Российские исследования, которые меняют мир

В преддверии Дня России рассказываем о российских ученых, чьи исследования известны по всему миру, а разработки успешно интегрированы в реальный сектор экономики.

Уникальное оборудование для добычи битумной нефти

Скважинные виброисточники дебалансного типа, разработанные в Институте горного дела СО РАН руководителем научно-инженерного центра горных машин и геотехнологий Андреем Савченко с коллегами Артёмом Флянтиковым, Дмитрием Евстигнеевым, Михаилом Цуповым, применяются для увеличения добычи вязкой, битумной нефти, и поставляются в крупнейший нефтяной регион Китая –  Синьцзян-Уйгурский автономный район.

Генераторы сейсмических колебаний размещаются на уровне нефтяного пласта, способствуют ускорению фильтрационных процессов в пласте и вытеснению нефти водой. Разработанные виброисточники могут использоваться для объемного воздействия на продуктивные пласты с целью интенсификации добычи нефти и увеличения приемистости нагнетательных скважин. Виброисточник может эксплуатироваться совместно с винтовыми и электроцентробежными насосами и применяться для очистки призабойной зоны пласта, при этом скважина из эксплуатации не выводится. Уникальность оборудования заключается в способности функционировать в скважинах глубиной свыше 3000 м при давлении жидкости до 30 МПа, и температуре в скважине до 250ºС. 

Заменители кормовых антибиотиков для животных

Результаты комплексного изучения надмолекулярной структуры клеточных стенок дрожжей, проводимое старшим научным сотрудником Института химии твёрдого тела и механохимии СО РАН Алексеем Бычковым с коллегами, позволили коренным образом модифицировать технологию получения экологически чистых и безопасных заменителей кормовых антибиотиков для животных. Сейчас только два производителя в мире (США, Великобритания) получают дрожжевые маннанолигосахариды – действующее вещество заменителей антибиотиков – используя в технологическом процессе пожароопасные растворители и энергозатратные жидкофазные стадии. Разработка Алексея Бычкова позволила запустить на ООО «Сиббиофарм» (г. Бердск) отечественную технологию, лишенную перечисленных недостатков. Обработка производится без растворителей, в твёрдой фазе. Продукт получается дешевле и с большим содержанием активных соединений. Уже три года птицеводческие комплексы Сибири закупают отечественные МОСы, повышая качество и безопасность производимой продукции.

Метод оценки характеристик океана

Исследования старшего научного сотрудника Лаборатории инновационных методов и средств океанологических исследований Морского гидрофизического института РАН Игоря Козлова посвящены созданию методов анализа измерений спутниковых радиолокаторов с синтезированной апертурой и внесли значительный вклад в развитие представлений о динамических процессах в верхнем слое Северного Ледовитого океана и внутренних морей России. Им были разработаны методы оценки характеристик океанских внутренних волн, вихрей, фронтальных зон и параметров ледяного покрова по данным спутниковых РСА измерений. На их основе впервые в мировой практике были определены «горячие точки» генерации и характеристики внутренних волн и вихрей в Арктике. 

Реконструкция с помощью биокерамических имплантатов

Старший научный сотрудник, врач высшей категории отделения опухолей головы и шеи НИИ онкологии Томского НИМЦ Денис Кульбакин – автор 6 патентов РФ по способам органосохраняющего лечения рака гортани и челюстно-лицевой области. При участии учёного разработана и внедрена в клиническую практику методика реконструкции челюстно-лицевой области у онкологических больных при помощи индивидуальных имплантатов из биокерамики (имплантаты созданы совместно с учеными Томского государственного университета). Именно в НИИ онкологии Томского НИМЦ в 2017 году была выполнена первая в России операция по реконструкции челюсти с применением биокерамического имплантата. В настоящее время выполнено 14 таких операций. Каждая из них уникальна, поскольку для каждого пациента изготавливается индивидуальный имплантат на основе 3D-моделирования и 3D-печати. С каждым годом данная методика совершенствуется с целью оказания помощи  пациентам с обширными пострезекционными дефектами челюстно-лицевой области. Подобные имплантаты обеспечивают более быструю и полноценную интеграцию с окружающими тканями. Ведутся работы по созданию новых композитных имплантатов, которые при имплантации способны оказывать противовоспалительный эффект и стимулировать  регенерацию тканей, при насыщении соответствующими препаратами.

