В России начинают развивать новые сквозные технологии, которые изменят сферы общественного транспорта и энергетики, рынок информационной безопасности, заблаговременно подготовят страну к запуску 6G, перезапустят медицину и фармацевтику. Об этом договорились на Архипелаге 2121 — Фонд НТИ собрал документы для открытия Центров компетенций по нескольким сквозным технологиям. Эксперты скромничают и избегают формулировок в духе “эти технологии перевернут жизнь всего человечества”, хотя по сути так оно и есть.

Так проектировали технологии будущего на Архипелаге 2121 в Великом Новгороде.

Сквозные технологии называются так из-за того, что они востребованы на разных рынках. Вспомним искусственный интеллект, который и в мусорные баки встраивают, и в больницах используют. Но не одним ИИ жив человек, и в рамках Архипелага 2121 утвердили план развития новых сквозных технологий на 2022 год. Вот они:

• водородные технологии
• интеллектуальная инфраструктура для 6G
• технологии доверенного взаимодействия
• функциональные материалы с заданными свойствами
• молекулярный инжиниринг в науках о жизни
• бионический инжиниринг в медицине.

Каждая из них обещает фантастические разработки и, кстати говоря, образовательные программы, чтобы было кому развивать новые технологии в будущем. Этим будут заниматься Центры компетенций НТИ. Центр обычно работает при вузе или научной организации, в него входит 10 и более лабораторий. Вокруг этого ядра собираются компании — индустриальные партнеры, которые заинтересованы в новых технологиях и готовы их у себя внедрять, тестировать. Так получается консорциум.

Таких Центров компетенций НТИ в России сейчас 16, а будет больше — по технологиям, которые перечислены выше. На каждый проект в течение пяти лет будет выделено по 650 млн. руб. в рамках национального проекта «Наука и университеты» от Минобрнауки. Для открытия Центра вузу/научной организации нужно пройти конкурсный отбор в этом году. Пробежимся по технологиям будущего, которые будут развивать Центры.

6G — за все хорошее и против всего плохого

Ошибки с 5G принесли свои плоды — для 6G в России будут готовить сани летом, чтобы включиться в мировую гонку на старте и не оказаться в позиции догоняющих по срокам запуска. К слову, развертывание 6G в мире ожидается в следующем десятилетии.

Шестое поколение связи позволит подключить к сети практически все электронные устройства. Они смогут обмениваться информацией между собой и в конце-концов объединятся в большую мировую сеть. К примеру, ваш холодильник может заказать вам набор продуктов автоматически, получив данные от вашего умного чемодана о том, что вы вернулись в родной город из отпуска. Не исключено, что продукты прилетят к вам по воздуху на дроне — они смогут свободно передвигаться, так как будут иметь информацию о том, где находятся другие “курьеры”.

Промышленности это все тоже коснется: оборудование можно будет роботизировать и оставить работать практически без присмотра человека. Интеллектуальная видеоаналитика поможет снизить преступность и справиться с вандализмом, хулиганством. Можно будет попрощаться с карманниками, поцарапанными машинами и т.п.

Для перехода к таким возможностям потребуется создать новую компонентную базу для верхнего миллиметрового/терагерцового диапазона частот, а также для ультраэнергоэффективных вычислений в конечных устройствах.

Новый Центр компетенций НТИ, который откроется в 2023 году, разработает технологии для создания компонентной базы трансиверов верхнего миллиметрового/терагерцового диапазона частот, контрольно-измерительного оборудования, технологии радиофотонных компонентов для модулирования и преобразования сигналов.

Конечно, компонентов и технологий недостаточно — вопрос с выделением частот тоже нужно решать, и делать это будут заранее. “Новый Центр НТИ должен стать отраслевой площадкой для экспертов телеком-рынка, которая позволит координировать усилия в этом направлении” — отметил директор Центра управления технологическим развитием Фонда НТИ Арсен Гареев.

Функциональные материалы для любых целей

В 2022 году по результатам конкурсного отбора планируется открыть Центр компетенций НТИ, который будет разрабатывать функциональные материалы с заданными свойствами. Структурой таких материалов можно управлять на микроуровне (при их разработке) и получать нужные свойства. Например, самовосстановление, самоочищение, самодезинфекция, теплорассеивание для сильно нагревающихся деталей и др.

Будущий Центр компетенций возьмет на себя методики сквозного проектирования, моделирования, производства материалов вплоть до конечного изделия. Эти сценарии потом можно будет внедрить у индустриальных партнеров и не только. Важно, чтобы материалы можно было разрабатывать быстро (по 10 лет в наших реалиях их ждать никто не будет), поэтому специалисты Центра будут работать над повышением скорости. И заодно над тем, чтобы можно было оперативно менять свойства материалов под каждое изделие индивидуально.

Функциональные материалы, пожалуй, одна из самых сквозных технологий. Они могут быть полезны для, например, беспилотного транспорта для обеспечения отсутствия эффекта экранирования систем связи.

