Skoltech3D

В июне 2024 года коллектив исследователей Центра ИИ Сколтеха в сотрудничестве с представителями других российских центров представил исследование, которое попало в отчёт Стэнфордского университета AI Index Report, где подведены итоги развития трендов ИИ в 2023 году. В публикации представлен большой набор данных Skoltech3D, с помощью которого можно создавать методы получения трёхмерных моделей объектов реального мира. Эксперты Стэнфорда признали, что представленный датасет качественно отличается от предшественников: впервые собраны данные в большом масштабе с высокоточным референсом с сенсоров разного типа — фотокамер и камер глубины (лидаров).

Человек или машина

В 2024 году достижением коллектива учёных Центра ИИ Сколтеха стала разработка метода, позволяющего при ограниченном объёме текста надёжно определять, что писал человек, а что — машина. Как отмечают исследователи, это результат сочетания проверенных ИИ-моделей и собственных уникальных разработок. Доклад, посвящённый результатам исследования, был представлен на конференции по языковому моделированию, организованной Университетом Пенсильвании (США), и получил награду за лучшую статью (Outstanding Paper Award).

В разы быстрее

Учёные из Центра ИИ Сколтеха и Института AIRI предложили новый подход к решению обширного класса сложных вычислительных задач на основе оптимального транспорта, повсеместно применимых в машинном обучении и математическом моделировании. Метод позволит ускорить обучение моделей в 3−10 раз. Исследователи представили разработку в Ванкувере в ходе NeurIPS-2024 — одной из крупнейших мировых ИИ-конференций.

Разработана инновационная система
прогнозирования ледовой обстановки

В 2024 году Центр ИИ Сколтеха совместно с Институтом океанологии им. П.П. Ширшова РАН разработал инновационную систему прогнозирования ледовой обстановки высокого разрешения (~3 км) на всей
территории Арктики, включая Северный морской путь. Система включает передовые технологии ИИ
для интеграции машинного обучения с физическими моделями и данными со спутников, станций и буёв,
что позволяет значительно повысить скорость и точность прогнозирования (более 90% для прогнозов сплочённости льда). Решение представляет интерес для российских и международных компаний, работающих в этом стратегически важном регионе. Ожидаемый экономический эффект от применения системы — до 100 млрд рублей в год за счёт снижения рисков, сокращения сроков перевозок и увеличения грузооборота на Северном морском пути.

Разработана модель глубокого обучения
для прогнозирования засух

Совместно с коллегами из Сбера учёные Сколтеха предложили модели глубокого обучения для прогнозирования засух
по климатическим данным. Долгосрочные прогнозы такого рода нужны сельскохозяйственным предприятиям для планирования своей деятельности, а страховщикам и банкам — для оценки соответствующих рисков и уточнения кредитных рейтингов корпоративных заёмщиков. Исследование выполнено в рамках индустриального партнёрства
Сбера с Центром ИИ Сколтеха.

Инновационная система прогнозирования лесных
пожаров успешно внедрена в работу МЧС России

Исследователи Центра ИИ Сколтеха разработали прогностическую модель оценки вероятности возникновения лесных пожаров с горизонтом прогноза пять дней. В 2024 году успешно пройдены опытная эксплуатация и приёмочные
испытания в МЧС России; в 2025-м модель будет внедрена в информационную систему «Атлас опасностей и рисков»
для использования результатов прогнозирования в деятельности МЧС России. Технология получила высокую
международную оценку, она может быть адаптирована для других стран с обширными лесными территориями.

Публикация Сколтеха — №1 в списке 100 лучших работ
российских учёных за 2024 год*

Коллектив учёных из Центра молекулярной и клеточной биологии Сколтеха (Биоцентр Сколтеха) в сотрудничестве с зарубежными исследователями выяснил, как работает система противовирусного иммунитета PARIS, и показал новую функцию вирусных молекул тРНК. Результаты работы дают ответ на вопрос, поставленный более 50 лет назад: зачем вирусы кодируют собственные тРНК молекулы. Исследование показало, что они являются ингибиторами иммунных систем хозяина. Подобные тРНК встречаются и у вирусов, заражающих человека, что предполагает универсальность обнаруженного механизма.

*Резуль­таты российских учёных проанализированы командой проекта CoLab.ws и редакций международного журнала Chimica Techo Acta. Выборка лучших работ произведена на основе импакт-фактора журнала.

Науки о жизни и здоровье, агротехнологии

Разработан прототип протеза руки с сенсорной
обратной связью

В декабре 2024 года исследование, начатое в 2021 году учёными Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана Сколтеха (Нейроцентр Сколтеха), «Моторики» и ДВФУ, привело к одному из ключевых достижений: разработан прототип протеза руки с сенсорной обратной связью. Ранее испытуемые с помощью протеза смогли понять на ощупь, твёрдый предмет они держат или мягкий, а также определить его размер. Теперь пациент ощущал движение в кончиках пальцев протеза и различал объекты во время свободного перемещения объектов. Другому пациенту с потерянной ногой удалось почувствовать пятку протеза при помощи умной стельки.

