На научной сессии «Наука и высокие технологии. Наука, человек и общество» Общего собрания профессоров РАН члены Академии выступили с докладами на самые разные темы — от проблем антропоморфных роботов до космической дипломатии и перспектив российской биосферы. Как добывать ресурсы в космосе, как общество переживает угрозы и как изменится понятие «нормы» в медицине — читайте в репортаже Inscience.News.
Союз — Аполлон — «Космическое рукопожатие над Эльбой». Сессию собрания, посвященную космосу, открыл профессор РАН Максим Литвак. Он заострил внимание на том, что развернувшаяся в 60–70-х годах космическая гонка сопровождалась также и первыми попытками построения дипломатических отношений в космосе. Академия наук СССР была активно вовлечена во все процессы, связанные с проектом Союз — Аполлон. В 1962 было подписано первое соглашение о сотрудничестве между СССР и США в космосе. В 1975 году, после всего лишь трех лет работы, были решены все технические вопросы — и произведена стыковка аппаратов. Президент РАН Александр Сергеев считает, что «космос должен остаться таким местом, где у нас сохраняется рукопожатие». Он добавил, что международное ученое сообщество должно участвовать в ускоренном принятии позитивных решений на политической арене. С этой позицией согласен и посетивший собрание американский профессор Джеймс Мюллер, отметивший необходимость сотрудничества ученых США и России — в борьбе против пандемии, рака и других сегодняшних вызовов.
Квантовые технологии. Александр Печень рассказал о применении квантовой механики, описывающей поведение отдельных частиц — молекул, атомов, фотонов. Одно из наиболее перспективных направлений — математическое: дифференциальный анализ, теория групп, теория вероятности, теория чисел, дзета-функция Римана, фракталы — и многие другие. Уникальные свойства квантовых систем еще в 80-х Юрий Манин предложил использовать для ускорения вычислений, а позже эту идею развили Ричард Фейнман, Питер Шор и Лов Гровер. Сейчас эти идеи уже легли в основу многих экспериментальных работ. Второе перспективное направление — постквантовая криптография. В нем существуют две сложные задачи: доказательство стойкости протоколов квантовой криптографии и разработка алгоритмов для постквантовой криптографии. Третье — лазерная химия, ЯМР (в том числе и работа томографов).
Профессор РАН Андрей Турлапов продолжил сессию, подробнее рассказав о вкладе российских ученых в развитие квантовых технологий: россияне получили две Нобелевские премии по лазерной физике, а первые систематические исследования светодиодов еще сто лет назад проводил советский ученый О.В. Лосев. 80% самых точных часов — водородных мазеров — производят на двух предприятиях в Нижнем Новгороде. Самые точные часы используют в системе ГЛОНАСС. Они основаны на газе ультрахолодных атомов. В будущем ультрахолодные атомы и молекулы газа могут позволить с высочайшей точностью измерить ускорение свободного падения — и увидеть неоднородности гравитационного поля. Основанная на этом система навигации уже сейчас разрабатывается и может найти применение, например, на атомных подводных лодках. Другие ожидающие нас чудеса — левитирующий транспорт, основанный на принципе квантового подобия; изучение физики элементарных частиц без коллайдеров и системы связи, которые на уровне математических теорем защищены от прослушивания. Андрей Турлапов рассказал и о квантовых компьютерах, простейшие модели которых уже выпускаются в других странах. За российскими же учеными по-прежнему сохраняется приоритет в работе с квантовыми датчиками: датчиком единичных фотонов ИК-диапазона (разработка Московского городского педагогического университета) и плазмонным датчиком единичных молекул тропонина-Т (применяется для диагностики инфаркта, разработка Института спектроскопии РАН).
