Не в упадке, но и не процветает. российская наука, как она есть: проблемы и достижения последних лет

Открытие групп крови

Попытки использовать кровь для лечения заболеваний или омоложения предпринимались с глубокой древности – считалось, что в крови человека содержится его душа. Существуют документальные свидетельства, что в 17 веке проводились эксперименты по переливанию крови от животного животному (в том числе с полным замещением), от животного человеку. В начале 19 века Джеймс Бланделл разработал технологию прямого переливания крови от человека к человеку. Чтобы замедлить свертываемость, кровь подогревалась в специальном аппарате.

Переливание все чаще стало использоваться для лечения заболеваний, компенсации обширных кровопотерь. Но далеко не всегда процесс проходил гладко и приводил к желаемому результату. Причиной тому была несовместимость групп крови.

Карл Ландштайнер

В 1891 году Карл Ландштайнер, ученый из Австралии, исследовал красные кровяные тельца (эритроциты), и обнаружил два вида антигенов – веществ, отвечающих за образование антител и иммунную защиту организма. Антигены получили наименование А и В. Выяснилось, что у одних людей в крови содержатся только антигены А, у других – только В, у третьих отсутствуют и те и другие. Соответственно, обозначили три группы крови:

• I (она же 0) – антигенов нет
• II – с антигенами А
• III – с антигенами В

Позже, в 1902 году, ученики Ландштайнера, Альфред  Декастелло и Андриано Штурли в ходе исследований выявил существование эритроцитов с антигенами А и В. Но они не стали публиковать результаты, посчитав явление нетипичным.

Перечень групп крови пополнился IV группой – АВ только в 1907 году благодаря чешскому врачу Янскому. Он подтвердил открытие Ландштайнера и выявил наличие четвертой группы. Именно Янский предложил классификацию групп крови, которая в ходу до сегодняшних дней: 0 (I), A (II), B (III), AB (IV).

Открытие групп крови позволило широко применять переливание для лечения людей без риска для их жизни.

Медицинские технологии

Современная медицина динамично развивается, а внедренные инновации напрямую влияют на качество жизни населения, ежедневно возвращая и сохраняя здоровье десяткам тысяч людей.

Искусственное сердце

Согласно статистике, самая распространённая причина смерти в мире – это сердечно-сосудистые заболевания, поэтому специалисты уделяют большое внимание разработкам в этой области. Искусственный двигатель человеческого организма предназначен для людей, имеющих тяжелую стадию сердечной недостаточностью

В случае, когда трансплантации сердца не избежать, а без пересадки смерть неминуема, чтобы сохранить жизнь человеку используется протез AbioCor, разработанный массачусетсской компанией. Ввиду острой нехватки донорских сердец у пациентов значительно повышаются шансы дождаться своей очереди на трансплантацию.

В сравнении с другими типами искусственных сердец, которые требуют непосредственного подключения к внешнему оборудованию, AbioCor используется автономно. Это сердце располагается в человеческом организме, имеет внутренний аккумулятор и подзаряжается прямо через кожу посредством специального магнитного устройства от внешнего источника питания. Отсутствие проводов или трубок, проходящих через кожу, исключает риск заражения инфекциями и снижает возможность осложнений.

По результатам исследований, сердечный протез способен продлить жизнь до 17 месяцев. Но для вживления пациент должен соответствовать определенным параметрам (рост, масса). В настоящее время создание второй версии AbioCor пока прекращено, но инновационный протез дал ощутимый толчок другим компаниям-разработчикам в этом сегменте здравоохранения.

3D-имплантанты

Такие новейшие технологии 21 века как 3D-принтер нашли применение не только в архитектуре и дизайне, но и в медицине. Трехмерная печать имплантатов может применяться в фармацевтике и в восстановительной хирургии, позволяя заменить зубы, кости или ампутированные части тела.

Впервые новейшее изобретение представила американская компания Organovo, разработавшая биопринтер, предназначенный для печати тканей (кожа, кровеносные сосуды и т. п.), которые могут использоваться в качестве заменителей «природных» органов. Если ранее ученые с целью восстановления и выращивания органов проводили исследования в области стволовых клеток, то сегодня биопринтер стал достаточно эффективной альтернативой.

