В российских НОЦ создаются технологии будущего
Они объединяют ведущие вузы, научные организации и бизнес. Центры позволят обеспечить технологический прорыв, быстро превращать научные идеи в реальные разработки и выводить их на рынок.
Так, в рамках НОЦ "Рациональное недропользование" ученые Пермского политеха обучают водоросли извлекать редкие и дорогостоящие металлы из экранов смартфонов.
- Средний срок службы мобильных телефонов и компьютеров постепенно сокращается и сейчас составляет от 2 до 6 лет, - говорит аспирант кафедры "Охрана окружающей среды" факультета химических технологий, промышленной экологии и биотехнологий Пермского политеха Анастасия Чугайнова. - Затем устройства становятся отходами, которые не перерабатывают. Мы предложили способ, позволяющий вернуть в производственный цикл редкие и дорогостоящие металлы. Выщелачиваем их в раствор, которым обрабатываем экраны и мониторы. Микроскопические водоросли поглощают эти металлы из раствора. А затем мы сжигаем водоросли: полезные элементы остаются в золе.
Сейчас водоросли "учатся" избирательно извлекать редкие металлы из электроники. По данным биотехнологов, к 2020 году во всем мире образовалось около 53,6 млн тонн электронных отходов. Их количество ежегодно растет, и через 10 лет эта цифра может достигнуть 74,7 млн. Уникальная технология, у которой нет аналогов в мире, позволит возвращать индий, золото, церий и эрбий в производство, а не "терять" их на мусорных полигонах.
Другая разработка пермских ученых поможет в очистке грунтовых вод от нефти.
"Значительная часть загрязняющих веществ попадает в подземные воды, а затем вместе с ними - в реки, озера. Ареалы загрязнения подземных вод могут достигать десятков километров, а в реках загрязнение разносится уже на сотни. Этот процесс может длиться долгие годы. К сожалению, его трудно контролировать. На решение этой проблемы и направлена наша технология, которая значительно ускоряет природные процессы естественного разложения нефтепродуктов", - рассказал замдиректора по научной работе Естественнонаучного института ПГНИУ Николай Максимович.
В основе технологии - комбинация химической и биологической обработки грунта и подземных вод. Ученые отбирают активные микроорганизмы на участке загрязнения, наращивают из них биомассу, "мешают" ее с кислородом и отправляют обратно под землю через скважину. Испытания показали: эффективность такой очистки на уровне 80%.
В рамках НОЦ "Передовые производственные технологии и материалы" ученые УрФУ вместе со специалистами из "Уральских локомотивов", коллегами из Челябинской и Курганской областей создают высокоскоростной поезд, который сможет разгоняться до 400 км/ч. Для сравнения: сейчас самые скоростные поезда, которые курсируют между Москвой и Санкт-Петербургом, движутся в среднем со скоростью 200 км/ч.
Производство планируется развернуть в Свердловской области. Будут созданы и внедрены новые конструкционные материалы, разработаны интеллектуальные системы управления транспортом. Благодаря проекту появится несколько тысяч рабочих мест. Разработчики уверяют: уже с 2028 года высокоскоростной поезд сможет обслуживать участок Санкт-Петербург - Москва. Одна из проблем, которую могут решить ученые: для колес поездов до сих пор используются стали, разработанные 30-40 лет назад. В приоритете создание новых сплавов, полиуретанов и резин с новыми качествами и свойствами.
Другая разработка уральского НОЦ - радар для беспилотников. Этот проект реализуется вместе с "НПО автоматики".
"Радары предназначены для обнаружения объектов и определения их удаленности, относительной скорости и угловых координат, - говорит директор физико-технологического института УрФУ Владимир Иванов. - Миллиметровый диапазон радиоволн позволяет не только измерять дальность до объекта, но и проникать через такие материалы, как одежда, пластик, гипсокартон. Технология устойчива к помехам, к дождю, снегу, туману и пылевым облакам".
Этот радар планируется устанавливать в первую очередь на промышленной и сельскохозяйственной технике, которая имеет много "слепых" зон. Радар позволит вовремя предупреждать человека о препятствиях. В будущем - создать системы интеллектуальной помощи водителям, управления автономным комплексом грузоперевозок, повышать производительность карьерной техники.
Еще одна разработка Уральского межрегионального НОЦ может занять до 20 процентов российского рынка реконструктивной хирургии и имплантации. В основе - оригинальная технология и конструкции. Протезы из титана печатаются на 3D-принтере, причем по индивидуальным "меркам". Они максимально биосовместимы и могут заменить любую кость или ее фрагмент. Например, фалангу пальца. Сейчас идут испытания на животных. Разработка позволит восстанавливать функцию кисти человека.
А белгородские ученые в НОЦ "Инновационные решения в АПК" обучают нейронные сети для сельского хозяйства. Анализ больших данных, технологии искусственного интеллекта помогут следить за поголовьем скота и состоянием полей. По прогнозам, к 2024 году доля полей, где используют систему точного земледелия, и ферм, где за здоровьем скота следит искусственный интеллект, составит 25 процентов.
Как это работает? В основе мониторинга полей - данные с космических спутников. В широком доступе есть много снимков поверхности Земли. Но разрешение таких фотографий, как правило, не очень большое. Квадрат размером 10 на 10 метров "сжимается" всего в один пиксель. И разглядеть, что растет - рожь или, скажем, пшеница, их колоски, - практически невозможно. Здесь на помощь и приходят нейронные сети. В базе данных - огромное количество информации, как может выглядеть пиксель с пшеницей в конкретный месяц и в конкретной местности. И как этот же пиксель может выглядеть, если на нем посажена, допустим, кукуруза. Какие могут быть оттенки: в электронном изображении они записываются комбинацией цифр и разных каналов... Нейросеть, созданная учеными НИУ "БелГУ" и "ЦентрПрограммСистем", это все просчитывает.
И это далеко не все перспективы нейросети и искусственного интеллекта в сельском хозяйстве. По словам доцента кафедры прикладной информатики и информационных технологий НИУ "БелГУ", кандидата технических наук Рустама Асадуллаева, многие технологические операции, в частности на животноводческих фермах, до сих пор не автоматизированы. Так, подсчет поголовья на свинофермах все еще идет вручную. Это долго и дорого. Ученые нашли способ, как посчитать подвижных свинок автоматически, с помощью видеокамер.
- Благодаря нейросети можно с высокой точностью определять на фото объекты типа "свинья" и производить подсчет поголовья как на фото, так и на видео. Для обработки видео мы разработали трекер, позволяющий осуществлять мониторинг перемещения животных и фиксировать их прохождение через фиксированную зону, - рассказал Рустам Асадуллаев.