Статус установок «мегасайенс». Максим Либанов выступил с докладом о проектах «мегасайенс». Проект предусматривает разработку программы развития научных установок класса «мегасайенс» на основе международного сотрудничества. В докладе Либанов кратко осветил текущий прогресс по установкам. Сейчас уже ведется отладка и тестовые эксперименты на высокопоточном исследовательском реакторе ПИК в Международном центре нейтронных исследований. Этот мощный источник нейтронов стоимостью 60 млрд рублей располагается в Гатчине. Он поможет изучать структуру вещества — полимеров, наноматериалов, биологических веществ и т. д. Еще одна установка, NICA, стоила 17,5 млрд рублей. Она расположена в Дубне и предназначена для изучения свойств плотной барионной материи и кварк-глюонной плазмы. В этом состоянии пребывала наша Вселенная сразу после Большого взрыва, а сейчас ее можно найти в нейтронных звездах. Помимо этого, NICA найдет применение и в терапии опухолей, радиобиологии и космической медицине. Запустить установку планируется до конца 2022 года. Синхротрон СКИФ в Новосибирске стоимостью более 40 млрд рублей позволит проводить исследования в биологии, химии, физике с помощью ярких и интенсивных пучков рентгеновского излучения. Первый эксперимент запланирован на декабрь следующего года. Еще один близкий по задачам синхротрон ИССИ в Протвино находится на предварительной стадии разработки. Супер чарм-тау фабрика — проект ускорительного комплекса, который направлен на решение проблем в области физики высоких энергий, выходящих за пределы Стандартной модели. Пока что установка не построена, но решение о строительстве должно быть принято в ближайшие дни. Под вопросом и строительство ЦИЭС — супермощной лазерной установки — и термоядерного реактора ИГНИТОР. Байкальский глубоководный нейтринный телескоп Baikal-GVD, запущенный в 2021 году совместно с Университетом Дубны, уже сообщил о первых кандидатах на астрофизические нейтронные события.
Современная фармацевтика и генетика. Профессор РАН Андрей Иващенко выступил с докладом о современной фарме, генетике и новой медицине. Он отметил возросшую в пандемию важность разработки новых лекарств. Парадигма открытия лекарств поменялась благодаря расшифровке генома. В России наблюдается большой разрыв между индустрией и наукой. Дженериковая модель позволила фарме в России вырасти количественно, но при этом компании конкурируют, копируя друг друга, — нет заинтересованности в инновационных разработках. На первое место сегодня выходит организация консорциумов между научными организациями и фармпроизводителями, которые могли бы быстро решить вопросы технологического суверенитета и инновационного импортозамещения. «Прорывных» препаратов, которые значительно удешевляют терапию или кардинально меняют подход к лечению, — один-два десятка в год в мире (около трети от всех).
«В целом идет параллельный процесс смены парадигмы здравоохранения: от лечения к тому, чтобы заниматься здоровьем, самочувствием и здоровьесбережением. Если ранее в центре внимания исследователей находилась болезнь, то сегодня — здоровье и хорошее самочувствие. Специалисты говорят о том, что, если бы все наши системы органов старели в одинаковой скоростью, мы бы жили до 120 лет», — объяснил Иващенко.
Космические исследования в XXI веке. Профессор РАН Максим Литвак продолжил разговор на тему космических исследований. Золотой век космонавтики, 60–80-е годы, стал прорывным этапом: человечество покинуло орбиту Земли, отправило человека в космос, на поверхность Луны, запустило искусственные спутники.
«Если бы 50–60 лет назад нашим бабушкам и дедушкам сказали, что сейчас мы останемся на орбите Земли и дальше никуда не двинемся — они бы крайне удивились. В то время многие считали, что Солнечную систему к этому времени мы уж точно освоим. Тем не менее прогресс, видимо, движется по спирали, и сейчас начинается новый виток», — считает Максим Литвак.
Принципиально поменялось следующее: в космическом клубе прибавилось участников; принципиально новый уровень технологий включает теперь новые материалы, робототехнику, компьютерное моделирование и использование ИИ; в космические программы часто вовлекают частные компании. Была запущена новая стратегия исследований по освоению ресурсов космоса для поддержания работоспособности лунных и марсианских баз. Таким образом, вектор освоения космоса сместился от околоземного пространства к созданию постоянных баз в космосе. Первой остановкой должна стать Луна — она находится всего в 1000 раз дальше МКС и остается в пределах работы радиосвязи, а астронавтов оттуда всегда можно вернуть обратно. Здесь же можно отработать технологии и изучить аспекты длительного пребывания людей за пределами Земли. Вскоре будет реализована программа Луна-25 — первая полярная экспедиция на спутник, в работе над которой участвует и сам Литвак. А пока порталы InScience.News и Indicator.Ru запустили серию статей, в которых подробно расскажут о каждой из предыдущих отечественных экспедиций на Луну.
