Итоги II Всероссийского конкурса молодежных проектов в области нанотехнологий

17.08.200526720

Нанотехнологии в ближайшие десятилетия произведут такую же революцию в обработке материи, как компьютеры - в обработке информации. Эксперты предсказывают большее влияние нанотехнологий на цивилизацию, чем в свое время паровой машины, электричества и железа. Именно это высокотехнологичное направление позволяет вывести страну на путь интенсивного инновационного развития, трудоустроить в России большинство ученых и инженеров, поднять другие отрасли промышленности на качественно новый технологический уровень, улучшить жизнь людей. Невозможно преувеличить значение развития отечественных нанотехнологий в решении актуальнейших проблем медицины, электроники, национальной безопасности и борьбы с терроризмом.


I Всероссийский конкурс молодежных проектов в области нанотехнологий проводился весной 2004 года и вызвал широкий отклик в научных кругах, особенно среди молодежи. Победителями стали молодые ученые РХТУ им. Д.И. Менделеева, Института биохимии АН РУ и Томского политехнического университета, разработавшие перспективные технологии для новых поколений российской электроники, лечения лучевой болезни и производства материалов с уникальными свойствами.


II Всероссийский конкурс молодежных проектов в области нанотехнологий был призван развить успех предыдущего, не только используя ценный опыт первого конкурса, но и значительно увеличивая его масштаб, аудиторию и социальный эффект для будущего науки нашей страны. Широчайшее освещение в СМИ, прямая реклама в сотнях учебных и исследовательских организаций, уникальные высокотехнологичные и денежные призы позволят привлечь большинство отечественных молодых талантов в область нанотехнологий.


Цель конкурса – выявление и поддержка перспективных молодых ученых России и СНГ в области нанотехнологий, мобилизация талантливой молодежи на развитие науки и техники в России, а не за рубежом. В конкурсе принимали участие российские школьники, студенты, молодые ученые и специалисты.


6 августа 2005 г. по адресу: Москва, Даев переулок, 20 состоялось награждение победителей и торжественный фуршет. Победителей награждал генеральный директор компании Nanotechnology News Network и председатель Молодежного Научного Общества Александр Оликевич.


Х место заняли студенты МЭИ Артём Фальков, Сергей Лещина и Дмитрий Негров с проектом "АВТОНОМНЫЙ РОБОТ С ИСКУССТВЕННЫМ ИНТЕЛЛЕКТОМ НА БАЗЕ НЕЙРОСЕТЕЙ".


Система, работающая в условиях естественной среды, подвержена разного рода непредсказуемым воздействиям. Чтобы она могла выполнять свои задачи в такой обстановке, необходимо дать ей способность адекватно реагировать на внешние раздражители. Робот имеет 42 степени свободы, что позволит воспроизводить любые движения человека. Универсальность машины позволит применять ее во всех областях человеческой деятельности.


Управляющую часть планируется реализовать из трех основных модулей: контроллеров рецепторов, распознающей части и контроллеров эффекторов. Планируется выполнить распознающую часть в виде набора нейросетей из нанонейронов. Ее задача - распознавание окружающей обстановки и адаптации к ней. Подход, основанный на нейросетях, выбран ввиду чрезвычайного многообразия ситуаций, возникающих в окружающем мире. Другой причиной выбора такого подхода является зашумленность данных, поступающих с рецепторов. Поэтому задача обработки поступающих данных не подлежит строгой алгоритмизации, но может быть успешно решена в структурах, подобных нейросетям.


Основная задача заключается в создании метода выращивания нейросетей с малым количеством дефектов на подложке. Ввиду того, что для адекватного восприятия образов необходимы большие сети, предлагается создавать их на наноразмерных нейронах послойной сборкой, т.к. в этом случае гораздо проще создать схему соединений. Сами нейроны будут состоять из потенциальных барьеров на входах (величина барьера зависит от веса входа и может быть перестроена) и компаратора, сравнивающего энергию электронов, прошедших в нейрон, с пороговой и выдающего сигнал на выход при энергии больше пороговой. Такая структура позволит после обучения (настройки весов) классифицировать объекты по неполным или искаженным данным о них.


