Год российский науки
Какими научными достижениями запомнился 2025 год
В уходящем году российские ученые совершали фундаментальные открытия, запускали проекты класса мегасайенс и воплощали научные знания в конкурентоспособные технологии, которые определят облик нашего будущего. “Ъ-Наука” вспоминает некоторые заметные открытия и разработки, представленные российской наукой в 2025 году.
Фото: Евгений Павленко, Коммерсантъ
Фото: Евгений Павленко, Коммерсантъ
Точки сборки живого: от регенерации барабанных перепонок до очувствления роботов
В мае в Саратовском государственном университете (СГУ) сообщили о разработке искусственного нейрона, который точно имитирует «спайки» — электрические импульсы, которые нейроны используют для передачи информации между собой. Разработка открывает перспективы создания нейропротезов, заменяющих поврежденные нервные клетки, а также умных сенсорных систем в робототехнике и новых типов нейрокомпьютеров.
«Это как Lego-блок для сборки спайковых искусственных нейросетей»,— пояснил профессор кафедры динамического моделирования и биомедицинской инженерии СГУ Владимир Пономаренко.
В июле в Южном федеральном университете представили биоморфного робота с очувствленными конечностями. Ключевым элементом разработки стали нейроморфные структуры — микросхемы на базе мемристоров, которые представляют собой аппаратную реализацию нейросетей. Эти системы имитируют тактильную и ноцицептивную память, позволяя роботу различать температуру, твердость и тип поверхности, подобно тому, как это делает человек.
Как пояснил руководитель лаборатории «Нейромена» Владимир Смирнов, стоит задача создать отечественные решения для полной автоматизации и очувствления робота-помощника, который после обучения будет действовать без участия человека, в автономном режиме.
В ноябре специалисты Клинического центра Сеченовского университета успешно провели первую в мире операцию по восстановлению барабанной перепонки путем регенерации с применением биомедицинского клеточного продукта (БМКП) на основе собственных клеток пациента. Технология позволяет всего за 40 минут ликвидировать перфорацию, тогда как стандартная тимпанопластика сложнее и в 10–20% случаев не приживается с первого раза. У первой пациентки полное заживление и улучшение слуха подтверждены уже через три недели. Разработка является частью платформенной технологии, которую в будущем планируется применять для восстановления голосовых складок, структур носа и уретры.
«Это не только новые возможности для тысяч пациентов, но и доказательство, что российская наука способна создавать трансляционные технологии мирового уровня»,— подчеркнул ректор Сеченовского университета Петр Глыбочко.
В поисках «новой физики»
25 марта в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне заработала одна из научно-исследовательских установок класса мегасайенс — коллайдер NICA. Торжественный старт первого сеанса работы ускорительного комплекса состоялся в Лаборатории физики высоких энергий ОИЯИ в присутствии представителей 20 стран-участниц, ассоциированных членов и партнеров Объединенного института.
«Мы прошли долгий путь длиной 19 лет и уже в ближайшем будущем ожидаем данных первых физических экспериментов, когда на мониторах в пультовой будут видны сталкивающиеся пучки»,— отметил директор ОИЯИ академик РАН Григорий Трубников.
Коллайдер NICA позволит изучить свойства плотной барионной материи, существовавшей в первые мгновения после Большого взрыва. Эти исследования крайне важны для понимания эволюции Вселенной. Ключевое преимущество установки — способность удерживать максимальную плотность плазмы, около 20 млрд тонн на 1 куб. см. Это сопоставимо с плотностью нейтронных звезд, таких показателей невозможно достичь ни в одном другом ускорителе.
В сентябре ученые Санкт-Петербургского университета предложили новый метод расчета массы элементарных частиц, составляющих атомарные ядра — протонов и нейтронов. Их подход представляет собой новый взгляд на фундаментальную загадку современной физики — природу массы наблюдаемого вещества во Вселенной, которая почти целиком сосредоточена именно в нуклонах.
Это открытие стоит на стыке двух направлений — физики твердого тела и физики элементарных частиц — и заключается в успешном переносе принципов: в хорошо проработанные уравнения из теории полярона вводятся параметры из физики кварковых взаимодействий, в результате масса нейтрона, которая почти равна массе протона, воспроизводится с высокой точностью.
Как пояснили в СПбГУ, электроны, движущиеся в ионных кристаллах, интенсивно взаимодействуют с ионами, находящимися в узлах кристаллической решетки, в результате их эффективная масса (которая поддается прямому измерению) многократно увеличивается. Утяжеленный таким образом электрон, окутанный «облаком» взаимодействий, называют поляроном.
«Мы предположили, что сходный механизм может действовать и для кварков внутри протонов и нейтронов, что могло бы объяснить массу последних и помочь разгадать загадку массы почти всего наблюдаемого вещества»,— отметил профессор кафедры физики высоких энергий и элементарных частиц СПбГУ Сергей Афонин.
