Минобрнауки совместно с Советом по грантам Президента Российской Федерации определило ученых, которые в 2021-2022 годах будут получать финансирование в рамках программы президентских грантов для молодых кандидатов и докторов наук. Всего отбор прошли 460 исследователей со всей страны.

Санкт-Петербургская научная школа традиционно занимает второе место по количеству полученных грантов — ее опережает только столичная. При этом восемь победителей представляют Университет ИТМО, они работают в различных областях: физике, химии, компьютерных и технических науках.

ITMO.NEWS попросил их рассказать о том, какие проекты они представили на конкурс и к каким научным прорывам может привести успешное завершение исследований.

Александра Ватьян

кандидат технических наук, сотрудница Международной лаборатории «Компьютерные технологии»

Проект направлен на разработку методов поддержки принятия клинических решений по COVID-19. Основным документом ведения любого заболевания является клинический протокол, которому должен следовать любой врач. Сейчас появились клинические протоколы ведения ковида, и данные протоколы можно представить формализованно в виде автоматной модели — добавить их в систему поддержки принятия клинических решений, чтобы врач мог в программе увидеть подсказки, какие действия нужно предпринять.

Помимо этого, будут разработаны алгоритмы интеллектуального анализа разнородной клинической информации для выдачи врачу персонализированных рекомендаций о лечении конкретного пациента. Планируется систематизация разнородных данных о пациентах, инфицированных Sars-Cov-2, включающая обработку КТ- и рентген-изображений нейронными сетями, обработку мультимодальной клинической информации методами машинного обучения.

При успешном выполнении проекта мы надеемся установить различные корреляции между разнородными данными о COVID-19, что позволит предсказывать течение заболевания, повысить точность диагностики, снизить вероятность тяжелого течения у людей с сопуствующими заболеваниями.

Софья Морозова

кандидат химических наук

Проект посвящен разработке новых ионных полимеров с управляемым показателем преломления, а также созданию на их основе методом струйной или 3D-печати микролинз и линз Люнеберга (с градиентом показателя преломления).

Это исследование связано с решением как фундаментальных вопросов, таких как разработка способов формирования оптических наноструктур методом струйной или 3D печати, изучением возможности самоорганизации полимерных структур в капле, так и прикладных вопросов, связанных с получением полимерных оптических волноводов и микролинз.

Получение полимерных покрытий и наноструктур с высоким показателем преломления является актуальной задачей для развития нанофотоники, а также создания оптических и электрооптических покрытий и устройств. Главным объектом исследования в проекте станут новые полиионные жидкости, особый подкласс полиэлектролитов, для которого можно в широком диапазоне менять свойства благодаря варьированию структуры ионной пары.

Проект является междисциплинарным и сочетает в себе химию и физику высокомолекулярных соединений, а также инженерные науки.

Иван Синев

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник физико-технического факультета

Мой проект направлен на реализацию сильной связи света с веществом в системах, поддерживающих топологически защищенные краевые состояния. Он объединяет два прорывных научных направления — физику двумерных материалов и топологическую фотонику.

Главным объектом исследования в проекте станут гибридные квазичастицы, существующие в таких системах, — топологические экситон-поляритоны. Роль «вещества» в таких частицах играют электронные возбуждения в двумерных материалах (экситоны), которые многократно усиливают нелинейные эффекты. Это необходимо для реализации ряда важнейших элементов интегральной оптики, таких как оптический транзистор.

«Световая» составляющая ― электромагнитные волны, распространяющиеся без рассеяния вдоль границ между структурами с особой геометрией (топологией), обеспечит устойчивость системы к дефектам, которые становятся особенно критичными на наномасштабах.

Используя преимущества обоих компонентов, системы с топологическими экситон-поляритонами смогут стать основой нового поколения устройств для передачи и обработки информации.

Роман Савельев

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник физико-технического факультета

В последние несколько лет в ряде теоретических и экспериментальных работ было показано, что в определенных случаях взаимодействие квантового источника, например, квантовой точки, с волноводом может быть существенно ассиметричным. Проще говоря, фотоны, испускаемые источником, распространяются только в одном направлении вдоль волновода. На основе такого эффекта можно создавать оптические диоды, оперирующие на уровне одиночных фотонов, и миниатюрные квантовые логические элементы на планарном чипе.

Эффективное функционирование таких устройств возможно при определенных характеристиках волновода, которые могут быть достигнуты в волноведущих структурах на основе структурированных оптических волноводов, изучаемых в этом проекте.

В частности, они позволяют управлять локальной поляризацией электромагнитного поля за счет использования многомодового режима работы даже в режиме медленного света. Именно такие структуры мы планируем разрабатывать и исследовать в рамках нашего проекта.

