Уровень награжденных работ еще раз подтверждает, что самую передовую науку можно делать в России, что никакие самые жесткие санкции не могут остановить ее развитие. Они не просто мирового уровня. В каждой ученым открыто новое знание, которое до него не знал никто.
Антибиотики в отставку
Кандидат биологических наук из Сколковского института науки и технологий Артем Исаев сегодня один из признанных в мире лидеров в "больной" медицинской теме - резистентность, а проще устойчивость бактерий к антибиотикам. Несмотря на особое отношение к российским ученым, его статьи публикуются в ведущих научных журналах, в том числе и в самом престижном Nature.
Всемирная организация здравоохранения уже несколько лет бьет тревогу: земляне могут оказаться беззащитными перед нашествием бактерий, которые с каждым годом все успешней приспосабливаются к антибиотикам. Особенно тревожно, что фармацевтика по разным причинам практически исчерпала возможности создавать новые препараты. Словом, надо искать другие способы, чтобы остановить этих недругов.
И ученые вспомнили про бактериофаги, которые известны более 100 лет. Это группа вирусов, которые не только хорошо распознают бактерии, но их и убивают. Неслучайно в буквальном переводе бактериофаги означает "пожиратели бактерий".
Но очевидный вопрос: если они так враждуют, то как же живут бок о бок миллионы лет? Почему бактерии до сих пор не съедены этими вирусами? Более того, чувствуют себя совсем неплохо? Оказалось, что в длящейся миллионы лет битве щита и меча бактерии "изобрели" много вариантов защиты, как говорится, на все случаи жизни. Почему бы современной медицине не взять их на вооружение, чтобы бороться с бактериями. Создать эффективную альтернативу антибиотикам.
- Артем Исаев изучает разные механизмы взаимодействия бактерий и бактериофагов, в частности системы защиты, с помощью которых бактерии отбиваются от атак вируса, - говорит Константин Северинов, один ведущих российских генетиков, научный руководитель Национальной генетической инициативы "100 000 + Я". - Одна из таких защит PARIS действует по принципу: погибай, но товарища выручай.
Механизм в общих чертах такой. Если вирусу удается добраться до какой-то клетки бактерии и она начинает "болеть", становясь источником новых вирусов, а в перспективе и эпидемии, то эта заразная клетка дает себе команду на самоубийство. Жертвуя собой, сохраняет жизнь оставшимся собратьям.
- Эту систему жертвенности бактерии, с момента распознавания ею вируса, и далее все ее действия до команды на умирание подробно описал Артем Исаев, - говорит Константин Северинов.
Полученные лауреатом результаты закладывают научную основу для разработки препаратов следующего поколения, которые могут стать альтернативой антибиотикам.
Литиевая "лихорадка"
Знаменательно, что одна из награжденных работ связана с литием. Он один из лидеров среди всех редкоземельных металлов, которые, говоря образно, стали героями нашего времени. Оказалось, что литий нужен всем. А прежде всего, электромобилям и автономным накопителям энергии, их "сердце" - литиевые аккумуляторы. По оценкам, к 2030 году миру потребуется как минимум в пять раз больше этого металла. Словом, впереди литиевая "лихорадка".
Спрос огромен, а предложение? Его запасы на планете очень ограниченны и сосредоточены в уникальных месторождениях всего нескольких стран. Причем он содержится в очень малых концентрациях. Чтобы его извлечь, приходится применять сложные, а главное, грязные технологии, нанося серьезный вред окружающей среде.
В России разработки лития сегодня не ведутся, хотя в СССР его в небольших количествах добывали. Так что сейчас нам предстоит возрождать эту отрасль. Но уже на новых принципах. В основу может быть положена технология, разработанная лауреатом премии, кандидатом химических наук из Кубанского госуниверситета Дмитрием Бутыльским. Она извлекает литий из различных рассолов, в частности получаемых из отработанных литиевых аккумуляторов, а также при добыче нефти. В чем ее суть?
- Вытащить литий из такого раствора очень непросто, потому у него много "попутчиков", в частности молекул и ионов натрия, кальция, магния, калия и так далее. Причем все - в малых концентрациях, поэтому для отсева каждого нужна почти ювелирная точность, - объясняет Дмитрий Бутыльский. Технология состоит из двух стадий. Вначале отбор идет по величине заряда ионов, находящихся в растворе металлов. Они могут быть однозарядные и двухзарядные. Сортировку ведет мембрана, которая убирает все двухзарядные, оставляя только однозарядные ионы лития, калия и натрия.
У следующей разработанной лауреатом стадии сортировки ионов аналогов в мире нет. Дмитрий Бутыльский объединил в одном устройстве две технологии, которые сегодня применяются по отдельности.
- Весь фокус в двух силах, - объясняет Дмитрий. - Дело в том, что в растворе под действием электрического поля бегут ионы. Так вот литий в этом забеге всегда последний, а впереди ионы калия и натрия. Когда эти лидеры проходят через мембрану, мы с другой ее стороны создаем давление, которое тормозит движение ионов. В итоге аутсайдер литий не может пройти через перегородку, оставаясь с другой стороны, а более быстрые попутчики через нее проскакивают.