В качестве оболочки используется автономный робот из углепластика, готовый к реализации на принтере трёхмерных моделей. Робот приводится в движение серводвигателями. Данные о положении в пространстве непрерывно передаются в нейросеть датчиками. В кончиках пальцев и на ступнях также предусмотрены датчики давления для передачи информации о соприкосновении с другими телами. В голове будет установлена минивидеокамера, передающая картину окружающего мира в нейросеть для анализа и принятия решений о дальнейших действиях.


Настоящий проект наглядно демонстрирует тесную взаимосвязь нанотехнологий с другими высокотехнологичными направлениями, такими как, к примеру, нейроэлектроника и искусственный интеллект. Эти направления будут развиваться в рамках программы Nanotechnology News Network по нейроэлектронике. Данная область науки и техники находится в нашей стране в еще более плачевном состоянии, чем нанотехнологии, и мы надеемся, что наш новый Интернет-портал www.neuroelectronics.ru послужит основой такого же активного и творческого сообщества по нейроэлектронике, как www.nanonewsnet.ru – по нанотехнологиям.


IX место получил проект "РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И ПРОБЛЕМНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ НАНОРОБОТОВ", предложенный Григорием Черноморовым и Вадимом Кухаревым из ЮРГТУ.


Цель проекта – разработка принципиально новых алгоритмов проектирования наноустройств, создание базы данных и базы знаний о нанообъектах. Для этого будут применены синтезированные с методами молекулярной динамики методы теории принятия решений – метод ветвей и границ (МВГ), методы теории хаоса для изучения поведения решений в узлах МВГ, генетических алгоритмов для поиска в многопараметрическом пространстве решений нечеткими схемами.


Экономический и временной эффект проекта заключается в значительном снижении трудозатрат потребителей за счет целевого проектирования наноустройств. Современные методы требуют огромных вычислительных мощностей и финансовых затрат в связи с  трудоемкостью решения сложных систем дифференциальных и интегральных уравнений. Конкурентоспособность предлагаемой технологии состоит в том, что она дает вероятностный прогноз, позволяющий сэкономить практически все виды ресурсов при выборе объекта и разработке технологии получения. Патентование разработанных алгоритмов позволит получить доступ на международный рынок ПО в сфере нанотехнологий.


VIII место занял проект "ФРАКТАЛЬНЫЙ ПОДХОД К АНАЛИЗУ СТРУКТУРЫ НОСИТЕЛЕЙ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ БИОСЕНСОРОВ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ БАКТЕРИЙ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ (ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ) СИТУАЦИЯХ" под авторством Наталии Снегиревой, Юлии Карнет, Людмилы Погореловой, Алексея Яровицына и Андрея Копылова.


При терактах и катастрофах бактерии могут попадать в воздух и водоисточники. Содержание бактерий в настоящее время определяется в микробиологических лабораториях СЭС. Эти исследования требуют специальных лабораторных условий и обученного персонала и не могут быть проведены в полевых условиях для экстренного мониторинга пострадавших водоисточников.


Существуют способы экспресс-диагностики наличия высокомолекулярных и комплексных (в том числе и бактериальных) антигенов в жидких средах. Одним из наиболее чувствительных и пригодных к их безинструментальному определению является иммунохроматография, получившая широкое распространение в определении пептидных белковых, бактериальных и других антигенов в медицине, ветеринарии, контроле пищевых продуктов и экологии.


Вместе с тем разработка биосенсоров с наночувствительностью к бактериям (10-9 колониеобразующих единиц – КОЕ) сегодня проводится эмпирически в связи с отсутствием данных о механизмах иммобилизации антител и их конъюгатов на пористых носителях, тесно связанных со структурой последних. В связи с этим отсутствуют алгоритмы расчета оптимальных конструкций тест-полосок.


В ходе проекта будут разработаны методы расчета фрактальной размерности пор в носителях, расчета скоростей движения фронта биополимера, оценки поверхностного взаимодействия белковых сред и матрицы носителя, расчета оптимальных размеров деталей в тест–полоске. В результате будут изготовлены и испытаны опытные образцы биосенсоров.


Данный проект заслуживает повышенного внимания уже в силу того, что сегодня для нашей страны, к сожалению, как никогда актуальна проблема терроризма, а нанотехнологии дают нам возможность снова встать на ноги. Ведь терроризм никуда не денется, покуда страна остается слабой и беспомощной, а сильную страну терроризировать не так-то просто.