Составили «карту жирности» человеческого мозга

Учёные Нейроцентра Сколтеха составили «карту жирности» человеческого мозга. Поскольку нарушения в липидоме — совокупности липидов — головного мозга возникают при психических и когнитивных расстройствах, карта этих молекул поможет глубже понять механизм таких заболеваний.

Увеличена точность прогнозирования урожайности агрокультур

Учёными Проектного центра агротехнологий Сколтеха (Агроцентр Сколтеха) разработана платформа нового поколения для прогнозирования урожайности и мониторинга здоровья агрокультур (Environment-Augmented Smart Yield, EASY). Платформа прогнозирует урожайность в начале сезона с точностью до 80%, что намного превышает текущий отраслевой стандарт (50–55%) для таких культур, как сахарная свёкла, кукуруза, подсолнечник и соя. Решение уже востребовано предприятиями агропрома.

Выявлены новые последовательности однонуклеотидных полиморфизмов (SNP)

Определение генотипа животного позволяет учёным глубже понять особенности его генома. В Агроцентре Сколтеха специалисты по количественной генетике применили метод импутации генотипов наряду с общегеномными ассоциативными исследованиями (GWAS) для изучения характеристик мясной продуктивности крупного рогатого скота. В ходе их исследований было выявлено, что 1675 SNP в геноме крупного рогатого скота в значительной степени связаны с ключевыми экономическими характеристиками, включая вес туши, оценку на мраморность мяса, площадь ребер и толщину хребтового шпика. Эти SNP отсутствуют в современных коммерческих SNP-чипах любых производителей. Идентифицированные специалистами Сколтеха SNP успешно запатентованы.

Раннее прогнозирование болезни Альцгеймера

В рамках проекта Министерства образования и науки РФ «Разработка молекулярных инструментов анализа и коррекции нейропатологий» исследователями Проектного центра омиксных технологий и передовой масс-спектрометрии Сколтеха разработана и валидирована методика количественного анализа более 100 белков плазмы крови с использованием набора изотопно-меченных пептидных стандартов, включающего потенциальные белки — биомаркеры болезни Альцгеймера. Это поможет раннему прогнозированию болезни Альцгеймера методами количественной клинической протеомики.

Новый метод для раннего
предупреждения солнечных бурь

Исследователи Центра системного проектирования Сколтеха и международная команда учёных разработали инновационный метод DIRECD (Dimming InfeRred Estimate of CME Direction), позволяющий оперативно оценивать направление распространения коронального выброса массы в трёхмерном пространстве. Этот метод сочетает фундаментальные достижения солнечной физики с задачами оперативного прогнозирования космической погоды. Он способен существенно снизить риски для спутников, навигационных систем и критической инфраструктуры — и тем самым предотвратить многомиллиардные убытки, вызванные сильными солнечными бурями.

Современные материалы и инженерия

Ускорить переход от ископаемого топлива
к экологически чистой водородной энергетике

Исследователи Центра науки и технологий добычи углеводородов Сколтеха разработали подход, позволяющий получать водород из природного газа прямо в газовых месторождениях. Для этого в скважину нужно подать катализатор и кислород, который создаст зону высокой температуры в пласте. Благодаря катализатору и водяному пару в процессе горения образуется смесь угарного газа и водорода, из которой последний можно легко извлечь. Такая технология поможет ускорить переход от ископаемого топлива к экологически чистой водородной энергетике.

Создали и успешно испытали цифровой двойник полимерного композиционного материала с 2D-датчиком

Учёные из Центра науки и технологий добычи углеводородов Сколтеха создали цифровой двойник
полимерного композиционного материала с 2D-датчиком и успешно испытали на нём технологию мониторинга целостности конструкции. Данная технология может применяться для любых конструкций: крыльев самолётов, лопастей ветряков, пролётов мостов. Решение основано на внедрении в композит между слоями с волоконным армированием тонкого слоя углеродных нанотрубок — настолько тонкого, что толщина, например, обшивки самолёта, не меняется, и не нужно заново проектировать деталь
при внедрении датчика.

