Пленарное заседание VIII Конгресса молодых ученых открыл ректор Университета ИТМО Владимир Васильев. Он рассказал о важных государственных изменениях, которые сегодня задают основные направления в развитии научной среды.
«VIII Конгресс и те идеи, которые на нем прозвучат, крайне важны, потому что в прошлом году в соответствии с “майскими указами” президента России были определены основные национальные проекты, которые касаются нашей работы. Прежде всего, это нацпроекты по науке, образованию, цифровой экономике, здравоохранению и так далее. Почти все 12 проектов так или иначе связаны с проведением научных исследований и внедрением результатов интеллектуальной деятельности в конечные продукты или услуги, которые будут касаться не только жителей нашей страны, но, возможно, и всего человечества. Наука интернациональна и не терпит изоляции в наше время», – рассказал Владимир Васильев.
По словам ректора, основной акцент руководство страны делает на молодых специалистов. Решение же новых задач подразумевает междисциплинарный подход и привлечение представителей разных наук.
«Крайне важно, что в тех направлениях, которые заданы нацпроектами, акцент сделан на молодых ученых. Так, в нацпроекте “Наука” звучит очень амбициозная цифра: к 2024 году количество молодых ученых в исследовательских коллективах должно составлять не менее 50 % от общего числа сотрудников. Это говорит о том акценте на молодежь, который делают руководители страны», – обратился ректор к участникам Конгресса.
Во время открытия VIII Конгресса молодых ученых, который продлится всю неделю, также состоялась питч-сессия, в рамках которой выступили научные сотрудники Университета ИТМО.
Кандидат технических наук, научный сотрудник факультета систем управления и робототехники Олег Борисов и аспирант Иван Борисов рассказали об интеллекте роботов, который достижим с помощью объединения «железа» и «софта».
Научные сотрудники воплощают в своих роботах уникальные качества живых существ: адаптивность, развитую сенсорику и энергоэффективность. С точки зрения инженерного дела человеческая рука – сложный инструмент, который способен адаптироваться к форме манипулируемых объектов и выполнять как точные захваты, так и силовые. Именно эта идея была заимствована при создании универсального захватного устройства для промышленных целей в рамках одного из двух проектов, которые ученые проводят совместно с компанией TRA Robotics.
На этапе прототипирования была разработана модель, которая выполняла точечные и силовые захваты. У модели есть пальцы, которые могут изменять ориентацию и количество степеней свободы, что позволяет ей адаптироваться к форме объектов. На следующем шаге разработчики выполняли задачу очувствления робототехнических систем. Так как в силу ряда причин нельзя увеличивать количество физических сенсоров, пока не будут достигнуты возможности человека, физические сенсоры заменяются на умные алгоритмы, которые позволяют косвенным образом восстанавливать силу взаимодействия робота с окружающей средой без использования соответствующих силомоментных датчиков. Такое программное решение позволяет с помощью софта решать физически нереализуемые задачи, то есть усложнять сценарии функционирования робота без усложнения конструкции.
«Другая способность, которой мы наделили систему, – энергоэффективность. Мы берем идеи и элементы из жизни и применяем в робототехнических системах. Например, работаем над методами анализа мехатронных систем на основе передачи энергии – языка общения между элементами мехатронной сети. Так, робот бегает не потому, что мы посылаем сигнал, а потому что энергия была послана из батареи в электродвигатель, дальше распределена между механическими элементами, потом рассеяна в момент соударения с полом или накоплена в гибких элементах», – объяснил Иван Борисов.
Кандидат биологических наук, доцент химико-биологического кластера Университета ИТМО Елена Кошель рассказала об инновационных подходах в терапии и диагностике инфекций.
Человечество развивается в колыбели микроорганизмов. Сегодня существуют две серьезные проблемы, связанные с инфекциями. Первая проблема – антибиотикорезистентность (устойчивости штамма возбудителей инфекции к действию одного или нескольких антибактериальных препаратов). По существующим прогнозам, если человечество ничего не предпримет, то к 2050 году арсенал антибиотических препаратов будет исчерпан, и у нас не останется методов борьбы с бактериями. Возможно, люди начнут погибать от самых простых оппортунистических инфекций, которые сегодня не представляют для нас угрозы. К слову, если человек принимает антибиотики, необходимо пропивать полный курс, иначе сам человек становится инкубатором для формирования новых антибиотико-резистентных штаммов. Чаще всего это происходит именно в организме.
Вторая проблема связана с существованием микроорганизмов в виде биопленок. Биопленки – бактериальные города, в которых сосуществуют разные виды микроорганизмов. Внутри биопленки они очень эффективно обмениваются между собой генетическим материалом. В результате в организме человека появляются антибиотико-резистентные штаммы.
