Инициаторами проведения и организаторами воркшопа выступили профессор химико-биологического кластера Университета ИТМО, лидер научной группы Инфохимии самоорганизующихся систем Екатерина Скорб и профессор Ливерпульского университета Дмитрий Щукин. Совместная работа ученых над рядом проектов началась еще в 2007 году, тогда они вместе участвовали в исследовании, связанном с разработкой функциональных покрытий.
Целью нового проекта в этом году стал обмен опытом между Великобританией и Россией в области разработки новых материалов для устойчивой энергетики. Организовать совместный воркшоп помогла поддержка Британского совета. Согласно правилам программы, организаторам необходимо было объединить по три профессора с российской и британской стороны, которые выступили менторами, а также выбрать по 15 молодых ученых (преимущественно кандидатов наук и аспирантов) из различных университетов Великобритании и России. Так, участниками воркшопа с российской стороны стали ученые из ИТМО, Университета имени Н.Э. Баумана, СПбГУ, РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН и других вузов.
Программа
В течение насыщенной программы, которая продолжалась три дня, участники воркшопа не только представляли собственные проекты, но и могли пообщаться в неформальной обстановке и обсудить общие научные интересы и перспективы дальнейшего сотрудничества. Главными темами стали вопросы самоорганизации в химии, биологии и математике, программирование биологических систем, «мягкая материя», создание систем для «мягкой робототехники» (soft robotics), математические алгоритмы и модельные химические системы.
Как отмечает Екатерина Скорб, одной из главных особенностей воркшопа стал его междисциплинарный характер.
![Екатерина Скорб](/images/news/big/892003.jpg)
«На мой взгляд, Британский совет поддержал именно нашу заявку прежде всего потому, что воркшоп был очень междисциплинарным. И мы сделали на этом дополнительный акцент. Например, среди менторов воркшопа — не только эксперты в области химии, но и математики и физики. Кроме того, мы прописали в программе необходимость обсуждения различных математических подходов в химии, темы, связанные с программированием биологии, и многое другое. Фактически это все то, что является будущим создаваемого у нас научного центра Инфохимии, который мы сейчас развиваем. В этом центре мы хотим собрать специалистов, которые работают с химическими системами, далекими от равновесия, модельными биологическими системами», — рассказывает Екатерина Скорб.
Помимо докладов и представления проектов, программа воркшопа включала ежедневные экскурсии по различным лабораториям Ливерпульского университета. В частности, участники познакомились с индустриальными проектами ученых, связанными с разработкой и производством функциональных капсул для энергетики, а также робототехническими системами, предназначенными для проведения полного цикла работ в области исследования фотокаталитических систем. Последнее фактически представляет собой полностью автоматизированную лабораторию, где робот берет на себя всю рутинную работу — от химического синтеза, фотокатализатора до его прогрева, характеризации в динамике.
Кроме того, как подчеркивает Екатерина Скорб, участниками воркшопа стали представители коммерческих компаний, которые работают в области солнечной энергетики и разработки функциональных покрытий. Они подробно рассказали участникам о процессе перехода научной разработки из лаборатории в индустрию.
![Воркшоп по химии DySA](/images/news/big/892005.jpg)
Проекты
Каждый участник воркшопа приехал в Ливерпуль с собственными проектами. Например, молодой ученый Константин Николаев, научный сотрудник химико-биологического кластера ИТМО, кандидат химических наук, рассказал о своих исследованиях в области химического персептрона.
Персептрон — это фактически простейший вид искусственных нейронных сетей. Понятие появилось еще в 60-х годах прошлого века: тогда нейрофизиолог Фрэнк Розенблатт предложил схему устройства, моделирующего процесс человеческого восприятия, и назвал его «персептроном» (от латинского perceptio — восприятие).
«Сама идея персептрона и нейронных сетей, безусловно, не нова. В основном она строилась на том, что, получая некоторые данные, мы можем проанализировать их и найти эмпирическими путями что-то общее. В нашем же случае химический персептрон, как и в идеале химические нейросети, представляют собой осознанные данные, которые можно оценить, обсчитать и благодаря этому предсказать исход. Это большой ансамбль определенных химических реакций, которые мы можем классифицировать и ответить на главный вопрос: почему так происходит», — рассказывает Константин Николаев.
![Константин Николаев](/images/news/big/892002.jpg)
Сейчас ученый исследует систему жидкого сплава галлий-индий, который сегодня повсеместно применяется в гибкой электронике, и пытается сформировать на его поверхности различные интерфейсы. Так как в этом сплаве галлий способен окисляться, он может формировать различные диодные или мемристорные интерфейсы. Это происходит в зависимости от условий — например, от того, какое напряжение подает исследователь, а также от изменения других параметров. Таким образом, как объясняет молодой ученый, можно создать систему электродов, получить от нее определенный отклик, классифицировать данные и впоследствии найти объяснение, за счет изменения каких параметров произошел определенный процесс.