На Марсе успели побывать около десятка аппаратов с Земли. Сейчас внимание исследователей сосредоточено на четырех аспектах, связанных с планетой: поиск жизни, изучение климата планеты, геология Марса, высадка и длительное пребывание здесь людей. В последней задаче главный вызов — борьба с радиацией.
Эргатические системы: общение человека с машиной. Профессор РАН Роман Мещеряков рассказал о типах человеко-машинных интерфейсов. Наиболее распространенные интерфейсы — голосовой, звуковой, жестовый. Активно развиваются инвазивные и неинвазивные нейроинтерфейсы.
«Любая социальная сеть является социо-кибер-физической системой, потому что мы не всегда можем отличить, кто находится на другом конце канала — человек или чат-бот», — считает Роман Мещеряков.
Интересно, что количество элементов, которые сохраняются в системе в единицу времени, превышает наши физические возможности запоминания. Квантовые вычисления позволят повысить и этот предел. Мещеряков перечислил задачи, которые сейчас активно решаются: управление группой и групповое управление, доверенный ИИ, интерпретация поведения, принятие решений, когнитивное моделирование и моделирование интеллекта. Что касается технических вопросов, один из наиболее важных — вес и конструкция роботов, несущих в себе человеко-машинный интерфейс. Средний вес антропоморфного робота — 150 кг. Как, например, обезопасить человека при случайном столкновении с ним? Еще один важный аспект — кибербезопасность, а также моральные и этические вопросы, субъектность машин, их одушевление, пределы биохакинга и соотношение безопасности и конфиденциальности частной жизни.
Декарбонизация энергетики. Профессор РАН Оксана Таран говорила о развитии системы трансграничного углеродного регулирования. Она рассказала, какие методы позволят уменьшить выбросы углекислого газа: оптимизация соответствующих производств, сбор и фиксация CO2, переход на углеродно-нейтральную энергетику. Последняя мера предполагает снижение доли угля, нефти и газа, увеличение доли возобновляемых источников энергии и развитие водородной энергетики. Потенциал растительной биомассы в нашей стране сравним с нефтяными запасами. В России запасы древесины составляют 24% от мировых. А количество отходов при заготовке и переработке древесины составляет около 40–60%, и эти отходы можно было бы использовать. Лесохимическая промышленность, которая существовала в СССР, могла бы сегодня покрыть многие энергетические потребности России за счет биомассы. Основная задача — каталитическая переработка растительной биомассы.
Второе перспективное направление — водородная энергетика. Она обеспечила бы и декарбонизацию, и улучшение качества воздуха, и решила бы проблему хранения энергии от возобновляемых источников энергии. Среди всех подходов к получению водородного топлива ЕС выбирает электролиз, а для России наиболее перспективным является пиролиз метана. Основное препятствие — транспортировка водорода, здесь наиболее важной задачей является криогенное сжижение водорода.
Климатическая политика РФ. Профессор РАН Людмила Кабир представила исследование о том, насколько климатическая политика соответствует национальным интересам и какие изменения в ней стоит ожидать. Национальный подход, ресурсы и движущая сила — основания, которые определяют «матрицу климатической политики». Инициатором формирования институциональной среды, необходимой для реализации климатической политики, выступают международные структуры: UNFCCC, Global Climate Action. А их субъектом — институциональные инвесторы — IIGCC и т. п. То есть процесс идет с глобального уровня, спускаясь к компаниям. Кабир считает, что большая зависимость климатической политики от международного уровня управления делает ее реализацию зависимой от глобальной политики. Поэтому в ближайшее время есть риск смены направления глобальной климатической политики.
