Фундамент плюс инновации

По материалам доклада Председателя УрО РАН академика В.А.Черешнева 
 на Общем собрании Отделения 16 апреля 2004 г.

..По традиции в начале своего выступления Председатель назвал крупных уральских ученых, ушедших из жизни, и попросил собравшихся почтить их память вставанием. Затем были названы имена и продемонстрированы портреты вновь избранных академиков и членов-корреспондентов, а также обладателей различных премий и других наград. В течение года «Наука Урала» регулярно знакомила с ними читателей. Довольно подробно писали мы и о других значимых темах и событиях, прозвучавших в докладе. Поэтому главное внимание — разделам, посвященным  научным, инновационным достижениям и планам на будущее.

Важнейшие научные достижения

В области математики, механики и информатики

В Институте математики и механики получено доказательство задачи в области теории графов, более 30 лет остававшейся нерешенной.

В Институте прикладной механики определены связи между параметрами напряжения и деформации для твердых и жидких неньютоновских сред, что крайне важно для создания новых типов ракетных топлив.

В Институте машиноведения построена математическая модель принципиально нового процесса, используемого при обработке металлов давлением, что открывает возможность создания малогабаритных установок со сверхвысокими энергетическими параметрами и получения материалов с новыми физическими свойствами.

В Институте механики сплошных сред изучены неравновесные процессы набухания полимерных сеток в низкомолекулярных растворителях при различных видах внешнего механического нагружения, а также эволюция напряженно-деформированного состояния. Показано, что релаксация упругих напряжений определяется диффузионным процессом поглощения растворителя материалом.

В области физико-технических наук

В Институте электрофизики обнаружен, исследован и практически реализован сверхбыстрый механизм коммутации тока в полупроводниках на основе туннельно-ударного ионизационного фронта (работа удостоена Государственной премии РФ).

В Институте физики металлов разработаны способы термомагнитной обработки сплавов на основе кремнистого железа, обеспечивающие значительное улучшение полезных свойств материалов. Совместно с Институтом геофизики проведена модернизация геофизической аппаратуры с использованием материалов с улучшенными магнитными свойствами. Повышена точность и надежность работы магнитометров при разведке месторождений полезных ископаемых, геологическом мониторинге, исследовании сверхглубоких скважин.               

В Институте промышленной экологии впервые статистически значимо подтверждено канцерогенное действие радона при его объемной активности, превышающей 50 Бк/м³, сопоставимой с типичными уровнями содержания радона в жилищах.

В области химических наук

В Институте химии твердого тела разработан универсальный метод исследования хрупко-пластических свойств материалов на основе квантово-химических расчетов, с помощью которого детально изучены механические свойства сплавов NiAl и FeAl и показана возможность прогнозирования путей получения материалов с заданными свойствами.             

В Институте металлургии впервые показано, что в высокотемпературных сверхпроводящих сложных оксидах меди процесс формирования доменного состояния является фоточувствительным, причем доменное состояние подавляется сверхпроводимостью при охлаждении ниже сверхпроводящего перехода. Обнаруженные свойства позволяют создать на основе этих материалов устройства для записи и считывания информации.

В Институте органического синтеза разработан новый метод структурной модификации порфиринов — веществ, составляющих основу жизненно важных природных соединений — гемоглобина, хлорофилла и других. Новые вещества интересны для фотодинамической терапии раковых опухолей, а также как катализаторы или молекулярные сенсоры.               

В Институте высокотемпературной электрохимии разработано, изготовлено и испытано устройство для измерения редокс-потенциалов фторидных солевых расплавов системы LiF-NaF-BeF₂. Устройство необходимо для испытаний конструкционных материалов жидкосолевого реактора, предназначенного для сжигания плутония и трансмутации долгоживущих радионуклидов.

В Институте химии Коми НЦ синтезированы индивидуальные стереомерно чистые вещества монотерпенового ряда из природного ΰ-пинена. На их основе получены оригинальные лиганды для хиральных катализаторов, используемых в тонком органическом синтезе.