Как подчеркивает Константин Николаев, несмотря на то, что исследование призвано ответить на фундаментальные вопросы, оно чрезвычайно актуально и для прикладных задач.
«В индустриальных задачах есть очень много примеров, которые показывают актуальность таких исследований. Например, в химической промышленности, где у нас очень много входных параметров. Мы знаем эти параметры, можем их проконтролировать и определенным образом их связать. Сейчас в основном их пытаются связать случайным образом. Здесь можно провести аналогию с медициной, где мы можем сделать очень много анализов, но делаем их только раз в год. Но если мы сможем создать такую дешевую сенсорную систему, которая также сможет делать очень много анализов, но при этом постоянно, это позволит нам более точно говорить о причинах болезни, о значениях, которые мы получаем. В промышленности точно так же: если мы научимся объяснять сложные системы с фундаментальной точки зрения, тогда мы сможем ими эффективно управлять», — объясняет он.
![](/images/news/big/892004.jpg)
Кроме того, с отдельными проектами на стыке химии, IT, систем управления и робототехники выступили представители других факультетов Университета ИТМО, а также компании Airalab Rus. Все проекты посвящены общей теме: как программировать химические процессы в динамике и фактически симулировать биологические системы.
Результаты и перспективы
В ходе воркшопа молодые ученые не только получили поддержку менторов, но и обменялись контактами для дальнейшего научного сотрудничества. Например, Константин Николаев договорился о поддержке с исследователями из IT-департамента Ливерпульского университета.
«Воркшоп дал очень много полезных знакомств, кроме того, удалось более предметно пообщаться с теми коллегами, с которыми я был знаком заочно. Кроме моего текущего исследования, я также смог обсудить с ними и ряд смежных проектов, — говорит он. — Сегодня очень важно налаживать работу с нашими коллегами-математиками, IT-специалистами. Также для меня была очень полезна работа с менторами, которые детально рассказали, как наладить эту работу. Для научных сотрудников важно ответить на вопрос, как именно нужно взаимодействовать в междисциплинарных командах».
Семинар стал хорошей возможностью обсудить с коллегами перспективные подходы в современной науке, вопросы в области самоорганизующихся систем, а также возможности применения математических подходов в химии, говорит Наталья Мамчик, сотрудница лаборатории «Инфохимия самоорганизующихся систем».
![Наталья Мамчик](/images/news/big/892001.jpg)
«Я занимаюсь изучением роста дендритных структур в плоскости. Такие структуры интересны прежде всего тем, что в живой природе наблюдается сходное поведение. На простой химической системе мы стараемся объяснить, как происходят в природе такие сложные процессы. Недавно, уже в процессе исследования, нам удалось обнаружить очень интересное явление, которое теперь необходимо объяснить с точки зрения математики, понять, с чем это связано. Участие в воркшопе было очень продуктивным, мы послушали различные доклады наших коллег, со многими удалось познакомиться лично. Кроме того, у нас прошел очень интересный мини-воркшоп, где мы отдельно обсудили проблемы нашего проекта», — рассказывает она.
Помимо кандидатов наук и выпускников вузов, в воркшопе приняли участие и студенты, которые только начинают научную работу. Для них этот опыт также стал возможностью получить новые контакты в сфере.
«На мой взгляд, в контексте таких воркшопов полезнее всего находить проекты, схожие с твоими научными интересами, и людей, которые работают с тобой на одной волне, в одной области. С ними можно обсудить новые идеи, получить отклик, ведь всегда важно, чтобы на твою работу посмотрели с другой стороны», — говорит Варвара Алабушева, студентка первого курса химико-биологического кластера и сотрудница лаборатории «Инфохимия самоорганизующихся систем».
![Варвара Алабушева](/images/news/big/892000.jpg)
Екатерина Скорб подчеркивает, что проект Университета ИТМО и Ливерпульского университета нацелен на долговременное сотрудничество. В планах ученых — провести подобный воркшоп и в следующем году, но уже на площадке ИТМО.
«В сегодняшней науке один в поле — не воин. И эта программа прежде всего рассчитана на то, что вы находите общие интересы, контакты и общие проекты. К счастью, нам удалось собрать команду единомышленников, с которыми есть что обсудить и сделать это далеко не один раз. Я смогла познакомиться со специалистами, с которыми давно планировала начать сотрудничество. Мы договорились, что ряд наших коллег приедут в Петербург, чтобы в том числе встретиться с нашими молодыми учеными. Это может стать возможностью для начала нового большого проекта», — прокомментировала результаты воркшопа профессор Университета ИТМО.