Как определить параметры локальной атомной структуры

Старший научный сотрудник Удмуртского ФИЦ УрО РАН Ольга Бакиева разработала метод исследования, не имеющий аналогов в мире, позволяющий определять параметры локальной атомной структуры в сверхтонких поверхностных слоях систем на основе 3d-металлов с помощью EELFS.

Используя разработанный теоретический формализм, впервые получены экспериментальные данные – парциальные межатомные расстояния, координационные числа и параметры тепловой дисперсии атомов легких элементов (углерод, кислород, азот) в нестехиометрических соединениях, что является одной из фундаментальных характеристик вещества. Значимость полученных результатов обусловлена необходимостью развития научных основ определения химического и структурно-фазового состояния материалов в особых, неравновесных условиях, в том числе после направленной модификации энергетическими потоками. Уникальность использования метода анализа тонкой структуры спектров энергетических потерь электронов (EELFS – Extended Energy Loss Fine Structure) спектроскопии заключается в возможности получать количественные данные не только о координациях атомов металла, но и о локальном окружении атомов легких элементов. Это позволяет получать критически важную информацию об атомном строении различных мезо- и метаструктур, которая недоступна при использовании рентгеновской спектроскопии.

Искусственные гнёзда-инкубаторы икры лососёвых рыб

В лаборатории экологии рыб и водных беспозвоночных Института биологии ФИЦ «Карельский научный центр РАН» совместно с сотрудниками Института проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова РАН ведётся разработка технических решений для воспроизводства ценных лососёвых рыб в естественных условиях рек, альтернативный метод заводского воспроизводства ихтиофауны. Разработано более  10-ти типов искусственных гнёзд-инкубаторов икры различной конструкции и вместимости, адаптированных для воспроизводства как благородных лососей рода Salmo (атлантический лосось, кумжа), так и для всей группы тихоокеанских лососей рода Oncorhynchus. Устройства апробированы и применяются на реках Республики Карелия, Мурманской и Сахалинской областей, Камчатского края, есть опыт применения устройств в Республике Беларусь. В настоящее время на стадии внедрения находится новая разработка «инкубационный комплекс внезаводского воспроизводства», позволяющий интенсивно воспроизводить лососёвых видов рыб на небольших нерестовых реках, где строительство рыбоводного завода нецелесообразно.

Фотополимерные композиции для 3D-печати

Российские учёные из Института металлургии и материаловедения имени А.А. Байкова РАН разработали способ получения фотополимерных композиций для 3D-печати методом цифровой стереолитографии из высокоактивной к спеканию низкотемпературной керамики на основе частично стабилизированного ZrO2 и трикальцийфосфата, способной сохранять структуру в процессе удаления органического связующего (дебайдинга) за счет введения специальных добавок. Прикладная значимость проведённых работ заключается в возможности получения новых прочных и трещиностойких материалов сложной формы с заданной внутренней архитектурой с высокой точностью до 10 – 35 мкм. Альтернативных технологий получения сложных форм с сопоставимой точностью и детализацией отдельных элементов конструкции на данный момент не существует. Разработанные составы и подходы могут быть использованы для создания новых керамических материалов для реконструктивно-восстановительной хирургии.

Спин-детектор для СКИФа

Исследовательская группа заведующего лабораторией физики и технологии гетероструктур ИФП СО РАН Олега Терещенко работает над созданием первого в мире полупроводникового спин-детектора с пространственным разрешением. Устройство будет использоваться на станции “1-6” «Фотоэлектронная спектроскопия с угловым и спиновым разрешением» первой очереди синхротрона СКИФ, созданием которой руководит Олег Терещенко вместе с коллегами из других институтов новосибирского Академгородка. В ходе работы над спин-детектором группе Олега Терещенко совместно с предприятием «Экран ФЭП» удалось создать и прикладное устройство: новый тип вакуумного фотодиода для солнечных батарей, перспективных для использования в космосе.