На заседании Президиума СО РАН был представлен комплексный план «Перспективные материалы с многоуровневой иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций», который позволит объединить достижения ряда институтов для работы над актуальной задачей. Уже сейчас ученые предполагают несколько сфер применения этих материалов, начиная от ядерной энергетики и заканчивая лечением рака.
Первая часть доклада касалась научной составляющей комплексного плана. Использование многоуровневого подхода к разработке новых материалов открывает новые возможности, когда благодаря, казалось бы, незначительным изменениям внутренней структуры на нано и даже суб-нано размерах можно существенно изменять свойства материалов, а значит изделий и конструкций из них. Это — нелинейная, междисциплинарная наука.
— Сегодня подобные структуры — один из мировых трендов. В США создано несколько центров по данной тематике с государственным финансированием. В России это направление успешно развивается в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск), который является одним из его основоположников. В основе лежит концепция, предложенная академиком Виктором Евгеньевичем Паниным, — отметил директор института член-корреспондент РАН Сергей Григорьевич Псахье.
Сфера применения материалов с иерархической структурой широка. Например, ИФПМ СО РАН совместно с Чепецким механическим заводом усовершенствовал используемый в ядерной энергетике РФ циркониевый сплав, что позволило повысить ресурс работы тепловыделяющих сборок с 3 до 4-5 лет и на 10% увеличить выработку ядерного топлива. Причем, подобная модернизация, позволившая за счет изменения соотношения примесей сформировать специфическую внутреннюю структуру, осталась в рамках технических условий для сплавов в этой сфере, поэтому не потребовала долговременных испытаний.
Ещё одно применение — защита иллюминаторов космических кораблей. В ОАО «РКК «Энергия» принято решение о реализации разработки на новых модулях Международной космической станции и на космическом корабле перспективной пилотируемой транспортной системы.
Многоуровневые иерархические структуры можно использовать и в медицине. В частности для костных имплантатов, где важно создать такой материал, который обладал бы теми же механическими характеристиками, что и естественная костная ткань, но не травмировал бы ее в зоне контакта. Консорциум из четырех организаций (Новосибирский НИИ травматологии и ортопедии, ИФПМ СО РАН, Томский НИИ онкологии и Томский государственный университет) подготовил проект по созданию сетевого центра реконструкции дефектов черепно-лицевой области. Будет использован разработанный в ИФПМ СО РАН метод 3D-печати на основе виртуальной модели черепа пациента, что позволяет создать персонифицированные керамические имплантаты.
Развиваемый в рамках комплексного плана подход применим и для быстро развивающейся в последние годы науки — «soft matter science». Это трансдисциплинарная научная дисциплина, включающая химию, биологию и физику конденсированного состояния. Присущая «мягкой материи» сложная, иерархическая структура в значительной степени определяет ее свойства, в том числе при взаимодействии живых и не живых систем.
— Мы обнаружили возможность влияния с помощью мезопористых иерархических структур (вещества под названием «алохин») на жизнедеятельность клеток и изучаем перспективу его использования для подавления роста раковых опухолей. Это — специальным образом организованные структуры с развитой поверхностью и поляризованными заряженными центрами, последние меняют ионный баланс в приклеточной среде. К этому фактору раковые образования очень чувствительны. Важно, что в данном случае предлагается не химическое, а физическое воздействие, — говорит С.Г. Псахье.
Первые исследования показали, что при введении его мышам происходит подавление роста опухоли рака молочной железы, при этом размер опухоли в два раза меньше нежели в контрольных группах. Хорошие результаты оно продемонстрировало также при воздействии на меланому, причем алохин можно вводить в комбинации с традиционной химиотерапией, что позволит уменьшить дозу химиопрепаратов и сократить время введения в лечебную практику.
Приведенные примеры показывают актуальность и значимость выбранной тематики. Важной частью выступления С. Псахье явилась организационная составляющая реализации комплексного плана. По существу на его примере будет опробована методика сетевой организации исследований при выполнении госзаданий институтов. При этом решаются две задачи.