Чернилами для такого принтера служат клетки нужного типа, а печатающая головка, управляемая компьютером, выкладывает их в необходимом порядке. В исследовательских институтах мира, в том числе и в России, постоянно проводятся довольно многообещающие эксперименты по разным вариантам технологий печати донорских органов.

Фантастический экзоскелет

В 21 веке многие новые технологии, разработанные за рубежом, призваны помочь людям с ограниченными возможностями. Главная задача ‒ обеспечить полноценную жизнь в любом возрасте. В результате болезней нервной и мышечной систем или в силу возраста в большинстве случаев человек не может вести активную социальную жизнь и требует помощи. В японском университете робототехнической компанией Cyberdyne было разработано два прототипа экзоскелета. Устройство, работающее автономно около 2-х часов, позволяет значительно облегчить движение.

Экзоскелет используется в клиниках Японии для реабилитации инвалидов и травмированных, а также прошел сертификацию Евросоюза. К тому же экзоскелет можно применять при работах, которые требуют повышенных физических нагрузок (спасательные операции, строительство), так как устройство позволяет оператору поднимать и переносить тяжелые предметы. 

В области разработок нейрокомпьютерного интерфейса многие проекты также направлены на помощь инвалидам. Недавно ученые из американской компании Neural Signals представили миру своё новое изобретение, благодаря которому озвучивается речь, произносимая человеком в мыслях. Беспроводное устройство полностью спрятано в голове, в участке коры, которая отвечает за речь. Что интересно, сигнал из командной моторной коры идет до гортани и языка с такой же скоростью, как и у здорового человека – всего 50 сек. Конечно, это намного быстрее, чем проекты «мозг – компьютер», основанные на различных вариантах мысленного письма.

Три российские вакцины

Российские ученые проявили себя действительно адекватно ситуации. В отношении нового вируса у нас была наработанная база, были решения по сходным вирусам, были разработаны платформы. Будем надеяться, что справились, но ведь это звоночек, потому что в любой момент может прилететь другой вирус, против которого не будет такого задела, и тогда что же мы с вами будем делать? А если этот вирус будет более злым, чем коронавирус?

Вакцина, которую разработал Институт им. Гамалеи («Спутник V»), основана на аденовирусе, то есть доставка в организме осуществляется за счет аденовируса. А в этом аденовирусе присутствует генетический материал, который потом при попадании вируса в клетку начинает производить сильный иммунный ответ. Это одна платформа.

Вакцина «Спутник V», фото: sputnikvaccine.com

Второе направление, которое хорошо сработало, — это работа новосибирского «Вектора», так называемая эпитопная вакцина («ЭпиВакКорона»). Методами генной инженерии в современных биотехнологических реакторах удалось произвести S-белок: он вводится в организм и вызывает, как мы надеемся, ту же самую реакцию, которую вызывает сам вирион вируса COVID-19. Это совсем другая платформа.

А третье направление называется «Русская тройка». Вакцину разрабатывает Институт им. Чумакова. Казалось бы, она разработана на старых принципах: берется настоящий вирус SARS-CoV-2 от больного, определенным образом очищается, дальше размножается в лаборатории и инактивируется. Вирус, который проникает в организм, производит иммунную реакцию, но, попав в клетку, не реплицируется.

Это хорошо, что нам будет из чего выбрать. Эти вакцины будут, возможно, по-разному действовать на разных пациентов, в разных возрастных группах, на пациентов, которые имеют разные побочные заболевания.

Экономика

Важным достижением 2018 года в сфере экономики можно считать увеличение несырьевого экспорта России. Российский несырьевой неэнергетический экспорт достиг уровня в 150 млрд долларов — против 134 млрд в прошлом году. Западные санкции сделали свое дело и позволили предприятиям России поставить рекорд — наладить производство новой продукции и увеличить объем своих товаров за рубеж. Общая величина российского экспорта в 2018 году составит приблизительно 440 млрд долларов, а значит, объем российского несырьевого экспорта перевалит за треть.