Предсказать вероятность взрывного выброса метана

В Центре науки и технологий добычи углеводородов Сколтеха создали и успешно испытали не имеющую аналогов в России экспериментальную установку, которая позволяет моделировать газодинамические процессы в породах криолитозоны и предсказывать вероятность взрывного выброса метана. Установка предназначена для проведения экспериментов с образцами вечной мерзлоты в широком диапазоне моделируя природные условия. Температуру среды и давление газа можно изменять по заданному алгоритму, а уникальный держатель образца позволяет уплотнять грунт в процессе эксперимента и измерять изменение его линейных размеров, пористости и проницаемости. Система снабжена акустическими датчиками, позволяющими определять соотношение льда и незамёрзшей воды в поровом пространстве породы. Созданная система позволит исследовать целый комплекс сложнейших природных процессов, влияющих на свойства мёрзлых пород в Арктике.

Прототип технологии 5-координатной печати для МКС

Сотрудниками Центра технологий материалов Сколтеха подготовлен прототип технологии 5-координатной композитной печати в рамках разработки 3D-принтера для российского сегмента Международной космической станции (МКС) и перспективной Российской орбитальной станции. Новая разработка будет способна перемещать сопло в трёх измерениях, а также вращать платформу с изделием вокруг двух осей. Планируется до конца 2025 года получить опытный образец нового 3D-принтера, который будет осуществлять композитную печать — печать полимера, который армирован углеродными волокнами. Также учёные работают над идеей создания устройства, так называемого экструдера, по переработке отходов пластика, оставшегося от печати. Это поможет оптимизировать процесс создания 3D-объектов на МКС.

Повысили качество углеродного материала для электродов

Исследователи из Центра технологий материалов Сколтеха и их коллеги из других научных организаций повысили качество углеродного материала для электродов, подвергнув его воздействию воздушной плазмы. В результате улучшились характеристики электрода, а именно они ограничивают производительность высокотехнологичных источников тока — топливных элементов. Это перспективные устройства для эффективной и сравнительно экологичной выработки электроэнергии из горючего топлива. Топливные элементы используются для выработки энергии на производстве и в частных домах, особенно в труднодоступных, не электрифицированных районах. Эта технология подходит для резервных источников питания и применяется на космических аппаратах, подводных лодках, в складских погрузчиках для охлаждённых помещений и более привычных видах транспорта: автомобилях, автобусах, поездах, катерах.

Китайско-российский симпозиум
по химии и материаловедению

29 мая — 1 июня 2024 года в Сколтехе прошёл II Китайско-российский симпозиум по химии и материаловедению. На открытии участников приветствовали ректор Сколтеха Александр Кулешов, профессор Артём Оганов, возглавляющий Лабораторию дизайна материалов Сколтеха, вице-президент Российской академии наук Степан Калмыков и вице-президент Китайской академии наук У Чжаохуэй. На симпозиуме Сколтех подписал соглашение о сотрудничестве с Синьцзянским техническим институтом физики и химии (КНР).

Приблизить массовый переход на электротранспорт
и возобновляемые источники энергии

Учёные из Центра энергетических технологий Сколтеха представили модель, которая упрощает конструирование и эксплуатацию ванадиевых проточных аккумуляторов — промышленных накопителей энергии, которые обещают сыграть важную роль в энергетической трансформации и уже активно используются для сглаживания пиковой нагрузки на энергосеть в Китае, Германии и США. Без этой или подобных технологий невозможен массовый переход на электротранспорт и возобновляемые источники энергии. Кроме того, она сделает атомные электростанции эффективнее и безопаснее и обеспечит резерв мощности для объектов критически важной инфраструктуры.

Энергоэффективность и энергопереход

Разработаны новые методы цифрового материаловедения

Учёные Проектного центра по энергопереходу Сколтеха разработали новые модели машинного
обучения для моделирования структуры и свойств высокоэнтропийных функциональных материалов: результаты моделирования переданы партнёрам из Томского политехнического университета, которые успешно провели синтез и анализ свойств новых материалов, имеющих потенциал применения в химической, добывающей и электронной промышленности.

Для решения задач в области устойчивого развития

Сколтех и «Сибур» будут развивать инновационные проекты по декарбонизации: соответствующее соглашение о сотрудничестве в области климатической повестки организации подписали в сентябре 2024 года. В рамках соглашения стороны планируют вести совместную работу по поиску инновационных решений для повышения энерго- и ресурсоэффективности, сокращения выбросов парниковых газов как на производствах «Сибура», так и в процессах и проектах, не связанных непосредственно с производственной деятельностью компании. Одним из пилотных направлений сотрудничества будет использование микроводорослей для улавливания СО₂ из дымовых газов и преобразования его в полезные продукты.

Изучены современные подходы, используемые в технологиях кремниевой интегральной фотоники

Сотрудники лаборатории плазмоники Центра инженерной физики Сколтеха рассмотрели современные подходы, используемые в технологиях кремниевой интегральной фотоники, и описали разработанные на их основе компоненты фотонных интегральных схем и устройств; провели сравнение с альтернативными технологическими платформами (УФН 194 1223−1239 (2024)). Технологии кремниевой интегральной фотоники являются основой для создания целого класса устройств, таких как оптические модуляторы, фотодетекторы, оптические фильтры и переключатели, мультиплексоры и демультиплексоры, оптические трансиверы и др. По многим параметрам кремниевая интегральная фотоника конкурирует с альтернативными платформами на основе фосфида индия, нитрида и оксида кремния и других материалов.