Диагностика будущего: выявление рака по анализу мочи, психических заболеваний — по анализу крови
В феврале в Сколтехе представили разрабатываемую систему объективного биохимического тестирования психического здоровья человека на основе липидных биомаркеров в крови. Она позволяет определять риск наличия психических заболеваний по биохимическому анализу крови с точностью более 92%, диагностировать заболевания еще до появления симптомов.
Сотрудники Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана подтвердили возможность отличить по анализу крови пациентов с психическими расстройствами от здоровых индивидов, а также обнаружили в исследованных образцах «молекулярный след» шизофрении и клинической депрессии.
В Сколтехе отмечают, что пока это не готовый к широкому практическому применению инструмент диагностики, однако это шаг к тому, чтобы постановка конкретного психиатрического диагноза опиралась не только на беседу с врачом, но и на объективные биомаркеры, что особенно важно в спорных случаях и на ранних стадиях заболевания.
В мае ученые СПбГУ сообщили о создании экспресс-метода выявления рака простаты или мочевого пузыря по анализу мочи. Преимущество методики — возможность определять болезнь на ранних стадиях. Это особенно важно, учитывая, что поздняя диагностика — одна из основных сложностей в борьбе с онкологическими заболеваниями мочеполовой системы.
«Мы предлагаем по интегральному составу мочи делать выводы о наличии или отсутствии у пациента этих видов рака. Для этого мы проводим анализ проб мочи специально разработанным набором химических сенсоров и обрабатываем результаты с помощью методов машинного обучения. Такой хемометрический подход сегодня часто применяют в химических исследованиях, а мы создаем модель, при которой реакция сенсоров покажет, есть ли у пациента заболевание»,— отметил профессор кафедры аналитической химии СПбГУ Дмитрий Кирсанов.
Проведенный учеными анализ 87 образцов пациентов показал, что чувствительность экспресс-теста, разработанного в СПбГУ, значительно выше, а значит, результат точнее, чем анализ крови на простатический специфический антиген. Так, ученым удалось добиться точности 97% для распознавания рака простаты и 76% для выявления рака мочевого пузыря.
В октябре в Новосибирском государственном университете представили прототип цифрового помощника врача — системы поддержки принятия врачебных решений под названием «Доктор Пирогов». Это виртуальный ассистент на основе ИИ, который призван снизить нагрузку на медиков и сократить время приема пациентов, не ухудшая качества медпомощи.
На основе жалоб пациента и результатов анализов система формирует список вероятных диагнозов — от наиболее опасных до менее серьезных — и предлагает рекомендации по обследованию и терапии, учитывая совместимость лекарственных препаратов и возможные противопоказания.
«Доктор Пирогов» способен помочь в диагностике более чем 250 самых распространенных заболеваний, создан на базе нейросетевых алгоритмов и обширной базы данных о взаимосвязях между симптомами, болезнями и лекарствами, которую специалисты НГУ вместе с учеными Института цитологии и генетики СО РАН создавали более десяти лет.
Квантовый прорыв
В Физическом институте имени Лебедева РАН (ФИАН) 1 июля успешно завершены тестовые испытания первого в России 50-кубитного квантового компьютера. Он создан по технологии холодных ионов: 25 ионами иттербия, удерживаемых лазерами и охлажденных почти до абсолютного нуля, управляют при помощи лазерных импульсов. Исполняемые на вычислителе квантовые алгоритмы представляют собой последовательность таких воздействий.
С завершением испытаний свою эффективность окончательно доказал уникальный отечественный подход к архитектуре квантовых вычислителей — применение куквартов — квантовомеханических систем, в которых ион может единовременно находиться не в двух (как в обычных кубитах), а в четырех состояниях, что позволяет сохранять и обрабатывать вдвое больше информации.
Другой прорыв в ФИАН совершили в сентябре, реализовав крупнейший в мире квантовый алгоритм на кудитах — обобщенный гейт Тоффоли на 10 ионах. Это мировой рекорд, а в перспективе исследования в этом направлении позволят существенно повысить точность квантовых вычислений в ходе решения практических задач.
«Приоритетом “дорожной карты” до 2030 года является достижение практической применимости квантовых вычислений. Для этого необходимо совершенствование 50-кубитного квантового компьютера на ионах иттербия. Показанный мировой рекорд — важный результат в этом направлении»,— отметил академик РАН, директор ФИАН Николай Колачевский.
А в ноябре в НИТУ МИСИС представили сверхчувствительный детектор, способный обнаруживать отдельные фотоны с очень высокой эффективностью — до 98%. Появление разработки «делает возможным создание компактных и чувствительных квантовых устройств, в том числе оптикорадиочастотных преобразователей для квантового интернета. Их создание позволит в корне изменить парадигму квантовых вычислений и объединить разрозненные квантовые вычислители», пояснил научный сотрудник Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ МИСИС Алексей Невзоров.
Благодаря этим и другим результатам Россия укрепляет позиции в глобальной квантовой гонке. Сегодня страна входит в число первых шести государств, создавших действующие квантовые процессоры на 50 и более кубитов, и в число первых трех (наряду с США и Китаем) с действующими квантовыми процессорами на четырех основных платформах.