Эта уникальная технология позволяет извлечь около 90% лития. Принципиально важно подчеркнуть, что в отличие от всех применяемых сегодня методов созданный Дмитрием Бутыльским является экологически наиболее чистым, практически безопасным для окружающей среды.
Эта технология может стать основой для создания отечественных эффективных и экологических безопасных технологий извлечения лития.
Атомные батарейки
За создание бета-вольтаических источников энергии с длительным сроком службы награждены сотрудник предприятия "Фарматом" Александр Аникин и кандидат технических наук из НИИ неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара Павел Мосеев. Фактически речь идет об "атомных батарейках" с очень длительным сроком службы.
Батарейки и аккумуляторы - еще один современный тренд. Они повсюду - в мобильных телефонах и ноутбуках, планшетах и часах,фонариках и фотоаппаратах, пультах управления, игрушках, зубных щетках. Далее по списку. Хотя эта техника постоянно совершенствуется, но все равно периодически требует подзарядки или замены. Если переставить батарейку в часах -дело несложное, то для ее замены в кардиостимуляторе уже нужна хирургическая операция. А как быть в сложных условиях, когда система длительное время находится на "удаленке", например в космосе.
Идее создать атомную батарейку на радиоизотопах, которая могла бы работать длительный срок без перерыва, более 100 лет. В таких устройствах излучение бета-распада через полупроводниковую подложку преобразуется в электрический ток. Много раз предпринимались попытки сделать такую батарейку экономически выгодной, применялись самые разные изотопы, но без особого успеха.
Сегодня остались два претендента на роль излучателя бета-частиц: никель-63 и тритий. У каждого свои плюсы и минусы. Скажем, по долгожительству никель-63 явный лидер, такая батарейка может работать около 100 лет. Тритий проигрывает, его ресурс не более 15 лет. Зато он в несколько раз дешевле. Именно на тритий сделали ставку лауреаты премии Александр Аникин и Павел Мосеев.
- Понятно, что все стремятся получить не только долгоиграющую батарейку, но и с максимально высокой электрической мощностью, - говорит Аникин. - Говоря попросту, бета-источник должен испускать как можно больше электронов. Мы разработали источник энергии на основе трития, который по мощности излучения превосходит более чем в 2,5 раза все существующие аналоги.
Причем это, по словам Аникина, не предел. Характеристики атомной батарейки можно еще значительно улучшить, увеличив в 2-3 раза КПД преобразования бета-излучения в электрический ток.
Отметим, что созданные коллективом устройства являются первыми отечественными изделиями данного типа. Они могут применяться в различных сферах для обеспечения работы автономных датчиков, блоков памяти и других систем, требующих бесперебойного электроснабжения. Речь идет, в частности, о самолето- и ракетостроении, а также системах, работающих в сложных климатических условиях Крайнего Севера и т.д.
Математика на бильярде
Премией удостоена работа математиков из МГУ Виктории Ведюшкиной, Владислава Кибкало и Глеба Белозерова. Она демонстрирует, как "чистая" математика дает совершенно неожиданный практический результат. Самый яркий пример - знаменитый эффект Джанибекова. Напомним, что в 1985 году на станции "Салют-7" он открутил гайку, которая слетела и стала вращаться. Джанибеков заметил, что в невесомости она регулярно разворачивается на 180 . Причем эти развороты повторяются через равные промежутки времени. Этот же феномен проявляется, например, в космосе, когда тяжелые волчки-гироскопы скачкообразно меняют свои режимы вращения. Кстати, недавно, объясняя ситуацию с инфляцией в нашей экономике, один известный экономист сослался на эффект Джанибекова.
- Для математиков этот эффект является по сути вариантом знаменитой задачи Эйлера, которая описывается сложными уравнениями. Нам удалось поведение и гайки, и гироскопов промоделировать без уравнений, а с помощью бильярдов, - объясняет Виктория Ведюшкина.
Отметим, что бильярды в математике - это игра ума. Еще в XIX веке известный ученый Гюстав Кориолис первым попробовал описать эту игру с помощью математики. С тех пор учеными был создан метод математического бильярда, который применяется в самых разных областях науки, позволяет решать нестандартные задачи.
Лауреатам премии удалось совершить прорыв, открыв новый класс математических бильярдов, так называемые бильярды-книжки. "Мы несколько бильярдных столов "склеиваем" по ребрам, а шар в расчетах "перескакивает" с одного стола на другой, - говорит Виктория Ведюшкина. - Оказывается, такой подход хорошо моделирует многие важные и актуальные системы из физики, механики и геометрии. Например, если вы пустите в такой системе материальную точку, то увидите эффект аналогичный тому, что наблюдал Джанибеков.
Полученные учеными результаты уже применяются в решении фундаментальных и прикладных задач механики и физики, а также используются для обучения нейросетей.