Исследования Курчатовского НБИКС-комплекса помогают добиваться прорывных результатов в самых разных научных сферах — от истории до микроэлектроники.
Историческая материя
В Курчатовском НБИКС-комплексе работает лаборатория естественно-научных методов в гуманитарных науках, которая занимается интересным междисциплинарным направлением — историческим материаловедением. Для изучения объектов культурного наследия используются естественно-научные методы, которыми исследуется, прежде всего, материал объектов.
— Именно в сочетании гуманитарных подходов с естественно-научными можно получить новую информацию об истории создания объекта, его бытования, о международном сотрудничестве и торговле в определенную эпоху или же выбрать оптимальные способы его реставрации. Это яркий пример конвергенции методов из совсем разных сфер, работающих на единую цель, — объясняет заместитель директора НИЦ «Курчатовский институт» Екатерина Яцишина, курирующая это направление. — Например, исследования интереснейшей биконической бусины XIV века из раскопок археологической экспедиции ИА РАН на городище Ростиславль Рязанский близ Коломны. Целым комплексом методов мы идентифицировали состав стекла, определили технологические особенности изготовления бусины. По составу материала она относится к древнерусской стекловаренной традиции, а по технике изготовления — ее размеру, форме и декору — соответствуют традициям Золотой Орды. В этом бусина уникальна.
Живая батарейка
Ученые Курчатовского института занимаются созданием биоподобных источников энергии, которые могут стать одной из альтернатив ископаемым углеводородам. «Биоэнергетика, то есть получение энергии из биомассы, — это абсолютно практическое направление деятельности», — комментирует заместитель руководителя НБИКС-центра Раиф Василов.
Одно из перспективных направлений — получение биотоплива из водорослей. Особый интерес представляют фототрофные микроорганизмы, использующие для получения энергии солнечный свет. Их биомасса содержит много жирных кислот, которые можно использовать как сырье для биодизеля.
Чтобы изготовить литр топлива, нужно 3 кг водорослей. А выращивать их можно в фотобиореакторах, размещая, например, на крышах или фасадах зданий. Кстати, водоросли поглощают углекислый газ и выделяют кислород, а значит, будут одновременно полезны и для очистки воздуха.
На добрую память
Ученые создают новые элементы памяти для компьютеров — мемристоры, которые с вычислительной точки зрения работают по тем же принципам, что и синапсы (связи между нейронами в нервной системе).
Каждое такое устройство может запоминать несколько битов информации. А обычных транзисторов для создания элемента памяти, сохраняющего всего лишь 1 бит, нужно минимум шесть. Есть у мемристоров и другие преимущества, благодаря которым их применение позволяет сделать вычислительные машины более компактными и значительно снизить их энергопотребление.
Специалисты Курчатовского института предложили элемент памяти, где кроме металлических электродов применяется полимер поли-пара-ксилилен. Он полностью биосовместим, поэтому может использоваться для производства имплантируемых устройств.
Кроме того, ученые нашли способ повышать эффективность обучения мемристорных нейросетей на основе поли-пара-ксилилена за счет локального разогрева этого материала под действием импульсов напряжения. Когда увеличивается температура, растет подвижность атомов металла, и процессы в мемристоре ускоряются (аналогичные изменения происходят и при работе мозга). Доработка позволит исследовать возможность обучения мемристорных нейросетей с применением биоподобных правил настройки синапсов головного мозга. Это очень важно, например, для работы чипов, которые используют в робототехнике или планируют в медицинских целях вживлять в мозг.
Разум и чувства
Сотрудникам Курчатовского института удалось создать прибор, сочетающий возможности магнитно-резонансного томографа и полиграфа. С его помощью ученые могут измерять активность мозга и параллельно с этим следить, как у испытуемого изменяются различные физиологические показатели.
Как пояснил сотрудник Ресурсного центра ядерно-физических методов исследований НИЦ «Курчатовский институт» Сергей Карташов, такое сочетание позволяет получать более полную объективную информацию о состоянии мозга человека. Знание того, как именно он реагирует на те или иные раздражители, важно для изучения когнитивных и нейрофизиологических процессов.
Также новое устройство будет полезно для изучения нейрофизиологических процессов при психиатрических или нейродегенеративных заболеваниях, например при болезни Альцгеймера.
В то же время ученые Курчатовского НБИКС-комплекса НИЦ «Курчатовский институт» разрабатывают лекарство от болезни Альцгеймера, которое сможет предотвращать развитие деменции. Основа препарата — эфиры достаточно распространенного в природе соединения астаксантина. Эксперименты показали, что астаксантин эффективно противодействует разрушению нервных клеток. По мнению экспертов, препараты на его основе смогут уберечь пациентов от развития различных нейродегенеративных заболеваний.