Ученых свет: атомные часы и белки-аргонавты вошли в лучшие достижения исследователей РФ
Как их разработки помогут создать полезные устройства и улучшить жизнь людей
EN
Самые точные в мире портативные атомные часы, микростенты для лечения глаза и белки-антивирусы — эти и другие разработки российских ученых вошли в доклад о достижениях отечественной науки в 2024 году. Его представит на общем собрании членов РАН президент академии Геннадий Красников. «Известия» заранее изучили проект выступления, чтобы подробнее рассказать о наиболее интересных проектах.
Микроскопический стент для лечения глаукомы
В России представят главные достижения отечественных ученых в 2024 году. Президент Российской академии наук Геннадий Красников сделает доклад об этом на заседании общего собрания членов РАН, которое состоится 28 мая.
Так, по мнению академиков, одним из ярких достижений медицинской науки стала разработка первого в мире микростента для операций при глаукоме. Его создали в НИИ глазных болезней им. М.М. Краснова. Устройство выполнено из материала с памятью формы. Его через прокол помещают в ткани глаза, где оно расправляется из сжатого состояния, создает и поддерживает отток внутриглазной жидкости, препятствуя повышению внутриглазного давления.
Глаукома — это заболевание, которое проявляется в разрушении нервных волокон при повышении внутриглазного давления. Оно относится к группе социально значимых, поскольку этим недугом в нашей стране страдают порядка полутора миллионов человек.
Ежегодно в РФ проводят более 60 тыс. операций при глаукоме. Большинство из них могут быть выполнены с применением новой технологии. Внедрение метода позволит улучшить результаты оперативного вмешательства, снизить потребность в повторных процедурах и уменьшит вероятность инвалидности.
Самые точные переносные атомные часы
Также одним из значимых достижений стали самые точные в мире портативные атомные часы. Их создали в Физическом институте им. П.Н. Лебедева. В основе «часового механизма» — атомы тулия (редкоземельного металла), а «маятником» служит частота квантового перехода электронов с одного атомного энергетического уровня на другой под воздействием лазера.
Принципиальная схема экспериментальной установки сличения двух тулиевых часов
Во время эксперимента за 500 секунд измерений исследователи достигли уникальной точности — погрешность составила всего 10 в минус 16-й степени, что соответствует накоплению ошибки в одну секунду за 300 млн лет. Это не абсолютный рекорд, так как аналогичная погрешность в самых точных на сегодня стронциевых и иттербиевых оптических часах составляет 10 в минус 18-й степени. Однако такие приборы громоздкие и работают только в лабораториях.
Спектроскопия боковых колебательных частот часового перехода для режимов работы охлаждения: (а) после процесса переноса населенности перед спектроскопией; (б) без охлаждения (n ≈ 2); (в) только радиальное охлаждение; (г) полное охлаждение (n ≈ 0.01)
Триумф российских ученых в том, что они создали очень компактное устройство. Его можно перевозить для сверки времени в разных местах и использовать для согласования друг с другом группировок космических спутников. В частности, тулиевые часы могут улучшить точность глобальных систем навигации (ГЛОНАСС, GPS) и синхронизацию квантовых компьютеров.
Белки-аргонавты для редактирования генов
Еще одна разработка, которую отметили академики, выполнена в Институте биологии гена РАН, где ученые разработали новый способ генетического редактирования. Он основан на действии на открытом специалистами новом типе белков-аргонавтов. Их природная функция заключается в защите клеток бактерий. Так, при попадании вируса в клетки белки-аргонавты выявляют чужеродную ДНК, расщепляют и уничтожают ее.
В результате зараженная клетка гибнет, что останавливает распространение вируса. Такое свойство, по мнению ученых, можно применить для редактирования генома, а также использовать для сверхчувствительной диагностики — например, для обнаружения вирусов или генетических мутаций.
Кроме того, разработка открывает путь к созданию новых методов антивирусной терапии, которая позволяет точечно уничтожать вирусную ДНК в зараженных клетках.