В Институте технической химии исследована трансформирующая активность большого набора штаммов актинобактерий рода Rhodococcus sensu stricto в отношении модельного фенилметилсульфида. Подобраны условия для стереоселективной биотрансформации фенилметилсульфида в соответствующий (S)-сульфоксид с использованием жидкой минеральной среды и глицерина, дополнительного источника углерода.

В области биологических наук

В Институте биологии Коми НЦ обобщены исследования в области фауны и экологии птиц отряда гусеобразных в восточных тундрах и показано влияние колебаний климата на динамику их численности. Определены основные места их концентрации, которые рекомендованы в качестве особо охраняемых территорий.

В Институте экологии растений и животных показана важнейшая роль лишайников в функционировании экосистем высоких широт как самого чувствительного компонента растительного покрова ко всем видам антропогенного воздействия. Предложена оригинальная концепция мониторинга.

В Ботаническом саду создана крупнейшая для таежной зоны Евразии коллекция карликовых и стелющихся кустарников — 50 видов аркто-альпийских ив, включая редкие и эндемичные растения.

В Институте иммунологии и физиологии установлено участие базовых провоспалительных механизмов в развитии различных вариантов синдрома системной воспалительной реакции в медицине критических состояний.

В Институте клеточного и внутриклеточного симбиоза выявлены новые механизмы формирования патобиоценозов человека и колонизационной резистентности его микрофлоры. Полученные данные важны для создания новых бактерийных препаратов, пищевых добавок на основе живых микробных культур (пробиотиков).

В Институте физиологии Коми НЦ разработана и внедрена в практику физиологического эксперимента «Автоматизированная система для регистрации и анализа кардиоэлектрического поля», позволяющая синхронно регистрировать кардиоэлектрические потенциалы на поверхности тела, сердца и в миокардиальной стенке. Основное назначение системы — исследование функционального состояния сердца животных и человека.               

В Институте физиологии природных адаптаций в условиях эксперимента показано, что у человека на Севере происходит истощение липидных резервов, являющихся наиболее эффективными энергетическими субстратами в крови у северян. Восполнение энергетических ресурсов организма происходит путем переключения с липидного типа обмена на углеводный (альтернативный путь).

В области наук о Земле

В Институте геологии и геохимии обобщены материалы многолетнего изучения подземных вод Западно-Сибирского артезианского мегабассейна в пределах Ямало-Ненецкого автономного округа. Показаны закономерности площадного и глубинного изменения химического состава вод. На основе аналитических моделей решена проблема захоронения жидких отходов нефтепредприятий региона.

В Институте геологии Коми НЦ реконструированы природно-климатические условия формирования отложений в плейстоцене и голоцене на Северо-Востоке Европы на основе анализа палинологических комплексов. Сделан вывод об устойчивой тенденции к похолоданию климата на этой территории и ее сохранении в обозримом будущем.               

В Институте минералогии разработана теория аффинной гомологии кристаллов, описывающая закономерные преобразования кристаллических структур. Открыта глобальная закономерность квантованности симметрийных распределений кристаллов по сингониям (группам симметрии), свойственная природным кристаллам объектов Земли, Луны, метеоритов и биоминералов.

В Горном институте установлено наличие примесей Au, Pt и Pd в соляных породах Верхнекамского месторождения с огромными запасами, сопоставимыми с уникальными месторождениями благородных металлов. Экспериментально обоснован способ эффективного извлечения Au, Pt, Pd из глинисто-солевых отходов калийных предприятий.       

В Институте экологических проблем Севера показано, что использование в качестве источника зондирующего сигнала колебаний, возбуждаемых действием ветра на систему портальных кранов на берегу р. Северная Двина, позволяет выявлять разломные зоны и осуществлять мониторинг процессов, протекающих в верхней части земной коры.                

В Ильменском заповеднике установлено проявление нескольких разновозрастных этапов метаморфизма сверхвысоких и высоких давлений с образованием эклогитовых ассоциаций в сдвиговых зонах одного из древних метаморфических комплексов Южного Урала. Определены термодинамические условия их образования и исследованы составы слагающих их минеральных парагенезисов.

