Новосибирск и Новосибирская область: свежие новости, объективный анализ, актуальные комментарии

Новые разработки новосибирских учёных: диагностика ковида по выдоху, линзы от близорукости и дальнозоркости одновременно и лазерные 3D-принтеры.

В Институте автоматики и электрометрии СО РАН, куда журналистов привезли в пресс-тур, организованный министерством науки НСО, три года назад были созданы две молодёжные лаборатории — оптических сенсорных систем и киберфизических систем. Первая из них разрабатывает различные датчики физических величин. Большинство из них основаны на элементах волоконной оптики — сделать их можно из обычного оптоволоконного кабеля, по которому, например, идёт интернет. Конечно, его надо соответствующим образом модифицировать, чтобы датчик с кабелем мог измерять температуры, деформации и другие физические величины. Такие устройства здесь и проектируют.

— Эта система имеет ряд преимуществ по сравнению с другими, — говорит старший научный сотрудник лаборатории кандидат физико-математических наук Иван Лобач. — Это малый вес, компактность, возможность объединения датчиков в единую сенсорную систему. С их помощью можно отслеживать состояние мостов, тоннелей, других сложных объектов — например, в Новосибирске такая система уже действует на стадионе «Заря», с её помощью мониторят нагрузку снега на арочную конструкцию.

А магистрант НГУ и инженер-программист ИАиЭ Максим Гаськов работает над датчиком, который сможет предупреждать пилотов самолётов о деформации крыла в воздухе. «Это устройство способно работать по BlueTooth с любым другим устройством. При деформации крыла будет деформироваться сам датчик, поскольку он приклеен к крылу, и отклик будет приходить на планшет», — поясняет Максим. Заказы на датчики поступают разработчикам, в частности, из Сибирского института авиации им. Н.А. Чаплыгина, «Информационных спутниковых систем» и компании «Авиадвигатель».

Примерно так будет выглядеть работа датчика деформации самолётного крыла.

В рамках гранта по ФЦП «Развитие центра коллективного пользования» в институте создали трёхмерный лазерный принтер для изготовления изделий из порошков металлов. Порошок рассыпается в специальном «аквариуме» и обрабатывается лазерным излучением мощностью 500 ватт. Объём «аквариума» в это время заполняется азотом, чтобы металл не окислялся.

— Наша цель — сделать установку, которая сфокусирует лазерное излучение в нужную область и рассыплет порошок тонким и равномерным слоем. Но нам интересны не только металлы: одно из новых направлений — спекание изделий из керамики. На обычном 3D-принтере мы сильно ограничены возможностями исходных форм, не сможем, например, создать внутренние полости предмета. А с лазерной печатью без проблем можно вырастить керамический шарик, внутри которого будет полость, — рассказывает заместитель директора ИАиЭ по научной работе доктор технических наук Виктор Корольков.

Такие установки уже работают в НГТУ и Институте химии твёрдого тела СО РАН: там специалисты используют их для своих научных исследований. А в Институте автоматики и электрометрии выполняют с её помощью заказы, где требуется изготовить сложные изделия или разработать новые технические решения.

Виктор Корольков в лаборатории лазерной графики ИАиЭ СО РАН.

Возможно, что предложение «подышать в трубочку» скоро перестанет ассоциироваться только с любителями выпить горячительного перед тем, как сесть за руль. А причиной тому — разработанный в ИАиЭ газоанализатор, с помощью которого уже сейчас можно определять ряд заболеваний дыхательной системы, включая пресловутый ковид, и некоторые болезни желудочно-кишечного тракта. Как рассказал руководитель тематической группы нейронных сетей института кандидат технических наук Александр Кугаевских, прибор пока настраивается на диагностику ковида и диабета и способен определить наличие в организме коронавируса с вероятностью 90–95% — в зависимости от штамма. После того как человек выдохнет в трубку, результат будет выдан почти моментально, единственное условие — следующий выдох в прибор должен быть сделан не раньше чем через три минуты: аппарат должен очиститься от следов предыдущего.

— В рамках тестирования мы устанавливали наш аппарат в аэропорту «Толмачёво» в зоне прибытия международных рейсов, в некоторых торговых центрах. До конца января он будет стоять в ряде клиник Москвы: мы набираем данные по другим заболеваниям, — сказал Александр Кугаевских.

Александр Кугаевских демонстрирует работу газоанализатора.

Одно из помещений Центра коллективного пользования института выглядит немного пугающим — оно всё залито красным светом. Но никакие злодейские замыслы здесь не рождаются: это одно из помещений лаборатории дифракционной оптики, заведует которой тот же Виктор Корольков. Здесь на немецкой лазерной литографической установке для изготовления оптических элементов пространственным разрешением до 300 нанометров производятся матрицы для линз, помогающих улучшить зрение. Но не совсем обычных линз. Такие бифокальные интраокулярные линзы разработаны совместно с фёдоровским Центром микрохирургии глаза и производятся на одном-единственном предприятии в Нижнем Новгороде.

— С определённого возраста у людей начинает мутнеть хрусталик, и его надо менять на искусственный. С таким хрусталиком можно читать, но бывает, что для взгляда вдаль нужны очки. Разработанные нами линзы позволяют хорошо видеть и вблизи, и вдали, — поясняет Виктор Корольков.

«Чистая комната» лаборатории дифракционной оптики.

Институту автоматики и электрометрии приобретать новое оборудование намного сложнее, чем ряду других, поскольку он относится к институтам второй категории. Это означает, что на бюджетное финансирование в этом плане рассчитывать ему не приходится — тем активнее надо искать внебюджетные источники и претендовать на получение грантов. Тем более что «подстёгивает» институт к развитию сама жизнь: фотоника — не просто одно из приоритетных направлений исследований в ИАиЭ, это одна из перспективнейших сфер для научных исследований во всём мире. По словам вице-губернатора Ирины Мануйловой, в России сейчас действует три крупные площадки, специализирующиеся на фотонике, — в Москве, Петербурге и Перми. Четвёртая появится в Новосибирске в рамках проекта «Академгородок 2.0», а база для него существует именно в ИАиЭ.

За 2019-2020 годы благодаря грантам Центр коллективного пользования института обзавёлся, кроме лазерной литографической установки, установкой реактивно-ионного травления с источником высокоплотной плазмы и сканирующим X-Y лазерным нанолитографом с мощным диодным лазером длиной волны в 405 нанометров. И все эти приборы используются отнюдь не только для удовлетворения академического любопытства. Институт активно сотрудничает с промышленными предприятиями.

— Очень часто научные разработки до производства так и не доходят, и наш институт сознательно выстроил это недостающее звено. За последние десять лет мы трижды получали государственную премию Новосибирской области за внедрение наших разработок. Это, например, автоматизация в метро, лазерный технологический комплекс для производства оптических шкал, сеток, фотошаблонов и синтезированных голограмм на основе лазерной трехмёрной микро- и нанообработки, установленный на приборостроительном заводе, — рассказал директор ИАиЭ доктор физико-математических наук Сергей Бабин.

Словом, в институте уже сейчас есть всё для того, чтобы стать четвёртым российским центром фотоники с участием искусственного интеллекта. Выход на следующий уровень займёт, по оценке Сергея Бабина, три года и потребует двух миллиардов рублей.