VII место присуждено проекту Алексея и Наталии Каманиных "ИССЛЕДОВАНИЕ ФУЛЛЕРЕНСОДЕРЖАЩИХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ КАК ЭФФЕКТИВНЫХ МАТРИЦ ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ И ОРИЕНТИРОВАНИЯ КЛЕТОК КРОВИ ЧЕЛОВЕКА".


В этом проекте впервые предложено использовать нематические ЖК для ориентации клеток крови человека, показано, что эффективность использования ЖК зависит от величины оптической и диэлектрической анизотропии мезофазы. Предлагается изучить влияние нового поляризованного состояния ЖК-смеси на эффект ориентирования эритроцитов крови человека, зарядовое состояние оболочки которых существенно меняется при полевом воздействии, и подобрать эффективные ЖК среды с различной оптической и диэлектрической анизотропией, провести их сенсибилизацию фуллеренами и изучить неразрушающий эффект воздействия сенсибилизированного ЖК на оболочку эритроцитов. Будут подобраны ориентирующие покрытия, обеспечивающие ориентацию ЖК-слоев и введенных биообъектов. Новизной является дополнительное введение в жидкий кристалл фуллеренов и/или фуллеренсодержащих комплексов с переносом заряда, что вызывает структурирование ЖК смеси с созданием сетки для размещения введенных частиц.


Применение ЖК для исследования клеток крови является авторской разработкой заявителей, защищенной патентом РФ. Разработка не имеет аналогов в мире и является конкурентоспособной на отечественном и мировом рынке, в частности, превосходит ныне используемую камеру Горяева в силу простоты и дешевизны ЖК-ячеек, а также простоты визуализации и подсчета числа клеток в них.


VI место занял проект "ИССЛЕДОВАНИЕ МОДИФИЦИРОВАНИЯ РЕЛЬЕФА В РЕЗУЛЬТАТЕ ИНЖЕНЕРИИ ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛОВ ИЛИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ И ДАВЛЕНИЯХ. ВЛИЯНИЕ МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ НА ПОЛУЧАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ", разработанный Наилем Сабирзяновым и Ольгой Зиловой под руководством Сергея Нестерова.


В настоящее время сканирующий зондовый микроскоп является одним из наиболее важных и востребованных инструментов в области нанотехнологий для исследования поверхности материалов. Однако вопросу о влиянии особенностей и характеристик конкретных приборов уделяется недостаточное внимание, в связи с чем изучение образцов на оборудовании различных производителей, отличающихся по своим возможностям, интересно и актуально с точки зрения нанометрологии поверхности.


Будет изготовлен экспериментальный образец сверхвысоковакуумной низкотемпературной СТМ-установки и получены данные по влиянию условий состояния поверхности и применяемого оборудования на результаты исследований топографии поверхности материалов. Предполагаемая стоимость разрабатываемой установки в несколько раз ниже, чем у импортных аналогов. Кроме того, ряд конструктивных решений, используемых в установке, позволяют максимально упростить её конструкцию, за счет этого цена изделия также будет уменьшена.


Коллектив имеет большой опыт в области исследования поверхности твердых тел методом СЗМ. Проведен значительный объем исследований топографии поверхности различных материалов (тонкопленочных покрытий, конструкционных материалов, сорбентов), модифицированных в различных условиях.


V место занял проект "НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ САМООРГАНИЗУЮЩИЕСЯ ПЛЕНКИ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ И БЕЛКОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ БИОСЕНСОРНЫХ СИСТЕМ", представленный Лидией Соколовской, Евгением Евтушенко и Галиной Дубачевой.


В данном проекте предполагается разработка биосенсоров для специфического и высокочувствительного анализа фенола, холина, фосфорорганических пестицидов и токсикологически значимых эстераз крови с использованием электростатической самоорганизации наночастиц для создания матриц для иммобилизации «узнающих» и вспомогательных элементов на поверхностях электродов.


Сначала будут разработаны и сконструированы биосенсоры на основе ферментов и полимерных композитов для анализа фенолов, холина, эстераз и их ингибиторов. Разработанные сенсорные электроды будут адаптированы к существующим анализаторам для работы как с чистыми препаратами ферментов, так и в биологических средах, в том числе в цельной крови. Простота, компактность и экономия реагентов, в особенности – биоматериала при производстве и во время анализа, дает возможность увеличить интенсивность практических исследований, а также значительно снизить стоимость электродов и в целом всего анализа.