В Институте степи на основе ландшафтных исследований эталонных степных участков на обширной территории РФ получены новые данные о современном геоэкологическом состоянии Урало-Сибирской степной зоны, которые позволяют решать проблемы оптимального природопользования.

В области экономических наук

В Институте экономики разработан теоретический подход к оценке теневого сектора экономики и определен ущерб, нанесенный им различным сферам жизнедеятельности региона. Совместно с МВД РФ подготовлена монография «Теневая экономика региона: проблемы диагностики и нейтрализации» — первое подобное издание в России.               

В области гуманитарных наук

В Институте истории и археологии выявлены главные тенденции развития горнозаводской промышленности и изучены различные аспекты реализации советского атомного проекта, нашедшие отражение в изданных монографиях «Рекруты великой идеи», «Цветная металлургия Урала», «Общественно-политическая жизнь в закрытых городах Урала». Ряд крупных монографий подводит итоги изучения общественного самоуправления — «Сельское и городское самоуправление на Урале в XVIII–начале XX века»; «Главы городского самоуправления Екатеринбурга: исторические очерки», «Екатеринбург: листая страницы столетий».

В Институте философии и права исследуются ключевые проблемы политической жизни в современном российском обществе: сформулирована теоретическая модель политической оппозиции и детально рассмотрен ее российский вариант; исследованы варианты решения национального вопроса в России как полиэтническом государстве; выделены и описаны конституционно-правовые модели современных институтов гражданского участия. Опубликован ряд монографий, открывающих серию научных изданий «Феноменология политического пространства».

В Институте языка, литературы и истории Коми НЦ опубликовано новое издание энциклопедии «Мифология коми» на английском языке, в котором на основе фольклорных, этнографических, лингвистических материалов представлена целостная картина традиционного мировоззрения народов коми.

По инициативе Центральной научной библиотеки совместно с Министерством культуры Свердловской области проведена первая региональная конференция «Походяшинские чтения», объединившая ученых, работников музеев и библиотек, педагогов, краеведов, школьников и положившая начало новой традиции. Ее цель — широкое освещение одной из наименее известных страниц  истории Урала, связанной с жизнью Максима Походяшина — верхотурского купца и горнозаводчика, создавшего в XVIII в. целую промышленную империю на Урале, в Сибири, на Русском Севере, что способствовало развитию многих городов и поселков Северного Урала.

В Удмуртском институте истории, языка и литературы исследованиями в рамках проекта «Кряшены Удмуртии» внесен весомый вклад в научное обеспечение вопросов государственной национальной политики и управления в этнической сфере, а также в оптимизацию межсубъектных отношений Удмуртии и Татарстана с учетом этнических и конфессиональных особенностей состава населения.

Инновационная деятельность

Выполняя широкий спектр фундаментальных исследований, большинство  институтов Отделения уделяли значительное внимание инновационной деятельности, основные направления которой связаны с развитием новых информационных технологий, материаловедением, созданием физических устройств и установок, научных приборов, измерительных систем и средств контроля, новых химических технологий, в том числе синтеза лекарственных препаратов, биотехнологий, приборов для медицины и других наукоемких изделий и продуктов. Результаты инновационной деятельности обсуждались на ставшей уже традиционной инновационной конференции Уральского федерального округа, VII Уральском экономическом форуме, научной сессии Общего собрания УрО РАН, Урало-сибирской научно-практической конференции и других конференциях и выставках.       