Проблема гибели биосферы. Профессор РАН Елена Дергачева рассказала о реальности глобальной проблемы. С развитием общества биосфера начала развиваться неравномерно, в основном за счет человека — об этом говорил еще Вернадский. Одна из важнейших проблем — деградация почв, среды обитания 90% живых организмов. За 10 тысяч лет земледелия погибло 1,3 млрд гектаров плодородных земель, а за последние 300 лет — еще 0,7 млрд гектаров. Оставшиеся 2 млрд гектаров могут обеспечить питание еще 25–30 млрд человек. Техносферизация приводит к сокращению биоразнообразия: в Германии, например, численность летающих насекомых сократилась на две трети.
«Прогноз социально-техногенного развития для России более оптимистичный, нежели для других стран мира, поскольку на просторах нашей страны сосредоточено свыше 2/3 биосферных ресурсов и примерно столько же пригодных для сельско-земледельческих работ почв», — отметила Елена Дергачева, говоря о деградации биосферы Земли.
Прогноз на будущее: нас ожидает техногенное общество и экономика, искусственная среда — техносфера, которые постепенно перейдут к стадии постбиосферного технологического развития. Елена Дергачева предлагает организовать сохранение оставшегося на планете биосферного вещества (темпы траты биогумуса в 200 раз превышают темпы накопления), частично восстановить биосферные пространства, создать переработку биоотходов в разных отраслях человеческой деятельности. Сейчас при участии нескольких организаций программа осуществляется в Белгородской области.
Связь науки, образования и бизнеса на примере сельского хозяйства. Профессор РАН Елена Журавлева объяснила работу процесса полного цикла для получения конкретного продукта: от фундаментальных исследований через апробацию к внедрению. Пример — растениеводческая продукция, при внедрении которой проходится стадия из четырех больших блоков: генетические ресурсы, селекция, семеноводство, производство. Сейчас ведутся работы по модерации этого полного цикла властью для большей эффективности работы звеньев и их объединения. Сейчас многие разработки не доходят до производства — в этом поможет региональный научный парк «Ноосфера» — он сократит расстояние между заказчиком (бизнесом) и наукой. Среди других интересных проектов — «Сладкие белки» по производству белковых сахарозаменителей. Журавлева также отметила важность науки в качестве экспертного органа, определяющего тренды. Сегодня же баланс смещен в сторону бизнеса, который не всегда готов к трансформациям и часто ориентирован только на прибыль. Журавлева предлагает сформировать «образ будущего» для каждой отрасли с конкретными показателями и продуктами, сконцентрировать финансовые и кадровые ресурсы, сформировать цепочку «запрос — предложение» (бизнес часто не знает, какие вообще исследования и разработки «лежат на полке»).
Уроки пандемии. Профессор РАН Кирилл Зыков привел статистику смертности от коронавируса, отметив, что пандемия еще не закончена. Смертность все еще на очень высоком уровне, просто мы привыкли к цифре в 600 человек, хотя год назад такие масштабы пугали. В других странах уже начинает распространяться штамм «дельтакрон». Уровень избыточной смертности — наиболее точный метод оценки. Россия в 2019–2020 годах заняла одно из первых мест по уровню избыточной смертности. Медицина движется в сторону принципа П4: предиктивная, превентивная, персонализированная и партнерская (пациент активно участвует в своем лечении). Сейчас становится ясной необходимость создания новой классификации болезней на основе данных генома, транскриптома, протеома, метаболома, эпигенома и экспозома (того, что окружает человека). Это же приведет и к изменению понятия нормы. Мы должны будем принимать нормальные значения для каждого отдельного человека, а не для всей популяции. При этом необходимо опираться на научные данные, а не на мнения, как сегодня. Зыков делает вывод, что нужно в онлайне обновлять терапевтические подходы. В случае с коронавирусом эффективность в его лечении показали иммунодепрессивные препараты. Среди них — тоцилизумаб, который при этом оказался менее эффективен для женщин. Другие факторы, влияющие на эффективность терапии, — нахождение пациента на ИВЛ, прием других лекарств, возраст и т. д. Поэтому так важен не популяционный подход, а персонализированный.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