“Для дальнейшего технологического развития необходимо принципиально изменить свойства привычных нам материалов, то есть фактически разработать новые, — объясняет Василий Кожухов, директор по продажам в России и СНГ, OCSiAl. — Это сложный и ресурсозатратный процесс. Думаю, что Центр НТИ поможет усилить подготовку профильных специалистов, нарастить необходимую научно-технологическую базу, а также ускорить процесс разработки и внедрения инновационных материалов в различные отрасли”.

На проектировании паспорта этой сквозной технологии эксперты немного подискутировали о том, что уже открыт Центр компетенций НТИ “Цифровое материаловедение” на базе МГТУ им. Баумана. Но большинство его проектов связано с математическими методами в материаловедении, для проектирования структуры материалов, для цифрового производства, для оцифровки методов исследования материалов. Новый Центр будет концентрироваться на другом — на методах создания тонкой структуры материалов (нано и микро-уровень), которая позволит задавать их функциональность и управлять ею.

С нефти на водород с разбегу

Согласно разработанному плану водородные технологии приобщат ко всем видам транспорта: наземный пассажирский электротранспорт, включая рельсовый транспорт, морские и речные перевозки пассажиров и грузов. Еще один сегмент — воздушный транспорт. Водород в будущем предполагается использовать в двигателях воздушного транспорта и даже для дронов.

Водородная заправка в Черноголовке на территории ИПХФ РАН

Будут доработаны технологии распределительных заправочных станций для транспорта — их на данный момент в России фактически нет. В комплекте идут технологии гибридного хранения водорода в действующих подземных хранилищах. То есть, водород можно будет запасать в больших объемах для промышленных предприятий, жилых домов, транспорта.

Также будут созданы проекты для углеродно-нейтральных производств, в том числе различные “зеленые” технологии получения водорода, например, из отходов, и технологии использования водорода, как восстанавливающего агента, в промышленности. “Зеленый” водород заменит традиционно получаемый для последующего применения в нефтепереработке, при производстве метанола и аммиака. Это важный элемент экологичной экономики.

Поскольку мир понемногу переходит на водород, то у России есть шанс стать одним из мировых лидеров производства водорода, поставщиком технологических решений и оборудования для производства, хранения, транспортировки водорода. Россия сможет занять не менее 20% рынка международной торговли водородом. Спрос на водород вырастет со 112 млн тонн в 2020 году до 200 млн тонн к 2030 году. То есть, около 40 млн тонн, скорее всего, будет приходиться на Россию.

“Водородный транспорт – в первую очередь наземный общественный и грузовой – уже сейчас востребован обществом как максимально удовлетворяющий экологическим и экономическим требованиям современности. Нам нужно соответствовать мировому опыту, и для того, чтобы сохранить свое место в первых рядах тех, кто обладает водородными технологиями, нужен новый Центр компетенций”, — говорит Юрий Добровольский, руководитель Центра компетенций НТИ по направлению «Технологии создания новых и портативных источников энергии» на базе Института проблем химической физики РАН.

Благодаря Центру компетенций НТИ Юрия Добровольского новый Центр по водородным технологиям будут создавать не с нуля. Уже есть задел — это в основном экспертные группы и партнерства с автопроизводителями, которым интересна водородная тематика. Например, с “

Доверенное взаимодействие

Эта технология — основа для защиты любых данных, которыми обмениваются организации и сервисы у себя внутри (между сотрудниками, отделами) и снаружи — между компаниями, структурами. Это не то же самое, что классическая информационная безопасность. Речь скорее о доверенной среде, без которой невозможна бесшовность.

Что входит в сквозную технологию. Блок аналитики: 1. технологии оценки безопасности информационного окружения и входящих в него устройств на основе собираемых интеллектуальными агентами данных, 2. оценки безопасности трафика и используемых для передачи информации сервисов, 3. построение прогнозных моделей о текущем уровне опасности среды.

Плюс входит “модный” блок:

• квантовое шифрование
• блокчейн
• технологии анализа больших данных. Они нужны для обработки технологической информации, чтобы определять уровень доверия субъектов информационного взаимодействия, находить отклонения от принятых и опубликованных политик безопасности.

Весь этот стек сможет обеспечить безопасный и доверенный обмен информацией в цифровом виде, то есть, создать “чистую” среду для одной или нескольких компаний. Созданием таких продуктов и разработок займется новый Центр компетенций НТИ.

К примеру, Центр поможет создать глобальную сеть российских Фабрик Будущего для рынка TechNet НТИ (участники рынка занимаются цифровым проектированием и моделированием, новыми материалами, аддитивными технологиями). Фабрики обеспечат функционалом безопасности объектов критической инфраструктуры в демонстрационном, исследовательском или тестовом режимах. Этот же функционал может послужить для реализации дорожной карты EnergyNet НТИ — для обеспечения безопасности потребительских сервисов и интеллектуальной распределенной энергетики, взлом которой просто недопустим.