Олег Борисов

кандидат технических наук, старший научный сотрудник мегафакультета компьютерных технологий и управления

Мой проект направлен на развитие адаптивных и робастных алгоритмов управления робототехническими системами, характеризующимися неопределенностями и нелинейностями. В частности, планируется рассмотрение многозвенных манипуляционных роботов, захватных устройств, а также квадрокоптеров в различных режимах функционирования с учетом ряда факторов, характеризующих их динамику.

В рамках проекта выделены две основные задачи. Первая предполагает развитие алгоритмов робастного управления робототехническими системами с применением геометрического подхода, под которым понимается набор методов управления нелинейными системами, опирающихся на понятия дифференциальной геометрии.

Вторая задача предполагает развитие алгоритмов адаптивного управления робототехническими системами с применением методов параметрической идентификации. Планируется проведение прикладных исследований методов параметрической идентификации на робототехнических приложениях с анализом обеспечиваемых показателей качества и требуемых условий.

Николай Петров

доктор физико-математических наук, руководитель Лаборатории цифровой и изобразительной голографии

Мой проект направлен на разработку прототипа низкокогерентного цифрового голографического микроскопа с использованием эффекта геометрической фазы. Наша лаборатория имеет большой опыт в разработке методов цифровой голографии, и в частности, одной из популярных ее областей ― цифровой голографической микроскопии.

Наиболее существенным преимуществом продвигаемого нами подхода перед методами фазового и дифференциального интерференционного контраста является возможность проведения количественных измерений фазового запаздывания неокрашенных прозрачных образцов (клеток и срезов биологических тканей). Поэтому эти методы также получили и другое название: количественная фазовая визуализация.

Сама эта область исследований постепенно приобретает зрелость, появляется все больше коммерческих компаний, которые разрабатывают и предлагают цифровые голографические микроскопы или томографы. Но, как водится, помимо сильных сторон, у таких приборов есть свои недостатки. Наиболее существенными из них являются появление когерентного шума на изображениях, и, как у большинства приборов, работающих на интерференционном принципе, чрезвычайно высокая чувствительность к вибрациям, ограничивающая простоту их применения.

В данном проекте мы планируем разработать прототип микроскопа, свободного от этих недостатков: от когерентного шума нам удастся избавиться за счет использования низкокогерентных широкополосных источников излучения, а чувствительность к вибрациям мы будем минимизировать за счет специальной оптической схемы, функционирующей на принципах интерферометра общего пути.

Не вдаваясь в сложные физические детали, можно сказать, что для создания такого прибора нам потребуется учесть передовой опыт в этой области, включающий использование специализированной линзы, работающей на эффекте геометрической фазы ― то есть фокусирующей или расфокусирующей излучение с круговой поляризацией в зависимости от ее ориентации.

Сергей Макаров

доктор физико-математических наук, руководитель Лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники

Настоящий грант посвящен новой области нанотехнологий. Это развитие новых методов создания нанокристаллов на основе перовскитов, причем создания их сразу при помощи так называемых матричных методов, когда они синтезируются в специальных матрицах. Например, это могут быть специальные капсулы, пористые микроносители, созданные из полимеров или биосовместимых материалов.

Созданные нанокристаллы из перовскитов обладают рядом интересных важных свойств. Во-первых, они светятся на определенных цветах, на определенных длинах волн, под действием внешних возбуждений. Например, под действием ультрафиолета либо, что гораздо более интересно, под действием ИК-излучения на длинах волн, которые попадают в диапазон прозрачности биологических тканей.

Мы запланировали создание светящихся микрообъектов ― таких, которые можно будет заводить в биоразличные ткани таргетированно. При внешней ИК-подсветке эти объекты будут давать излучение в видимом диапазоне. Это, к примеру, нужно для того, чтобы подсвечивать нужные органы, новобразования, в целом все, что нужно подсвечивать для биомедицинских задач.

Преимущество состоит в том, что перовскитные кристаллы очень хорошо светятся. Сложность в том, что перовскит очень легко разрушается в воде, которой много в человеческих тканях. Если же наши нанокристаллы будут в матрице, то они будут защищены от воздействия влаги. Использование полимерных матриц будет иметь и другое преимущество. Некоторые перовскиты под внешним воздействием ведут себя немного нестабильно. Стабилизациях их формы в матрице будет способствовать решению этих проблем и в других задачах, не связанных с биомедицинскими применениями.

О грантах

Еще одним получателям гранта стала кандидат химических наук Анастасия Бабкина. Таким образом был поддержан ее проект по разработке люминесцентного фильтра на основе активированной оптической стеклокерамики для модификации излучения промышленных фитосветильников с целью увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур.

Гранты Президента РФ для молодых ученых были учреждены в 2009 году. В этом году они предполагают выплаты в размере 600 тысяч рублей на два года для кандидатов наук и 1 миллиона рублей на два года для докторов. В этом году на конкурс было подано около 1500 заявок.