Широко известны достижения уральской математической школы в создании и развитии теории процессов управления, в оптимальном выборе алгоритмов при решении задач, имеющих важные практические приложения в различных областях техники, механики, медицины и др. В последние годы в Институте математики и механики активно ведутся исследования в области интернет-видеотехнологий, причем многие теоретические исследования доведены до уровня конкретных коммерческих продуктов, как программных систем, так и программно-аппаратных комплексов. Разработанные средства обеспечивают высококачественную передачу через Интернет с «живой» видеокамеры с высокой точностью синхронизации изображения и звука, что позволяет проводить многосторонние видеоконференции и создавать видеобиблиотеки с доступом через Интеренет. За последние два года проведено более 100 прямых видеотрансляций, включая Общие собрания УрО РАН, пресс-конференции с вновь избранными президентами Грузии и Азербайджана из пресс-центра ИТАР-ТАСС в Москве, основные события выставки «Оборона и защита» с полигона «Старатель» под Нижним Тагилом и др. Разработанные технологии использовались на защитах докторских диссертаций. Одна из самых последних разработок коллектива — «Ай-пи-видеотелефон», обеспечивающий оперативную видеосвязь через Интернет, который благодаря своим преимуществам может стать довольно массовым устройством. Эти работы чрезвычайно важны, так как информационные технологии — одно из ключевых направлений развития наукоемкого бизнеса, который стремительно развивается и проникает во все сферы нашей жизни. По прогнозам экспертов, к 2015 г. мировой внешнеторговый оборот информационных технологий и услуг составит несколько триллионов долларов. Место России в мировой экономике будет зависеть в том числе от того, как у нас будут развиваться информационные технологии и какое место нам удастся занять в создании информационного общества.

В Институте механики сплошных сред выполнены фундаментальные и прикладные исследования экстремальных режимов магнито-гидродинамических течений и на их основе созданы принципиально новые технологические устройства для работы с жидким металлом: электровихревые МГД-насосы погружного типа, МГД-перемешиватели для жидкого металла, МГД-сепараторы. Применение МГД-перемешивателей на ряде заводов для получения слитков диаметром 120–200 мм из алюминиевых сплавов показало не только их технологические их преимущества, но и улучшение структуры и качества поверхности слитков.

Цикл фундаментальных работ по изучению физики магнитных явлений, выполненных в Институте физики металлов, послужил базой для создания целого ряда установок и приборов. В частности, совместно с ООО «Микроакустика» созданы микропроцессорные магнитные структуроскопы для неразрушающего магнитного контроля твердости стальных деталей после термической обработки. В 2003 году 3 комплекта структуроскопов СМ-401, включая их программное обеспечение, изготовлены и поставлены в Нижний Тагил по договору с ГУП «ПО Уралвагонзавод».

В Институте теплофизики в течение ряда лет успешно ведутся работы по созданию теплопередающих устройств нового типа, обладающих высокой теплопроводностью. Они с успехом могут использоваться в компьютерной технике в качестве систем охлаждения и терморегулирования различных приборов. Интерес к этим устройствам проявляют не только производители микропроцессоров (фирмы «Самсунг» и IBМ), но и EADS (Европейский аэрокосмический и оборонный концерн) и другие военно-промышленные компании (MDBA) — производители систем управления. 

Серьезным практическим достижением Института теплофизики является введение в строй в 2003 г. на Среднеуральской ГРЭС газотурбинной расширительной станции, где избыточное давление природного газа используется для получения дополнительной энергии. Потребность в таких установках в России — более 100, годовая экономия природного газа — 2,7 млн. тонн условного топлива.

В Институте электрофизики и Инновационно-технологическом центре научного приборостроения в течение ряда лет ведутся работы в области импульсной сильноточной электроники. Разработан оригинальный анализатор конденсированных сред «Клави», действие которого основано на новом физическом явлении — импульсной катодолюминесценции. Прибор предназначен для неразрушающего анализа веществ и может найти широкое применение при исследовании физических явлений в твердых телах, выращивании кристаллов и производстве стекла, в минералогии, геологоразведке, особенно редких и драгоценных минералов, горнодобывающей промышленности и других областях.      

Созданы ускорители для получения сильноточных пучков наносекундной длительности, имеющие широкие области применения: физика плазмы, генерация мощного электромагнитного излучения, радиационные технологии. Разработан новый класс ионных источников, которые нашли применение в современных технологиях нанесения защитных покрытий на лопатки турбин авиационных двигателей (Уральский завод гражданской авиации). Созданы импульсные аппараты для рентгеновской диагностики, которые находят все более широкое применение в медицинской практике.

В Физико-техническом институте разработаны многоэлектродный автоматизированный электроразведочный комплекс «Иднакар», позволяющий осуществлять поиск и определение пространственных характеристик объемов в грунте, например, археологических объектов, трубопроводов, полостей и др., многоканальный усилитель заряда и многоканальный автономный цифровой регистратор сигналов, используемые для проведения ударных, вибрационных, других физических измерений, в частности в Государственном космическом центре им. Хруничева, РФЯЦ-ВНИИ экспериментальной физики испытаний и измерений.      

 В качестве примеров реализации научных разработок Института машиноведения можно назвать следующие: аппаратно-программный комплекс для автоматизированного магнитного контроля качества чугунного и стального литья; установки для озонирования питьевой воды («Родник-мини 100»); система оптического контроля печатных плат на основе стандартного сканера, реализованная на Каменск-Уральском предприятии «Октябрь»; опытно-промышленная установка для озонирования циркуляционной воды в плавательном бассейне Дворца молодёжи (г. Екатеринбург).

При Институте металлургии в 2003 г. при финансовой поддержке со стороны Минпромнауки России создана некоммерческая организация «Уральский региональный центр трансфера технологий», призванная решать организационные вопросы при коммерциализации научно-технических разработок институтов УрО РАН. Среди наиболее значимых и реализованных разработок Института металлургии в 2003 г. следует отметить создание инжекционной установки для вдувания порошков  в расплавы металлов. В ходе реализации этого проекта создано ОАО «Новые металлургические технологии», обеспечившее производство, продвижение на рынок и техническое сопровождение установок.

В Институте технической химии предложена рецептура демеркуризатора и показана его высокая химическая активность по отношению к ртути. Разработаны технические условия, получено положительное санитарно-эпидемиологическое заключение Главного государственного санитарного врача Пермской области. На опытной базе организовано производство демеркуризатора, который успешно применялся  специализированным аварийно-спасательным формированием «ПАНГЕО» для ликвидации разливов ртути на различных объектах в г. Перми и области (школы, общежитие, баня, медицинское училище, подъезд жилого дома, котельная и т.д). Проект «Создание производства высококачественных литьевых полиуретановых изделий» получил финансовую поддержку в рамках конкурса инновационных проектов «Старт».

Ряд интересных для практического использования разработок выполнен в Институте химии твердого тела. Разработаны технологии высокоскоростного электрохимического формообразования и восстановления металлорежущего инструмента,  электрохимической очистки поверхности ленты из нержавеющей стали, а также способ получения алюмо-скандиевой лигатуры для производства сверхпластичных коррозионно-стойких сплавов. Созданы установка термокаталитического обезвреживания газовых выбросов, твердые смазки для абразивной обработки материалов, рентгеноконтрастные вещества для медицины, а также материал для стимуляции остеогенеза и костной пластики.                

Институт высокотемпературной электрохимии имеет около 50 инновационных предложений. Некоторые из них уже реализованы, например: технология производства кальция (ОАО «Машиностроительный завод», г. Электросталь), производство иридиевых изделий методом гальванопластики (участок на заводе ОЦМ, г. Екатеринбург), производство электрохимических устройств для определения концентрации кислорода в газовых смесях и активности ионов кислорода в солевых расплавах (совместно с ОАО «Свердловэнерго» и НИИАР, г. Димитровград); производство опытной партии резервных источников тока для специальных целей (совместно с ОАО «Уралэлемент», г. Верхний Уфалей). Ряд предложений находится в стадии укрупненных лабораторных исследований: электрохимический способ получения высокодисперсных порошков тантала для конденсаторов, технология изготовления изделий произвольной формы из тугоплавких металлов (молибдена, рения, тантала), технология диффузионного цинкования стальных изделий.

Важные практические результаты получены в 2003 году в области создания лекарственных средств. Так, Институтом органического синтеза совместно с Институтом катализа СО РАН пройдены важные этапы промышленного синтеза фторхинолоновых прапаратов на Опытном заводе РАН (Волгоград), получено разрешение на промышленный выпуск нового противоопухолевого препарата лизомустина (совместно с Онкологическим научным центром РАМН). В ИОС УрО РАН подготовлен GMP-участок для выпуска субстанции препарата. Институт экологии и генетики микроорганизмов Пермского научного центра осваивает производство иммуностимулирующего препарата альфа-фетопротеина (профеталя), используя современные биотехнологии.

Биологически активные препараты — фунгицид и стимулятор роста растений «Вэрва» и цис-вербенол, основной компонент феромонного препарата «Вертенол» — разработаны в Институте химии Коми научного центра.

 Институтом биологии Коми научного центра предложены способ утилизации твердых нефтешламов и биопрепарат «Универсал» для очистки нефтезагрязненных почв и вод в условиях Севера, который прошел опытно-промышленные испытания.

Опытная партия оригинального протекторного раствора для консервирования лейкоцитов крови человека при температурах переохлаждения наработана в Институте физиологии Коми научного центра.

В Институте горного дела инновационная деятельность стимулируется Ученым советом за счет специального поощрительного фонда. В 2003 г. разработан способ шарошечного бурения взрывных скважин в крепких породах, который позволяет снизить затраты на бурение в 1,8–2 раза. Проведены исследования устойчивости целиков и камер шахты «Магнезитовая»; проведена диагностика геодинамической активности горного массива в районе шахты «Десятилетие независимости Казахстана», разработаны рекомендации по формированию зарядов эмульсионных ВВ в условиях низких температур горных пород карьеров ОАО «Качканарский ГОК «Ванадий», что значительно повысило безопасность и эффективность взрывных работ.

В Институте геологии и геохимии разработана картографическая гидрогеологическая модель масштаба 1:1000 000 и создана база данных по гидрогеологии и геоэкологии севера Западно-Сибирского бассейна. Работа выполнена по заказу администрации Ямало-Ненецкого автономного округа и важна для принятия обоснованных экологических решений.

Одним из препятствий, сдерживающих инновационную деятельность в институтах Отделения, является то, что их структура не рассчитана на изготовление опытных образцов, масштабирование процессов и подготовку полной научно-технической документации.             

Перспективы развития инновационной деятельности связаны с дальнейшим развитием сети инновационно-технологических центров и малых предприятий, центров трансфера технологий, а также с появлением новых элементов инновационной инфраструктуры и созданием технико-внедренческой зоны. В качестве одного из ключевых элементов этой инфраструктуры мог бы выступить Уральский инновационный центр, создаваемый совместно с Правительством Свердловской области на базе ряда отраслевых институтов области.

Задачи на ближайшую перспективу

— Реформирование сети научных учреждений Отделения с учетом российских и региональных приоритетов.

— Совершенствование программно-целевого планирования и конкурсного финансирования научных исследований (программы президиума РАН, тематических и региональных отделений РАН).

— Развитие инновационной инфраструктуры, взаимодействие научных учреждений с вузами, бизнесом и органами власти.

— Формирование совместно с тематическими отделениями РАН и органами власти на местах программ социально-экономического развития регионов с учетом их специфики и обеспечение их научной проработки и сопровождения.

— Дальнейшее развитие телекоммуникационных, информационных и вычислительных ресурсов.

— Совершенствование организационной структуры научно-вспомогательных предприятий и учреждений социальной сферы и корректировка правовых документов Отделения.

— Разработка программы оснащения институтов Отделения современным научным оборудованием и развития центров коллективного пользования

— Подготовка резерва руководящих кадров.

— Дальнейшее развитие международного сотрудничества.

— Развитие капитального и жилищного строительства.

— Подготовка к 75-летию академической науки на Урале: сбор материалов для исторических монографий, фотоальбомов, проведение II тура конкурса на создание монумента «Наука», продолжение работы по увековечению памяти ученых, внесших весомый вклад в развитие науки на Урале.