуре – она станет основой для сверхбыстрой и энергоэффективной оптической памяти нового поколения. Как рассказали разработчики, компактная кремниевая структура может работать как ячейка памяти с несколько уровней, где хранится информация в нескольких устойчивых состояниях оптического отклика.

Создание фотонных аналогов интегральных схем и других компонентов электронных устройств – одна из главных задач науки последнего десятилетия. Команда из российских и китайских учёных решили эту проблему, разработав особую конструкцию кремниевого чипа, который сочетает в себе компактность, энергоэффективность и высокие показатели удержания света внутри устройства. В процессе работы внутри чипа возникают два близких по частоте оптических резонанса, которые связаны между собой через общий канал излучения. Благодаря таким резонансам внутри остается даже самый слабый световой сигнал, и свет удерживается внутри сразу в трёх состояниях.

Экспериментальные образцы уже проверены – размер прототипа оптической памяти составляет менее 20 микрометров, а потребление всего четверть милливатта энергии. Такие чипы можно использовать для создания матриц памяти, логических элементов и прочих блоков. 

Линия для отопления на основе «горючего льда»

На площадке Томского политехнического университета начали собирать первую в России пилотную линию для отопления отдалённых посёлков на основе «горючего льда». Установка, которая не имеет аналогов ни в России, ни в мире, генерирует топливо на основе газогидратов. Когда газогидрат нагревается, высвобождается газ, который можно сразу использовать для отопления жилых помещений и бытовых нужд. Особенно такое решение актуально для населённых пунктов, где нет газопроводов и централизованного отопления. 

Газогидраты называют топливом будущего – это газ в ледяной и водной оболочке, который добывают со дна морей и океанов. Главное преимущество такого топлива – экологичность, так как при сжигании оно выдаёт минимум выбросов в атмосферу по сравнению с углём и мазутом. Однако изобрести технологию транспортировки и  использования газогидратов еще предстоит.

Установка томичей за 6-8 часов сможет вырабатывать около 200 литров гидрата, этого достаточно, чтобы зимой отапливать небольшой посёлок из 50 домов в течение месяца. Учёные планируют дополнить комплекс реактором, где будут синтезироваться гидраты из углекислого газа – их планируется использовать в исследованиях гидратных огнетушителей и бомб для тушения пожаров. Первая мобильная линия отправится на месторождение в Якутию, чтобы отапливать посёлок.

Система, позволяющая роботам видеть в темноте и без интернета

Учёные МФТИ предложили систему локализации роботов MSSPlace. Она синтезирует информацию от разных сенсоров – оптических камер, лидаров, текстовые описания объектов. В результате роботы могут ориентироваться в пространстве при любом освещении, погоде, при отсутствии интернета и спутниковой навигации. Разработка уже проверена на роботах в пределах кампуса МФТИ.  

По технологии, роботы вначале должны проехать по территории и запомнить данные с разных сенсоров, каждый кадр при этом сохранять не нужно, это значительно экономит ресурсы. В результате формируется база знаний, обращаясь к которой робот может определить, где он находится. 

По словам авторов, разработка состоит из архитектуры нейронной сети и способа её обучения, он позволяет формировать дескрипторы, цифровые описания местоположения. С помощью этих описаний роботы и могут определять своё местоположение. Эксперименты показали, что ошибка определения координат составляет меньше полуметра в помещении, а на улице – не более двух метров.

Текст: Эмма Эйхвальд

Фото: сгенерированы нейросетью Шедеврум