Первая это развитие существующих и формирование новых компетенций мирового уровня в области наук о материалах на основе координации междисциплинарных исследований в области научных основ разработки и создания материалов с многоуровневой иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций. Вторая задача связана с вовлечением результатов исследований в реальный сектор экономики. Ее решение основано на взаимодействии с предприятиями ключевых отраслей РФ и профильными технологическими платформами, что позволит формулировать технические задания для выполнения опытно-конструкторских и опытно-технологических работ на основе привлечения внебюджетных источников финансирования, в том числе в целях опережающего импортозамещения.
— В основу концепции лег опыт интеграционных и междисциплинарных проектов Сибирского отделения, — поясняет Сергей Григорьевич, — когда над одной темой работают разные коллективы. В данном случае начинают согласованно выполняться госзадания в разных институтах, лежащие в русле важного направления — материалов с иерархической структурой. Этот механизм не требует дополнительного финансирования в части госзаданий, но дает возможность координации, что крайне важно. В результате повышение эффективности может достигаться путем интеграции ключевых компетенций, а также, возможно, формирования временных альянсов с организациями-партнерами. Это предполагает не юридическое объединение, а работу коллективом с необходимым набором компетенций.
Основные участники комплексного плана: Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН (Новосибирск), Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева (Новосибирск), Институт химии нефти СО РАН (Томск), Институт машиноведения УрО РАН (Екатеринбург), Институт проблем сверхпластичности металлов РАН (Уфа) и, конечно, координатор — Институт физики прочности и материаловедения СО РАН. Однако после общего собрания участников комплексного плана были поданы заявки ещё от нескольких организаций.
Работа предполагает также привлечение внебюджетных средств. Индустриальными партнерами программы выступит ряд крупных предприятий, в том числе ГК «Росатом», НЭВЗ-Союз, Российские космические системы и другие. Планируется также участие ведущих российских и зарубежных вузов, в частности из Томска, Якутии, Москвы и Германии.
Реализация комплексного плана позволит эффективно интегрировать компетенции организаций-участников в области физики и механики деформации и разрушения, химии, нанотехнологий, арктического материаловедения, композиционных и биоматериалов, суперкомпьютерных вычислений и современных методов проектирования с целью разработки новых поколений материалов и конструкций для экстремальных условий Арктики; авиа- и ракетостроения; ядерной энергетики; машиностроения; добычи и переработки углеводородного сырья; технологий «зеленой химии»; медицины.
Комментируя представленный комплексный план, председатель СО РАН академик Александр Леонидович Асеев высоко оценил значение этого проекта как с точки зрения результатов, так и важности относительно процессов реструктуризации, происходящих в Академии наук в настоящее время:
— Современные условия потребовали поиска компромисса, который бы всех удовлетворял: и ФАНО, и РАН. И этот путь был найден: представленная нам форма организации работ, позволяют реструктуризации избежать — все сохраняют свои юридические лица, научные направления, кадровый состав. В то же время у такого объединения есть управляющая система, формализованность процедур, что позволит организовать подобным образом работу и других направлений. За такого рода решениями большое будущее. Важнейшим здесь является выход на реальный сектор — представителей крупных корпораций. Кроме того, это — важнейшее организационное достижение заключается в том, что появилась площадка, где мы можем эффективно и плодотворно работать с Федеральным агентством научных организаций.
Заместитель председателя СО РАН академик Василий Михайлович Фомин согласился с Александром Леонидовичем в том, что касается важности комплексных планов в процессе реструктуризации и выразил надежду, что этому примеру последуют и другие институты, которые смогут создать собственные комплексные планы.
— Традиционно Сибирское отделение выступает лидером, сегодня мы снова обогнали центр, проложили новый путь организации междисциплинарных исследований высокого уровня, что может послужить примером для решения многих задач современной науки в настоящее время, — отметил академик А.Л. Асеев.
«Наука в Сибири»
Фото Юлии Поздняковой