Телекоммуникации, фотоника и квантовые материалы

Обнаружена возможность спонтанного формирования порядка в массивах квантовых вихрей

Исследователи Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха в сотрудничестве с зарубежными и российскими коллегами продемонстрировали спонтанное формирование массива квантовых вихрей и их синхронизацию в оптически возбуждённых полупроводниковых микрорезонаторах. Учёные показали, что в соседних ячейках оптически сгенерированных решёток наблюдается тенденция к образованию поляритонных квантовых вихрей с противоположным знаком топологического заряда, то есть возникновению между вихрями «антиферромагнитной связи».

Создан универсальный оптический вентиль, который быстрее электронных аналогов

Учёные из Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха и Университета Вупперталя создали универсальный логический элемент NOR (от англ. NOT — оператор отрицания, и OR — оператор логической суммы «или»). Он разработан на основе поляритонных конденсатов, функционирует при комнатной температуре, имеет множественные входы, может работать в сотни раз быстрее электронных аналогов и является полностью оптическим — работает без участия электрического тока. Важно, что такие логические элементы можно соединять в оптические цепи и каскадировать.

Создан оптический элемент для технологий 6G

Команда физиков лаборатории наноматериалов Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха, МФТИ и ИТМО создала оптический элемент, с помощью которого можно управлять свойствами терагерцового пучка и записывать в него информацию. Новое устройство можно использовать в качестве модулятора и генератора вихревых ТГц-пучков в медицине, микроскопии и технологиях 6G.

Для выявления онкологического заболевания на ранних стадиях

Учёные лаборатории биофотоники Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха синтезировали магнитные микрочастицы, покрытые дубильной кислотой и способные с эффективностью 60% «вылавливать» из биологических жидкостей экзосомы. Так называются липидные внеклеточные везикулы диаметром от 30 до 100 нм, по химическому составу которых можно на ранних стадиях выявлять онкологические заболевания, а также оценивать эффективность лечения. В дальнейшем учёные планируют улучшать поверхностную структуру полученных магнитных микрочастиц, чтобы дополнительно повысить их эффективность.

Представлен программно-аппаратный комплекс с обратной связью для прецизионной пространственной модуляции интенсивности лазерного излучения

Исследователи Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха представили новую разработку на XXI Международной конференции по голографии и прикладным оптическим технологиям «Холоэкспо» в секции «Цифровая голография и методы визуализации». Представленная оптическая система может использоваться как для фундаментальных исследований, включающих технологию «оптической печати», разработку аналоговых симуляторов и устройств-оптимизаторов, так и для ряда практических приложений, таких как оптические пинцеты, метрология, оптические линии связи в свободном пространстве и лидары.

Описали звуковую турбулентность

Исследователи из Центра перспективных исследований имени И.М. Кричевера Сколтеха и их коллеги из других научных институтов впервые использовали метод параллельных вычислений на видеокартах для описания звуковой турбулентности. Такое моделирование может проводиться на обычном персональном компьютере, тогда как раньше для подобных задач требовался суперкомпьютер — огромный и дорогой кластер из вычислительных машин. Открытие поможет уточнить модели для прогноза погоды и позволит использовать теорию турбулентности в самых разных областях физики. Например, в астрофизике — для просчитывания траекторий и скорости распространения акустических колебаний во Вселенной.

Перспективные исследования

Школа-конференция памяти Игоря Кричевера

24 июня — 5 июля 2024 года в Пекине состоялась I Международная школа «Интегрируемые системы и алгебраическая геометрия». Мероприятие было посвящено памяти профессора Игоря Моисеевича Кричевера, имя которого носит Центр перспективных исследований Сколтеха. В программный и организационный комитеты школы-конференции вошли сотрудники Сколтеха и Пекинского института математических наук и приложений (BIMSA).

Развитие центров коллективного пользования (ЦКП)

В ЦКП Сколтеха запущено технологическое, сборочное и измерительное оборудование, изготовлена и охарактеризована пассивная и активная компонентная база (от волноводов и дифракционных решёток до термооптических модуляторов), ведётся разработка библиотеки компонентов (PDK) для первых пассивных элементов (волноводов, многомодовых интерференционных делителей различных конфигураций и др.), ведётся разработка макета: источник излучения — интегрально-оптический модулятор — приёмник излучения. Центр исследовательской инфраструктуры Сколтеха включает 6 ЦКП, оснащённых первоклассным оборудованием.

Центр исследовательской инфраструктуры