На втором этапе будет создан принципиально новый, ультрачувствительный (на уровне молекул) подход к иммуноферментному анализу на основе полиэлектролитных наночастиц в качестве проявляющей системы и зондового микроскопа в качестве системы регистрации. Данная биосенсорная система будет адаптирована к определению поверхностных белков возбудителя болезни Лайма и может быть легко и в кратчайшие сроки адаптирована к большинству антигенов.


Себестоимость сенсорных элементов, разработанных в рамках проекта, составит порядка $4, в то время как цена аналогичных биосенсоров, производимых в Германии, составляет $40. Потенциальные покупатели - поставщики услуг в области медицинской диагностики и экологического мониторинга. Это клинические диагностические лаборатории, лаборатории санитарно-эпидемиологической службы, государственные, общественные и коммерческие организации, осуществляющие экологический контроль и качество пищевых продуктов. Разработанные системы будут востребованы в промышленной и с/х токсикологии, в программах по уничтожению запасов боевых отравляющих веществ, в экологии в случае химических аварий и терроризма. Данные сенсоры станут прототипами автоматических анализаторов, позволяющих быстро и адекватно оценить экологические параметры, качество пищевых продуктов, а также более полно определить характер и степень тяжести токсического воздействия при отравлении антихолинэстеразными препаратами.


IV место занял проект "МИНИАТЮРНЫЕ АТОМНЫЕ ЧАСЫ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА КОГЕРЕНТНОГО ПЛЕНЕНИЯ НАСЕЛЕННОСТЕЙ" подготовленный Сергеем Каргапольцевым, Надеждой Котовой и Петром Емельяновым под руководством Владимира Величанского.


Этот проект предусматривает создание нового поколения малогабаритных атомных часов для прецизионных измерений времени в отсутствие сигналов спутников для массовых применений в системах мобильной связи, включая широкополосную связь с быстрым переключением несущей, для быстрых приемников сигналов GPS, для надежных систем связи, расположенных на вибрирующих платформах, для навигации, наведения, распознавания и слежения. Атомные часы при объеме и стоимости, сопоставимыми характеристиками кварцевых генераторов, будет обладать гораздо большей долговременной стабильностью (≤10-11 при времени усреднения 1 час) при объеме < 3 см3 и энергопотреблении менее 50 мВт.


Дешевизна продукта обусловлена отечественной элементной базой. В результате инноваций (использования коротких лазеров, перехода на другую оптическую линию и новой конфигурации оптических полей для возбуждения КПН резонанса) стабильность и точность часов ожидается как минимум на порядок выше, чем у разрабатываемого американского аналога.


Авторы принимали непосредственное участие в разработке миниатюрных атомных часов в Национальном Институте Стандартов и Технологии (США). Теперь они вернулись в Россию и предлагают создать здесь атомные часы с точностью, на порядок превышающей американский аналог. В этом отношении авторы показывают позитивный пример всем российским ученым, волею судеб оказавшимся за рубежом. Ведь многие сегодня уезжают из страны, поскольку не видят здесь условий для плодотворной научной работы, а главное – не ощущают востребованности результатов своего труда обществом и государством. Мы надеемся, что такие мероприятия, как этот конкурс, смогут показать, что ситуация в российской науке начинает изменяться в лучшую сторону, пусть даже это и происходит "снизу", вопреки наплевательскому отношению властей.


III место заняли Владимир Марголин и Валентин Фантиков из ЛЭТИ с проектом "ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПЛЕНОК С ФРАКТАЛЬНОЙ СТРУКТУРОЙ".


Предполагается установить связь электрофизических и оптических характеристик фрактальных пленок и закон их эволюции, что позволит оценить возможность создания на их основе новых типов датчиков и сенсоров. Таким образом, возникнет возможность осмысленного и управляемого изменения структуры получаемых фрактальных пленок. Это позволит в дальнейшем добиться одномоментного получения на поверхности подложки тонкой наноразмерной пленки, обладающей упорядоченной фрактальной структурой, в которой каждый отдельно взятый фрактальный элемент может являться информационным элементом, что позволит подойти к решению задачи реализации принципов групповой обработки в нанотехнологии.


Все это позволит создать датчики и сенсоры для экологического мониторинга и работы в условиях высоких температур; устройства для анализа и преобразования информации, передаваемой по волоконно-оптическим сетям; устройства и приборы для целей микро- и наноэлектроники. Оптические свойства фрактальных пленок и фрактальных трехмерных наноструктур отличаются от оптических свойств их аналогов, что можно использовать при создании устройств переработки оптической информации, передаваемой по волоконно-оптическим линиям или планарным оптическим волноводам.