Еще пример — благодаря технологии доверенного взаимодействия можно развернуть платформу для инновационного сообщества. Она может объединять стартапы, зрелые компании, вузы и исследовательские институты, формирующие информационные кластеры для совместной работы. Пользователям такой платформы будут доступны безопасные закрытые ВКС, а в блокчейне будет записываться цифровой след развития стартапа.

Самый сложный и самый нужный

Речь о молекулярном инжиниринге в науках о живом. Он позволяет управлять структурой объектов на атомно-молекулярном уровне, что фактически обещает рай на земле для тех, кто разрабатывает новые лекарства.

Что эксперты включили в понятие “молекулярная инженерия”:- Технологии генеративного дизайна новых малых молекул, наноструктур, надмолекулярных образований, биополимеров и биоматериалов, позволяющих проводить программируемую сборку молекул под заданную функцию;- ДНК-нанотехнологии, позволяющие с высокой точностью задавать пространственные и функциональные свойства молекул;- Математические методы и информационные технологии, позволяющие моделировать свойства молекул и надмолекулярных образований в применении к наукам о жизни;- Технологии создания и управления свойствами модифицированных с помощью методов молекулярной инженерии организмов, органов, тканей и клеток.

Работа с молекулами может пригодиться для создания еды будущего, для быстрой разработки новых препаратов. Ученые смогут провести скрининговое тестирование на чипе на клеточных сфероидах или бактериальных культурах и сократить срок тестирования препарата, что точно спасет чью-то жизнь.

С помощью новых скрининговых платформ ученые смогут с высокой скоростью и специфичностью устанавливать типы соединений для борьбы с бактериальными патогенами с учетом резистентности штаммов. А медики смогут управлять когнитивными функциями пациентов при реабилитации пациентов после перенесенных неврологических заболеваний или травм (с помощью специальных нейроинтерфейсов).

В условиях пандемии молекулярный инжиниринг выглядит волшебной палочкой, которая может решить много проблем.

“Пандемия COVID-19 показала, что развитие технологий, где ключевым звеном являются уникальные молекулярно-инженерные решения, например, селективные экспресс-системы для точного и, главное, быстрого проведения разного рода анализов, а также, «гибкие» платформенные решения по созданию и производству вакцин (в том числе РНК-вакцин), крайне важно в настоящее время и имеет большой рыночный и социальный потенциал в ближайшем будущем. Фактически, пандемия стала своего рода катализатором для ускоренной смены технологического уклада”, — объясняет Всеволод Белоусов, профессор РАН, руководитель лаборатории синтетической медицины ЦНТИ ИБХ РАН, директор Федерального центра мозга и нейротехнологий ФМБА России.

Помимо заботы о здоровье россиян молекулярная инженерия может помочь России встроиться в возникающие научные и производственные цепочки, в том числе за пределами страны, и завоевать некую долю на рынке.

Киберлюди на пороге

На закуску — направление “бионическая инженерия в медицине”. Эта технология позволяет вернуть людям то, что было утрачено по каким-то причинам. Спроектировать часть тела, новый орган — не проблема. С помощью бионики можно воссоздавать почки, глаза, поджелудочную железу, а также разрабатывать протезы, которыми можно управлять с помощью сигналов мозга (почти как настоящей конечностью).

Такими проектами будет заниматься Центр компетенций НТИ на базе сильного вуза, его еще предстоит выбрать. В задачи Центра также включили разработки лечебного характера. Например, специалисты создадут искусственные микробиоты с функциями лечения и реабилитации. Еще один возможный проект — инвазивные нейроинтерфейсы, позволяющие людям с ограниченными возможностями подключаться к компьютеру и интернету для общения, работы и управления внешними подключенными устройствами.

Сейчас для создания все тех же протезов инженерам нужно закупать импортные компоненты. При этом спрос низкий, поскольку протезы стоят довольно дорого (из-за импорта). Эксперты настаивают на том, что нужно запускать российское производство биосовместимых материалов, развивать 3D-печать органов, тканей, костей. Тогда есть шансы снизить стоимость изделия. Делать это нужно как можно скорее — каждый год в России делают более 70 тыс. ампутаций, и позволить себе “киберконечность” могут не все.

Еще один момент. Инвазивные бионические разработки фактически нельзя использовать в России, даже если они появятся — нет стандартов к таким системам, неясно, кто несет ответственность за качество ее работы и за результат, на ком будет ответственность, если что-то пойдет не так. На Центр компетенций НТИ и его партнеров (которых еще предстоит найти) ляжет бремя работы над нормативной базой, чтобы мы смогли лечиться умной микробиотой или, к примеру, получить киберпочку.

Вывод из всего сказанного оставляем на вас самих, но уже понятно, что эти технологии коснутся практически всех — позволят пересесть на более экологичный транспорт и тем самым снизить углеродный след, пользоваться изделиями из долговечных материалов, получать новые лекарства быстрее и многое другое. Новые технологии улучшат жизнь обычного человека и, возможно, эти изменения будут намного глобальнее, чем могут представить эксперты в своих документах.