В первом квартале 2018 года в 2,5 раза вырос экспорт железнодорожной техники, существенный рост показали автотовары и поставки «атомного» сектора. На 29% вырос экспорт холодильного оборудования, на 23% запорной арматуры. На 32% вырос экспорт электрических двигателей и генераторов, в 2,1 раза экспорт автомобильных кузовов. В 3 раза вырос экспорт полноповоротных экскаваторов. На 29% экспорт шариковых и роликовых подшипников. В 6,7 раза экспорт бензиновых двигателей. На 56% экспорт зерноуборочных комбайнов и многого другого…

Топливо, металлы, химия, высокотехнологичное оборудование — большинство показателей демонстрирует рост. По данным таможенной статистики, за первые 8 месяцев 2018 года общий внешнеторговый оборот России составил 445,4 млрд долларов США и по сравнению с январем-августом 2017 года увеличился на 20,8%. Не обошли успехи и развитие отдельных отраслей. Причем не только оборонной и сельскохозяйственной, но и таких направлений, как фармакология. За последние годы фармацевтика росла темпами от 15 до 25% в год.

Российской экономике удалось преодолеть шок от падения цен на нефть. Постепенно стало ясно, что делать с санкциями. Удалось избежать рецессии под гнетом внешнего давления, а запас прочности серьезно укрепился. Так, по итогам года международные резервы страны выросли на 37,4 млрд долларов, достигнув показателя в 462,1 млрд.

Это подушка безопасности, которая сегодня существует и во многом останавливает США от соблазна проигнорировать издержки союзников и надавить сразу всем. Лишает Вашингтон уверенности в том, что Россия не в состоянии выдержать подобное давление. На фоне традиционного для нашей страны низкого внутреннего и внешнего долга, это позволяет быть относительно самостоятельными даже в экономической сфере, при всей ее зависимости от американского доллара. Кроме того, средства, собираемые в «кубышку», откладывались не случайно, а с целью выполнения конкретных амбициозных задач.

Неудовлетворительный уровень российских разработок

Субтехнология «Вычислительная техника для функционирования
платформ интернета» представляет собой совокупность технических средств,
используемых для автоматизации процессов вычислений и обработки информации в
промышленности. Субтехнология состоит из серверного оборудования и
электронно-компонентной базы.

Как создать цифровую витрину для налогового мониторинга
ИТ в госсекторе

Мировой рынок в данной сфере оценивался в 2016 г. в $3,3
млрд, к 2022 г. он вырастет до $4,7—15 млрд. В России серверное оборудования
для поддержания функционирования промышленных платформ в 2019 г. будет состоять
из 9 тыс. единиц, к 2024 г. его число будет варьироваться от 16,5 тыс. до 22,8
тыс.

В России популярна продукция зарубежных вендоров: серверы
Intel, Dell и HP. Технологическая готовность российских разработок в данной
сфере находится лишь на третьем уровне. Это означает, что для технологии даны
аналитические и экспериментальные подтверждения по важнейшим функциональным
возможностям или характеристикам выбранной концепции.

Перспективными российскими разработками заявлены серверное
оборудование и промышленные компьютеры на базе процессоров «Эльбрус-4»
разработка МЦСТ, серверное оборудование и промышленные компьютеры на базе
процессоров с архитектурой x86 производства Kraftway и Depo,
электронно-компонентная база «Микрона» и серверное оборудование и электронно-компонентная
база «Росэлектроники».

Наконец, субтехнология «Средства визуализации и
человек-машинного взаимодействия» представляет собой инженерные решения,
обеспечивающие отображение информации, а также взаимодействие оператора и
управляющего персонала с данными. Субтехнология состоит из дисплейных
технологий и систем поддержки принятия решений.

Мировой рынок соответствующих решений в 2016 г. составил
$4,1 млрд, к 2022 г. он вырастет до $5,9—12 млрд. В России в 2019 г. будет 5
млн средств визуализации и дополненной реальности. К 2024 г. их число
увеличится до 65—95 млн. Российские разработки в данной сфере находятся лишь на
втором уровне готовности. Это означает, что для технологии сформулированы
технологическая концепция и возможные применения концепций для перспективных
объектов.

Перспективными российскими разработками заявлены мониторы
различной диагонали и температурных режимов, созданные преимущественно на
зарубежных панелях (разработки «Дисплейных систем», «Ниеншанц-автоматики») и
система визуализации и обработки данных Luxms Bi (ЯСП).