Такие наноструктуры могут стать основой наноэлектроники и нанофотоники нового поколения. Подобные исследования за рубежом неизвестны, поэтому в случае достижения поставленных целей появляется реальная возможность создания конкурентоспособной продукции, не имеющей пока аналогов на мировом рынке.


II место завоевали студенты Московского института стали и сплавов (МИСИС) Гор Лебедев, Дмитрий Захаров и Юлия Быкова с проектом «МИКРОАКТЮАТОРЫ НА ОСНОВЕ КОМПОЗИТОВ ИЗ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ СПЛАВОВ».


Целью проекта является создание микроэлектроманипуляторов (минипинцетов) различных характерных размеров (с предполагаемым прогрессивным уменьшением до 1 мкм) на основе композитов из наноструктурированных лент с эффектом памяти формы.


Будет исследована возможность создания МЭМС-устройства, способного осуществлять механическую работу и обратимо изменять свою форму в диапазоне размеров 0,1 - 10 мкм, принцип работы которого предложен авторами проекта, и основан на экспериментальных данных по исследованию быстрозакаленных лент сплава с памятью формы Ni2TiCu и композитов на их основе.


В рамках проекта будет разрабатываться технология получения композитов на основе быстрозакаленных лент Ni2TiCu. На первом этапе проекта предполагается изготовить макет манипулятора (минипинцет) с характерным размером – толщина около 30 мкм – и продемонстрировать его работоспособность. На втором этапе предполагается уменьшение толщины до 1 мкм.


Идея заключается в том, что, как показано экспериментально авторами, если прочно соединить обычную упругую металлическую ленту и предварительно растянутую при охлаждении ленту из сплава с эффектом памяти формы, то получается композит, имеющий обратимые деформации в 100-1000 раз больше. Характерный размер толщины ленты, при котором работоспособность сохраняется, существенно меньше 1 мкм, т. к. лента с памятью формы обладает наноструктурой зерен. Это дает возможность создания манипуляторов размером 1 мкм (а возможно, и меньше) с реализацией высокоточного манипулирования, и новых возможностей, например, захват микрообъекта одной «паучьей лапкой».


Предложенный актюатор может быть установлен на кончике стандартного микроинструмента и использует собственные степени свободы для захвата, перемещения, прокалывания, разрезания и т. д. с большей точностью, чем основной микроинструмент в медицине, биологии, микроэлектронике.


И, наконец, I место занял Дмитрий Камашев с проектом «ПОЛУЧЕНИЕ ВЫСОКООРГАНИЗОВАННЫХ НАНОМАТРИЦ КРЕМНЕЗЕМА».


Целью проекта является разработка высокоорганизованных наноматриц кремнезема для получения структурно упорядоченных композитных материалов с применением в различных областях наноэлектроники путем создания на основе полученных наночастиц SiO2 наноструктур с разным типом упаковки.


Контроль типа упаковки наночастиц позволит создавать широкий спектр различных наноматриц кремнезема. Заполнение этих структурированных нанопор различными материалами позволит получать широкий ряд структур, обладающих заданным микро- и наноупорядочением вещества.


Мы надеемся, что результаты данного проекта станут основой нового поколения отечественных электронных и оптических продуктов.


Победители получили ценные призы:


I место - Мобильная нанотехнологическия лаборатория «УМКА», созданная российскими учеными в 2004 году. В отличие от зарубежных аналогов умещается в небольшом кейсе и работает в комнатных условиях. Программа с открытым кодом позволяет управлять экспериментами с обычного компьютера;


II и III места - современные ноутбуки;


IV - V места - Ремонтно-восстановительный комплект для автомобилей на основе наночастиц;


VI - X места - годовая подписка на ежемесячный CD-ROM "Мир нанотехнологий".


Все руководители команд, присутствовавшие на награждении, получили в подарок по экземпляру первой отечественной научно-популярной книги о нанотехнологиях «Нанотехнологии для всех» Марии Рыбалкиной с автографом автора.


Также победители получили годовую подписку на научно-популярные журналы "Наука и жизнь", "В мире науки" и "Универсум".


Подробности, включая фотоотчет и стенограммы поздравительных речей, см. на сайте Nanotechnology News Network



Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей