20 главных изобретений ИТМО: от нового языка программирования до наномашин против рака
Cуперсовременный лазер, cистема квантовых коммуникаций, гиперреалистичные голограммы — все это за последние двадцать лет придумано и спроектировано учеными и выпускниками Университета информационных технологий, механики и оптики. Университет ИТМО, празднующий в этом году 120-летие, не зря включен в Топ-100 рейтинга университетов мира по направлению «Компьютерные технологии» и в Топ-500 по направлению «Технологии и инженерия» от Times. Язык программирования Kotlin Кто? Андрей Бреслав (кафедра компьютерных технологий Университета ИТМО, выпуск 2007 года) В 2017 году Google объявил Kotlin главным языком программирования Android-приложений наряду с Java. Назвали язык в честь острова в Финском заливе, на котором стоит Кронштадт, и это отсылка к главному конкуренту — языку, получившему имя в честь кофе с индонезийского острова Ява. Детище программиста JetBrains Бреслава идеально совместимо с Java, но при этом оно проще и удобнее для программистов: код на нем выходит на 20-30 % короче. Сами разработчики уверены: благодаря протекции Google и гениальной простоте, многие их коллеги скоро полностью перейдут на Kotlin. Уже сейчас на нем работают более 3 млн пользователей. Андрей Бреслав: «Kotlin активно развивается на Android и действительно может потеснить Java на этом рынке. Но, кроме этого, мы создаем технологию, при которой один код сможет работать и на Android, и на iOS. А это уникальные перспективы, у конкурентов (Swift, Java) их нет». Система квантовых коммуникаций Кто? Группа ученых во главе с Артуром Глеймом (руководитель лаборатории квантовой информатики Университета ИТМО) Трепещи, хакер! Система квантовых коммуникаций делает процесс передачи сигнала до адресата недоступным для атак и взломов. При шифровании такая система использует не математические алгоритмы, а принципы квантовой физики: если математический шифр рано или поздно, но можно раскусить, то с фотонами, которые необратимо меняются при попытке перехвата, уже ничего не поделаешь. В 2014 году команда Глейма запустила первую в России городскую линию квантовой связи между корпусами ИТМО, а в 2019-м — первую междугороднюю. Артур Глейм: «Проект начинался как фундаментальное исследование, не имеющее вообще никакого отношения к реальному приборостроению. И это здорово, что от теории получилось прийти к созданию реальных устройств и систем квантовой коммуникации». Магнитоуправляемый препарат для растворения тромбов Кто? Андрей Дроздов, основной исполнитель, сотрудник Международного научного центра растворной химии передовых материалов и технологий (SCAMT) Университета ИТМО Критические состояния, связанные с закупоркой сосудов (инсульт, инфаркт) — огромная проблема во всем мире, а в России и подавно: до 60 % летальных исходов в нашей стране приходится именно на них. А если тромболитик все же успевает подействовать, то пациента в дальнейшем ждут различные осложнения. Дозировка препарата, разработанного учеными ИТМО, в десятки раз меньше стандартной и позволяет избежать побочных эффектов. Сам препарат доставляется к тромбу с помощью магнита. Андрей Дроздов: «Эта разработка могла бы сильно сократить смертность от тромбоза, но о клиническом применении говорить пока рано. На реальном рынке этот препарат может появиться лет через пятнадцать: внедрение новых лекарств — это сложный процесс». Система защиты Петербурга от наводнений Кто? Александр Бухановский, Сергей Иванов, Анна Калюжная (Национальный центр когнитивных разработок Университета ИТМО) Именно благодаря этой группе ученых с 2011 года в Петербурге не произошло ни единого наводнения. Бухановский, Иванов и Калюжная разработали комплекс вероятностных и гидродинамических моделей, позволяющих закрывать затворы дамбы, когда это необходимо: система предугадала 16 из 16 наводнений, при этом за восемь лет не было ни одной ложной тревоги. Анна Калюжная: «Модель воспроизводит уровень Балтийского моря по прогнозу ветра и давления. Мы получаем несколько оптимальных вариантов закрытия затворов дамбы, чтобы спасти город от наводнения, не мешая при этом работе судоходных компаний». Принципы художественной голографии Кто? Юрий Денисюк (профессор кафедры фотоники и оптоинформатики, 1927-2006) Это один из самых значимых вкладов ИТМО в науку. Именно Денисюк открыл трехмерную голографию и метод трехмерных отражательных голограмм. Методом Денисюка была создана уникальная коллекция оптоклонов — ультрареалистичных полноцветных голограмм с изображениями исторических драгоценностей из собраний Музея Фаберже, Алмазного фонда РФ и Государственного фонда драгоценных металлов и драгоценных камней РФ. Благодаря голографии экспонаты можно будет выставлять на другом конце планеты, не вывозя их из «музея прописки». Сергей Стафеев,научный руководитель музея оптики Университета ИТМО: «Сейчас для голограмм нужны не огромные столы, а мобильная камера — с ее помощью делаются ультрареалистичные оптоклоны прямо в музейных залах. Последние достижения — созданные совместно с Греческим институтом голографии оптоклоны коллекции императорских яиц Фаберже и коллекции сокровищ Гохрана России». Система Li-Fi Кто? Сергей Щеглов (заведующий лабораторией факультета лазерной фотоники и оптоэлектроники), Ольга Козырева (ассистент факультета, ведущий специалист исследования) Li-Fi — это как Wi-Fi, но интереснее: вместо радиочастотного сигнала в роли передатчика выступает видимый свет. Данные передаются в сотни раз быстрее, чем с помощью других беспроводных сигналов, а сам канал отлично защищен от внешнего вмешательства. Кроме того, Li-Fi можно использовать там, где Wi-Fi может создать помехи, например в салоне самолета или в операционной. Ольга Козырева: «Цели заменить Wi-Fi нет — есть цель дополнить его функции. Меньшая площадь покрытия подстроит подачу сигнала под каждого отдельного пользователя». Технология «Умный стол» Кто? Минчжао Сун, Полина Капитанова (физико-технический факультет Университета ИТМО) Устройство на основе поверхности, которое можно разместить на столе (отсюда название), позволяет заряжать все находящиеся на этом столе гаджеты одновременно. «Умный стол» может передавать энергию без существенных потерь на расстояние около метра: это в сотни раз больше, чем предел существующих беспроводных зарядок. Минчжао Сун: «Конечно, системы одновременного заряда устройств разрабатывали и до нас, но они требуют идеально ровного расположения на поверхности, а „Умный стол“ — нет. Поэтому у нашего проекта отличные перспективы применения в обычной жизни». Протезы для супергероев Кто? Илья Чех (выпускник факультета точной механики и технологий Университета ИТМО) Компания Чеха «Моторика» разрабатывает функциональные протезы кистей и предплечий для детей и взрослых и подходит к процессу творчески. Протезы выглядят как супергеройские гаджеты и имеют множество «примочек»: фонарик, смарт-часы, насадки дополненной реальности. Пациенты выбирают дизайн и начинку по своему вкусу. Илья Чех: «Ребенок, который носит наш протез, не прячет его, а хвастается: "Смотрите, какая классная штука у меня есть!" Протез позволяет ему стать центром внимания и социализироваться». Компьютерная модель системы оказания медицинской помощи Кто? Группа ученых, первый автор статьи Сергей Ковальчук, старший научный сотрудник Национального центра когнитивных разработок Университета ИТМО Модель позволяет оперативно координировать работу тех, от кого зависят человеческие жизни: диспетчеров, бригад скорой помощи, сотрудников больниц. Такая система позволит медикам быстрее принимать решение о помощи пациентам с подозрением на инфаркт миокарда. Авторы системы говорят, что ее можно будет внедрить в реальную медицинскую практику в ближайшие годы. Иван Деревицкий, участник проекта: «Пациентам с ишемией нужен ангиограф, а такой аппарат есть не во всех больницах. Модель выстраивает водителю машины скорой помощи маршрут до ближайшего госпиталя с учетом очереди на ангиографию, а сам путь формируется с учетом проезда по встречной полосе». Наномашины для лечения рака Кто? Группа ученых во главе с профессором Дмитрием Колпащиковым, руководителем группы молекулярной робототехники и биосенсорных систем международной лаборатории SCAMT Генная терапия для диагностики и лечения рака применяется давно, но те технологии, что есть сейчас, иногда не в состоянии даже отличить здоровую клетку от больной. Наномашины группы профессора Колпащикова позволят лечить онкологические заболевания более эффективно и адресно: в будущем они смогут распознавать РНК-онкомаркеры и убивать клетки только при их присутствии. Дарья Недорезова (член исследовательской группы): «В случае успеха технология позволит лечить любой тип рака, а также другие заболевания, в том числе бактериальные и вирусные инфекции». Profilaktika.Media — портал для тех, кто столкнулся с онкологическим заболеванием Кто? Лизавета Бабицкая, Полина Полещук, Елизавета Дубовик, Ксения Мальченко (выпускницы магистратуры по научной коммуникации Университета ИТМО, 2019 год) Отсутствие информации о болезни только усугубляет ее течение и часто приводит к самому грустному исходу. Проект Profilaktika.Media рассказывает о раке и его лечении. Здесь пациенты, их родственники и все, кто хочет защитить себя от рака и других болезней, получают нужную информацию из проверенных источников. Елизавета Дубовик: «Рак — это сложная тема, о которой необходимо говорить просто. Люди должны иметь платформу, на которой они всегда найдут нужную информацию: инструкции для пациентов, интервью с врачами, истории борьбы против рака». Лазер для высокоточной спутниковой навигации Кто? Сотрудники НИЦ лазерной физики Университета ИТМО под руководством Андрея Мака Новый лазер, созданный учеными ИТМО, позволит измерять расстояние до Луны с миллиметровой точностью. Этот лазер — самый мощный в мире в своем сегменте. Андрей Мак: «Нам удалось создать лазер с рекордными, но в то же время предельными характеристиками. Сейчас он готовится к отправке в Алтайский оптико-лазерный центр». Технология улучшения изображения МРТ-снимка с помощью метаповерхностей Кто? Алексей Слобожанюк, Александр Поддубный, Ирина Мельчакова, Павел Белов, Юрий Кившарь (физико-технический факультет Университета ИТМО) Магнитно-резонансная томография — часто необходимая, но дорогая и длительная процедура. Ученые ИТМО с помощью подложки из ультратонких металлических резонаторов смогли увеличить разрешение МРТ-снимка и сократить время сканирования в полтора-два раза. Обещают, что если технология будет применена, то МРТ-сканирование сильно подешевеет. Робот-дворецкий Keepy Кто? Сергей Колюбин (заместитель директора компьютерных технологий и управления Университета ИТМО) Keepy — это не забавный (и бесполезный) аксессуар, а настоящий контроллер всех систем дома. Он может свободно передвигаться по квартире и передавать команды на другие домашние устройства: умные розетки, газовые вентили. Keepy способен спасти квартиру и жизнь от катастрофы, например, предотвратить пожар, выключив утюг, который оставил на столе нерадивый хозяин. Сергей Колюбин: «Keepy делался для мониторинга коммерческих помещений, но анализ рынка показал, что он будет более востребован в частных квартирах. Планы по коммерциализации через краудфандинг отложены, но перспективы у проекта есть». Диагностический оптико-цифровой комплекс для телемедицины Кто? Николай Белашенков (начальник департамента научных исследований и разработок), Ярослав Рудин (директор Института оптико-цифровых систем) Разработанный учеными ИТМО комплекс с легкостью решает проблему расстояний между больницами, врачами и пациентами. Все исследования проходят в режиме онлайн, а врачи в самых отдаленных населенных пунктах могут консультироваться с коллегами из крупных медицинских центров. Николай Белашенков: «Комплекс — плод работы самых разных специалистов: инженеров, конструкторов, программистов, дизайнеров. Сейчас наша совместная с АО „ЛОМО“ разработка готова к производству и поставкам». Прогнозирование процессов в соцсетях Кто? Александр Бухановский, Сергей Иванов, Клавдия Боченина (национальный центр когнитивных разработок Университета ИТМО) Система оперативного прогнозирования позволяет обрабатывать огромные массивы данных в соцсетях, глубоко отслеживать динамику лайков или, например, каскады репостов. Благодаря алгоритму от ученых ИТМО можно обнаружить фейковую новость в паблике или группе и предсказать динамику ее распространения. Клавдия Боченина: «В перспективе проект может быть внедрен в крупные интернет-СМИ для создания персональных алгоритмов распространения новостей». Повышение эффективности солнечных батарей Кто? Группа ученых во главе с Сергеем Макаровым, заведующим лабораторией гибридной нанофотоники и оптоэлектроники физико-технического факультета Университета ИТМО Солнечные батареи — и так передовая технология, а группа Сергея Макарова вывела ее на еще более высокий уровень: эффективность батарей выросла до 19 %. Для этого ученые впервые применили диэлектрические наночастицы из кремния: они не поглощают свет и не взаимодействуют с остальными элементами батареи, сохраняя ее стабильность. Сергей Макаров: «Главная задача сейчас — сделать солнечные батареи еще более эффективными, 19 % — это не предел». Инновационные продукты питания Кто? Денис Бараненко, руководитель международного научного центра «Биотехнологии третьего тысячелетия» Университета ИТМО Ученые ИТМО разрабатывают уникальные пищевые продукты и добавки, которые позволяют успешно проводить профилактику диабета и рака, долго сохраняют питательные свойства и не портятся (это позволит, например, без проблем снабжать продовольствием жителей Крайнего Севера), могут стать основой специального рациона для спортсменов. Главная задача — найти альтернативу дорогостоящему животному белку. Один из возможных вариантов — добавка на основе хитина, полученного из панциря саранчи. Денис Бараненко: «Болезнь всегда проще предотвратить, чем лечить. Для профилактики заболеваний существуют БАДы, но их нужно принимать по строгой схеме, а иногда просто тяжело найти. А если встраивать биологически активные вещества непосредственно в продукты питания, следить за здоровьем становится удобнее». Биокомпозитные материалы из паутины Кто? Группа ученых лаборатории SCAMT Университета ИТМО под руководством Елены Кривошапкиной совместно с коллегами из шведского университета SLU Российские ученые вместе с коллегами из Швеции придумали, как грамотно применить природную паутину. Из материала на ее основе в перспективе можно будет изготавливать защитную экипировку, компоненты для оптических устройств. Самое главное — такую «паучью» ткань можно будет использовать в медицине: для имплантов, регенерации поврежденных тканей и неинвазивной диагностики! Александра Киселева (член исследовательской группы): «Природная паутина — уникальный материал, который в сочетании с рукотворными материалами может эффективно использоваться в промышленности». Многочисленные победы на олимпиадах по программированию Кто? Студенты и аспиранты Университета ИТМО под руководством Андрея Станкевича В спортивном программировании Университет ИТМО — это чемпион всех чемпионов. Главная звезда последних лет — Геннадий Короткевич, двукратный чемпион мира и номер один в мировом рейтинге программистов-олимпиадников. В 2019 году он в шестой раз выиграл престижный турнир Code Jam. Геннадий Короткевич: «Спортивное программирование пока не спорт миллионов. Победы объективны, звания и места в рейтингах — субъективная оценка людей, хотя и очень приятная». Благодарим Лабораторию гибридной нанофотоники и оптоэлектроники Университета ИТМО за помощь в проведении съемки Благодарим Лабораторию компьютерной фотоники Университета ИТМО за помощь в проведении съемки Текст: Игорь Топорков Фото: Данил Ярощук, Алексей Сорпов Визаж: Олеся Абовян Волосы: Кристина Чичерина Стиль: Эльмира Тулебаева, Александра Дедюлина