Таким образом, из пяти субтехнологий только в сфере
«Платформа промышленного интернета» российские технологии близки к серийному
выпуску и могут сравниться с иностранными. Наиболее слабые позиции у российских
разработчиков в субтехнологиях «Вычислительная техника для функционирования
платформ интернета вещей» и «Средства визуализации и человек-машинных
коммуникаций». Авторы дорожной карты признают, что российские разработки по
своим техническим характеристикам отстают от зарубежных аналогов.

Стволовые клетки (1909)

Стволовые клетки были открыты российским ученым. /Фото: meteo-tv.ru

Об этих клетках уже больше столетия идут серьезные научные дискуссии, однако начало им положил именно отечественный ученый — гистолог Александр Александрович Максимов. Именно он первым проследил основные этапы гематопоэза, то есть процесса образования крови.

Описав столь сложный механизм, он также обнаружил, что кровяные клетки различных типов образуются из одинаковых «предком», который походят на лимфоциты. Данные клетки он назвал стволовыми (Stammzellen). Технически официального обоснования, и, более того, современного значения Максимов этому термину не придавал, однако именно российский ученый ввел его в научный дискурс.

Опытное доказательство возможности получения ядерной энергии

Первый успешный опыт самоподдерживающейся цепной реакции с освобождением атомной энергии (первый ядерный реактор) был впервые реализован Энрико Ферми в декабре 1942 года в Чикаго. Это событие стало первым шагом человечества к тому, чтобы поставить ядерную энергию к себе на службу.

Будущий нобелевский лауреат Энрико Ферми с детства всерьез увлекался физикой и математикой. В 22 года он параллельно писал два диплома в разных университетах, подготовил работу «Масса в теории относительности», посвященную поиску возможности высвобождения ядерной энергии. Молодой ученый изучал теоретическую физику под руководством крупнейших ученых Европы, включая Макса Борна в Германии.

Вся дальнейшая научная деятельность Ферми была направлена на изучение атомного ядра и процессов, происходящих в нем. Он выдвинул теорию бета-распада в 1933 году, спустя 5 лет предсказал существование пиона (пи-мезона) – новой элементарной частицы. Нобелевскую премию физик Ферми получил «за доказательства существования новых радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и связанное с этим открытие ядерных реакций, вызываемых медленными нейтронами».

Энрико Ферми

В том же 1938 году Ферми уехал из фашистской Италии в США. Год спустя он выдвинул идею о возможности создания сверхмощного оружия за счет использования цепной реакции, высвобождающей колоссальную энергию. Власти США выделили финансирование и создали все условия для работы ученого. В рамках реализации Манхэттенского проекта Ферми занимался исследованием цепной реакции и получением плутония, руководил строительством ядерного реактора.

2 декабря 1942 года впервые в мире была запущена самоподдерживающаяся цепная реакция, что открыло человечеству двери в атомный век. В июле 1945 года на полигоне в США был произведен первый ядерный взрыв, а в августе того же года две ядерные бомбы были сброшены на японские города Хиросиму и Нагасаки. Сегодня разработки Ферми в первую очередь используются в мирных целях – для получения электрической энергии. В память об ученом был назван 100-й элемент периодической системы – фермий, который открыли через год после его смерти.

Ледяной покров Антарктики и Гренландии тает беспрецедентно быстро

Исследование, проведенное в апреле 2019 года, показало, что ледяной покров Гренландии теряет в среднем 286 млрд тонн льда в год. Два десятилетия назад среднегодовой показатель составлял всего 50 млрд тонн.

В 2012 году Гренландия потеряла более 400 млрд тонн льда.

Антарктида в последнее десятилетие теряла в среднем 252 млрд тонн льда в год, тогда как в 1980-х годах — всего 40 млрд тонн.

Части ледника Туэйтс в западной Антарктиде отступают на 800 метров в год. Опубликованное в июле исследование показало, что таяние этого ледника, вероятно, приближается к необратимой точке, после которой весь ледник может рухнуть в океан. Если это произойдет, глобальный уровень моря может подняться более чем на 0,45 метра.

История «Технологии»

История обнинского научного центра начинается в 1959 году. В это время в Калужской области строится новый опытно-экспериментальный завод технического стекла. Страна, первой запустившая искусственный спутник, нуждалась в новых материалах для авиации и дальнейшего освоения космоса. Уже в 1962 году выпускается первая серийная продукция. В 1977 году сотрудники будущей «Технологии» работают над остеклением и теплозащитой орбитального корабля «Буран». В 1978 году предприятие получает свое современное название.