«Бактерии очень социальны, они любят помогать друг другу, поэтому, если под воздействием какой-то угрозы, например, антибиотика, одна бактерия просит помощи у другой, то та делится своими инструментами в виде ДНК, в которой есть научно-технические разработки в виде генных кассет устойчивости к антибиотикам. Проблема биопленки стоит остро, до сих пор от нее погибают люди, даже если речь идет о таких инфекциях, которые не представляют угрозы (стафилококк или кишечная палочка). Это оппортунисты, которые окружают нас постоянно, но, когда они поселяются в нашем организме в виде биопленок, то приводят к смерти», – объяснила Елена Кошель.
Проекты микробиологической группы Химико-биологического кластера Университета ИТМО направлены на борьбу с обеими проблемами. Так, ученые занимаются разработкой функциональных материалов, эффективных против биопленок, и антибиотико-резистентных штаммов. Уже сейчас разработан магнитоуправляемый материал, который может эффективно преодолевать проблему биопленки – благодаря этому материалу антибиотик накапливается в месте воспаления и эффективно удаляет биопленку. Также ученые разрабатывают защиту различных имплантатов и биотических устройств, которые интегрируются в организм.
Ученые занимаются разработкой генно-модифицированных штаммов для лечения заболевания, в том числе онкологических. Совместно с лабораторией ДНК-робототехники учеными ведется разработка инновационных диагностических и терапевтических систем на основе технологии ДНК-оригами. В этом проекте используются ДНК-сенсоры, и появляется возможность с высокой эффективностью разрушать нуклеиновые кислоты инфекционных агентов и использовать этот подход в лечении раковых заболеваний.
«С высокой точностью благодаря ДНК-роботам можно идентифицировать и выявлять наличие различных патогенов в наших биологических средах, что может быть эффективно использовано при разработке новых диагностических тест-систем. Отдельно развивается направление по разработке генно-инженерных штаммов на основе пробиотических штаммов, то есть полезных для нашего организма, которые будут эффективно лечить при нормально пероральном приеме также и некоторые заболевания, такие как колоректальный рак», – рассказал Елена Кошель.
Кандидат технических наук, доцент факультета информационных технологий и программирования Владимир Ульянцев рассказал о проекте создания генетического алгоритма, реализуемом совместно с Вашингтонским университетом.
Согласно теории Дарвина, после того, как любой живой вид рождается, часть особей вырастает и дает потомство, а другая часть погибает, что связано с неприспособленностью к текущей среде (соответственно, выживают приспособленные). С момента появления компьютеров и начала вычислений на машинах появились попытки эту эволюцию смоделировать. В 1950-1960-е годы был предложен метод направленного перебора. Выбирается часть особей из текущего поколения на основе функции приспособленности, то есть приспособленность моделируется, и формируется следующее поколение при помощи скрещивания и мутации. То есть производится процесс, который похож на то, что происходит в живой природе.
«Дарвин проиллюстрировал свою книгу одной картинкой, изображающей филогенетическое дерево – дерево, отражающее эволюционные взаимосвязи между различными видами или другими сущностями, имеющими общего предка. Всем всегда было интересно, как именно наша жизнь разделилась на такое бесконечное число видов, как и когда мы отделились от кузнечиков, шимпанзе. Это изучает филогения. Людям всегда было интересно заглянуть в это прошлое. Сейчас с появлением генетических технологий это стало возможно. С помощью секвенирования генома мы можем не просто построить дерево, а построить демографическую модель. Она говорит о том, когда в прошлом и как именно развивались наши популяции. В данном случае это популяции людей белокожих, чернокожих и желтокожих, которые в какие-то моменты разделились от происхождения, по текущей теории, от чернокожих людей», – отмечает ученый.
В последние годы, продолжает Владимир Ульянцев, биоинформатики бросили вызов биологам, которые строят такие модели, и предложили генетический алгоритм для того, чтобы восстанавливать эту эволюцию автоматизировано, а не вручную.
«Мы придумали генетический алгоритм для того, чтобы восстанавливать демографическую историю популяции людей. В какой-то момент картинка становится похожей на ту, что мы наблюдаем в генетических данных, однако на этом процесс схождения заканчивается. Разница между картинками, построенными человеком и алгоритмом, почти незаметная – таким образом, мы смогли добиться того же, а возможно, лучшего и более качественного результата, который сейчас мы разрабатываем с биологами», – заключил Владимир Ульянцев.
Также в рамках питч-сессии выступили кандидат технических наук, руководитель лаборатории квантовой информатики Артур Глейм с докладом о квантовых коммуникациях для киберфизических систем и кандидат искусствоведческих наук, директор центра искусства и науки Университета ИТМО Анастасия Ярмош с докладом об искусстве в современной инновационной практике научных организаций. Кроме того, на открытии VIII Конгресса молодых ученых с докладом про оптические волокна выступил кандидат технических наук, доцент доцента факультета лазерной фотоники и оптоэлектроники Андрей Куликов.
С полной программой конференции можно ознакомиться на сайте.