Рудники нового поколения
Еще одна значимая работа — это проект горных выработок нового типа, подготовленный коллективом Института комплексного освоения недр имени академика Н.В. Мельникова РАН. В отличие от традиционных подходов концепция учитывает весь потенциал осваиваемого участка и включает не только добычу главных балансовых запасов, но и сопутствующих ресурсов, а также переработку отходов.
При реализации нового подхода на одном месторождении размещается несколько фабрик, которые дополняют друг друга. При этом технологии замкнутого цикла позволяют производить добычу без ущерба для окружающей среды. Апробацию предложенных методов ученые провели на российских рудниках по добыче алмазов, редкоземельных элементов.
Дружные роботы
В сфере информационных наук академики отметили разработку ФИЦ «Информатика и управление». Ученые-программисты предложили умный алгоритм, который поможет группе роботов (например, дронов или грузовых аппаратов) быстро и безопасно добираться до нужных точек без общего центра управления.
Раньше для этих целей использовали один компьютер, который всем раздавал команды. Но это неудобно, если плохая связь или роботов очень много. Новый подход позволяет каждому устройству самостоятельно принимать решения, ориентируясь на то, что он «видит» и «ощущает» вокруг с помощью своих датчиков, и на короткий обмен данными с соседями. При этом роботы продолжают выполнять общую задачу.
Как отметили ученые, предложенные решения работают быстро и не требуют сложных вычислений, но при этом гарантируют, что машины не столкнутся и выполнят задачу. Такие технологии востребованы в задачах логистики или при проведении поисково-спасательных операций. Тесты показали, что предложенный способ превосходит мировые аналоги.
Способы настройки памяти
Ученые из Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН предложили способ включения и выключения механизмов памяти с помощью эпигенетических механизмов.
Они вводили модельному животному препарат (RG108), который подавляет метилирование ДНК. С помощью этого процесса в организме происходит блокировка отдельных генов. Эти метки не меняют саму ДНК, но влияют на то, будут те или иные гены работать или «молчать». В результате через сутки память ухудшилась и мозгу подопытного существа стало сложнее адаптироваться к новой информации.
Затем ученые дали животному другой препарат, который влияет на белки-гистоны (еще один тип «переключателей»), после чего память вернулась и электрическая активность нейронных сетей была восстановлена. Эксперимент подтвердил обратимость эпигенетических изменений и их влияние на когнитивные функции. Оказалось, что память зависит от тонкого равновесия между разными процессами. Если научиться управлять ими, можно помочь людям с болезнью Альцгеймера, деменцией или последствиями травм мозга.
Материалы 6G-поколения связи
Специалисты Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН придумали новый способ улавливать микроволновое и терагерцевое излучения и переводить их в электрические сигналы.
Для этих целей ученые использовали новые слоистые структуры из антиферромагнетика (материала, который «не любит» магнитные поля, но может вибрировать на нужных частотах) и обычного металла без сильных магнитных свойств.
Уникальность разработки заключается в том, что полученные детекторы эффективны при комнатной температуре. Использование их открывает широкие перспективы в сфере сверхбыстрой передачи данных (6G-поколения связи), безопасного (в отличие от рентгеновских лучей) «просвечивания» живых тканей и многих других высокотехнологичных применений.
Новый сорт пшеницы и гибрид сахарной свеклы
Среди главных достижений сельскохозяйственной науки ученые назвали новый сорт пшеницы «РАН 300». Он обладает повышенной продуктивностью (до 14 т с гектара), устойчив к морозам, полеганию, засухе и вредителям.
Зерно содержит более 16% белка и порядка 27–30% клейковины, что дает возможность получить муку высокого качества. Разработка получила название в честь юбилея академии наук, который отмечали в прошлом году.
Также в 2024-м аграрии вывели гибрид сахарной свеклы «Партнер». Его урожайность составляет почти 64 т с гектара. Он не требует прореживания, поскольку семена дают по одному ростку, что сокращает затраты на обработку полей.
При этом вес каждого корнеплода превышает 750 г. Однако главное преимущество сорта — высокое содержание сахара (16,6%), что позволяет получать порядка 10,5 т сахара с каждого гектара.