В начале 1980-х обнинские композитные материалы прошли проверку экстремальными температурами планеты Венера на космических аппаратах «Венера-15» и «Венера-16». В 1994 году предприятию был присвоен статус Государственного научного центра РФ. В 1990-е годы сотрудники «Технологии» успешно решили задачу модернизации ракеты-носителя «Протон», разработав крупногабаритные композиционные конструкции головного обтекателя. Это позволило снизить массу всей конструкции на полторы тонны. «Протон» − самая мощная и самая активно используемая на данный момент российская ракета, и работа по ее совершенствованию ведется до сих пор. Вывод в космос тонны груза по стоимости сопоставим с тонной золота. Поэтому любой килограмм, сэкономленный за счет композитных материалов, так ценен.

Большой опыт работы с композитами позволил «Технологии» запустить в производство углепластиковые обтекатели для ракет-носителей «Протон», «Рокот», «Ангара», тепловые панели для самых современных спутников, детали и блоки для военных и гражданских самолетов. С 1999 года на орбиту запущено 56 космических аппаратов, оснащенных разработками «Технологии». В 2015 году предприятию присваивается имя Александра Гаврииловича Ромашина – выдающегося ученого и первого генерального директора «Технологии».
 

А. В. Суворов

Самый выдающийся гражданин России второй половины XVIII века — это, безусловно, великий полководец, генералиссимус русских сухопутных и морских сил Александр Суворов. Этот талантливый военачальник провёл более 60 крупных битв и ни в одной из них не получил поражения. Армии под командованием Суворова удавалось побеждать даже в тех случаях, когда силы противника значительно превосходили её по численности. Полководец принимал участие в русско-турецких войнах 1768-1774 и 1787-1791 годов, блестяще командовал российскими войсками во время штурма Праги в 1794 г., а в последние годы жизни руководил Итальянским и Швейцарским походами.

В сражениях Суворов применял разработанную им лично тактику ведения боевых действий, которая значительно опережала своё время. Он не признавал военную муштру и воспитывал в солдатах любовь к Отечеству, считая её залогом победы в любом сражении. Легендарный полководец следил за тем, чтобы во время военных походов его армия была обеспечена всем необходимым. Он героически разделял с солдатами все тяготы, благодаря чему пользовался у них огромным авторитетом и уважением. За свои победы Суворов был награждён всеми существующими в его время в Российской империи высокими военными наградами. Кроме того, он являлся кавалером семи иностранных орденов.

Устройства и сети 5G

В 2020 году 5G начала медленно развиваться после того, как пандемия почти полностью остановила продажи телефонов. Лидеры отрасли ожидают, что устройства 5G будут процветать, когда потребители вернутся к нормальной жизни. 2021 год принесет более доступные цены, совместимость и дальнейшее пересечение аппаратного обеспечения IOS.

Сеть 5G обещает ускорить вашу сеть в пять раз быстрее, чем возможности 4G, что позволит пользователям загружать фильмы, песни и файлы всего за пять секунд. Это молниеносное соединение, которое вскоре станет корпоративной технологией для анализа данных и скорости. Более того, внедрение LTE не ослабевает и, по оценкам, к концу 2021 года достигнет 672 миллиардов долларов.

5G уже удвоил среднюю скорость 4G LTE и на сегодняшний день считается самой быстрой развернутой мобильной сетью. Согласно отчету Ericsson, опубликованному в прошлом месяце, к 2026 году ожидается, что устройства 5G охватят 60% населения мира.

Демография

В 2018 году в России стартовала программа «Десятилетие детства». Это стратегия, которая выражается в поддержке молодых, многодетных и малообеспеченных семей. Свою эффективность за этот год она действительно показала. Вступившие в силу с 1 января законы позволили гражданам России получать ежемесячные выплаты при рождении либо усыновлении первого и второго ребенка, продлили и расширили программу материнского капитала на второго и последующих детей.

В целом и другие выплаты для малообеспеченных и многодетных семей также были заметно расширены. Очевидно, что такая политика стимулирует выправление рождаемости, а значит, позволяет наконец постепенно закрыть страшную демографическую яму «от дружбы» с Западом в 90-х годах. Не случайно на национальные проекты «Демография», «Образование», «Наука» и «Здравоохранение» за шесть будущих лет будет вложено более 6 трлн.

Хемосинтез (1887-1888)

Там, где невозможен фотосинтез, происходит процесс, открытый российским ботаником. /Фото: winstein.org

Об исключительном значении фотосинтеза в функционировании биологических систем не планете известно давно, однако этот процесс доступен не во всех уголках Земли. Поэтому там зачастую работает другой механизм — хемосинтез. Именно так его назвал российский ученый -ботаник Сергей Николаевич Виноградский.

Хемосинтез представляет собой способность некоторых микробов получать энергию при помощи окисления простых неорганических веществ: сероводорода, аммиака, оксида железа (II), а также сульфитов. Бактерии и археи, способные к данному процессу, можно найти в недоступных для других организмов местах, испытывающих недостаток кислорода — глубокие слои почвы, и даже так называемые «черные курильщики» на дне мирового океана.

Виртуальная и дополненная реальность

По данным Statista, рынок AR и VR в 2020 году оценивался в $18,8 млрд. Это в три раза больше, чем в 2016-м. Аналитики PwC в 2019 году прогнозировали, что число сотрудников, использующих VR и AR в своей работе, вырастет с 500 тыс. до 23 млн к 2030 году.

Сегодня эти технологии используют в здравоохранении — чтобы обучать хирургов или проводить операции с данными диагностики в виде голограмм и онлайн-консилиумом врачей. В начале февраля 2021 года Microsoft провела онлайн-трансляцию 12 операций, выполненных в MR — смешанной реальности. Хирурги из 13 стран смогли подключиться в режиме онлайн и видеть все данные диагностики в виде голограмм и консультировать друг друга.

В ретейле AR позволяет примерить товары, поместить мебель в интерьер перед покупкой, а также получать персонализированные предложения. К примеру, производитель игрушек Mattel (куклы Барби и др.) использует дополненную реальность для игрушечных машинок Hot Wheels. Покупатели могут направить свой смартфон на конкретную модель, чтобы поиграть с ней на любых поверхностях:

В IKEA с помощью VR-гарнитуры вы можете представить, как будет выглядеть ваша кухня с выбранной мебелью.

В образовании дополненная и виртуальная реальность помогают глубже вовлечь в процесс и в деталях смоделировать среду, которую изучают в классе. Технологию используют и в корпоративном обучении. Tyson Foods — международная корпорация по производству продуктов питания — применяет VR, чтобы обучать сотрудников технике безопасности на производстве. В результате производственных травм стало на 20% меньше.

Архитекторы и дизайнеры представляют проекты в масштабе 1:1 с помощью виртуальной и дополненной реальности вместо обычных 3D-рендеров:

ThyssenKrupp Elevator, поставщик транспортных систем, эскалаторов и лифтов, запустил в Азии и на Ближнем Востоке и залы виртуальной реальности с демонстрацией городских транспортных решений.

В автомобильной промышленности VR позволяет инженерам экспериментировать с дизайном и конструкцией новых моделей на стадии разработки концепта. Такой подход используют, к примеру, в Hyundai:

Но главной сферой, где виртуальная и дополненная реальность особенно востребованы, остаются игры и развлечения. Помимо VR-игр и симуляций, в разных странах действуют целые парки развлечений с использованием виртуальной реальности: например, Europa-Park в Германии или VR Star в Китае.

Быстрее всего в ближайшие семь лет будет расти рынок устройств с распознаванием жестов — перчатки для VR и AR: по данным Grand View Research, с 2021 по 2028 года ежегодный рост рынка составит в среднем 18%.

В 2022 году в производство будет запущен первый автомобиль, напечатанный на 3D-принтере

Устройства для 3D-печати становятся все более мощными и уже сейчас могут создавать сложные объекты из самых разнообразных материалов. Многие автопроизводители стали использовать технологии трехмерной печати для создания прототипов и изготовления определенных деталей автомобилей.

Совсем недавно компания Audi представила небольшой автомобиль, созданный с помощью печати частицами металла. Автомобильный стартап Local Motors планирует начать массовую 3D-печать своей полноразмерной модели в ближайшие несколько лет. Компания уже создала несколько прототипов и собирается запустить в продажу финальный вариант модели (на фото).