Следующая остановка — будущее

Попытки «биопечати» жизненно важных органов со сложной структурой (например, почек) пока не увенчались успехом во всем мире. Сейчас процесс можно сравнить с приготовлением сэндвича: один слой клеток последовательно накладывают на другой. Тут и возникает проблема: пока ученые воссоздают верхний слой, нижний уже погибает. Решение этой про­блемы нашли ученые «Росатома». Они разработали более универсальную технологию, которая позволит получить органы любого размера и сохранить их до трансплантации.

Полученный орган создатели называют эквивалентом, хотя по факту он полно­стью идентичен натуральному. Уже есть первые успехи: в этом году ученые создали сосуд и пересадили его кролику — операция прошла успешно. Исследования продолжаются дальше, а к 2033 году планируется выйти уже на клинические испытания.

«Риск отторжения органов минимален — они создаются из клеток пациента, это значит, что иммунная система атаковать их не будет. Обычно мы берем часть слизистой или жировой ткани, но порой для этого нужно сделать человеку дополнительную операцию. Чтобы сократить сроки подготовки к трансплантации, в перспективе мы планируем разработать универсальный материал, который будет подходить большим группам людей», — рассказывает руководитель проекта «Биофабрикация» Егор Плахотнюк.

Сегодня с помощью новой технологии можно выращивать сосуды длиной до 10 см. Их пересадка поможет пациентам, которые страдают от стеноза и атеросклероза (сужения просвета кровеносных сосудов). Дальше ученым предстоит создать полноценную кровеносную систему. «Именно она будет питать органы, которые находятся в биофабрикаторе и ждут пере­садки человеку. Так почка или печень смогут дожить до момента операции», — продолжает Егор Плахотнюк. Ученые не исключают, что в перспективе производство биофабрикаторов можно будет поставить на поток и устанавливать в больницах. «Вы приходите к врачу и узнае­те, что у вас проблема с конкретным сосудом. Всю информацию о нем тут же загружают в устройство, создают новый, и уже на следующий день де­лают операцию», — говорит Егор Плахотнюк. По его словам, впереди еще много этапов испытаний, но уже понятно, что технология может стать прорывом в трансплантологии и серьезно сократить сроки ожидания жизненно важных органов.

Мы привыкли к ресайклу в обычной жизни: носим одежду из переработанного пластика, покупаем стильные вазы или табуреты, которые в прошлом были стеклянными бутылками. Но что, если вторую жизнь можно давать не только бумажным пакетам, но и отработавшему ядерному топливу, получая из него энергию снова и снова? Технологию, которая позволяет превратить эти отходы в ценный источник энергии, называют замкнутым ядерным топливным циклом (ЗЯТЦ). «Представьте, что вы готовите обед и используете только 1 % продуктов, а остальные 99 % выбрасываете. Именно так работают обычные атомные станции — они извлекают лишь 1 % энергии из урана. А замк­нутый ядерный топливный цикл — это мудрый повар, который из вчерашних „остатков“ готовит новые полноценные блюда», — объясняет кандидат технических наук, главный эксперт проекта «Росатома» «Прорыв» Елена Родина.

По словам Елены Родиной, перерабатывается из него менее 15 %. Использовать отходы в качестве источника энергии можно благодаря реакторам на быстрых нейтронах. Такой сейчас возводят в Томской области в рамках опытно-демонстрационного энергетического комплекса — инновационный БРЕСТ-ОД-300. «При делении одного атома урана образуются два-три нейтрона. Один поддерживает цепную реакцию, как огонь в печи, а второй превращает „неделящийся“ уран-238 (которого в природном уране 99 %) в „делящийся“ плутоний-239. Получается парадокс — реактор производит больше топлива, чем потребляет, словно печка, которая создает дрова во время горения», — рассказывает Елена Родина.

Этот процесс может происходить снова и снова, что де­лает реактор похожим на вечный двигатель. Россия станет первой страной, которая к 2030 году покажет технологию ЗЯТЦ в промышленном масштабе.

Название реактора расшифровывается как «быстрый реактор ЕСТественной безопасности», то есть безопасность достигается благодаря законам физики и природным свойствам материалов. Теплоносителем в нем выступает не вода, а жидкий металл, в данном случае свинец. Он имеет очень высокую температуру кипения (1745 °C) и при перегревах не создаст высокого давления пара, что исключает опасность взрывов и потери охлаждения. При контакте с воздухом и водой свинец не горит и не вступает в опасные химические реакции. А при разгерметизации металл быстро застынет. Таким образом, конструкция БРЕСТ исключает тяжелые аварии, которые могут потребовать эвакуации населения.

Если современному суперкомпьютеру поставить задачу создать абсо­лютно новую сложную молекулу с заданными свойствами, то ему могут потребоваться миллиарды лет. Почему? Устройство будет последова­тельно перебирать возможные варианты. В то же время квантовый вычислитель может охватить вниманием сразу все версии решения и справиться с задачей, пока исследователь заваривает себе кофе. С помощью таких компьютеров можно быстрее создавать вакцины, эффективно планировать маршруты при доставке грузов и создавать персонализированную медицину, адаптирующую лечение в соответствии с индивидуаль­ными особенностями человека. Это лишь несколько возможных примеров, а все потенциальные области применения таких компьютеров пока затрудняются перечислить даже ученые. Но в индустрии крепнет уверенность, что уже в ближайшие 5–10 лет полезное квантовое пре­имущество будет достигнуто, а использование квантовых методов решения задач станет повсеместным.

В прошлом году в рамках Квантового проекта «Росатома» специалисты Физического института им. П. Н. Лебедева РАН и Российского квантового центра Илья Семериков, Илья Заливако и Александр Борисенко выступили одними из создателей самого мощного российского квантового вычислителя — 50-кубитного квантового компьютера на ионах. На тот момент подобные процессоры были только у шести стран, включая Россию. «Мы уже опробовали наш компьютер на нескольких простых примерах полезных задач — например, для определения заболеваний легких по рентгеновским снимкам. Но первые масштабные задачи с помощью квантового компьютера можно будет решать, скорее всего, не раньше 2030 года», — говорят разработчики. Дело в том, что пока компьютеры недостаточно точные.

Сейчас мировой рекорд по достоверности квантово-запутывающих операций на ионах — три ошибки на 10 тысяч операций, или 99,97 %. По словам исследователей, нужно добиться одной ошибки на 100 тысяч или даже на миллион операций, тогда и можно будет говорить о масштабируемости компьютеров.

«Мы любим запускать ее ночью или в выходные, когда вокруг меньше шума и виб­раций», — рассказывают созда­тели. Кроме того, чтобы получить полезный ответ, нужно правильно задать вопрос, то есть грамотно спроектировать алгоритм. Это отдельное сложное направление исследований. Но российские технологии быстро развиваются — за пять лет в России создали квантовый компьютер, на который в других странах уходило 15–20 лет. «Ни у кого сейчас нет четкой инструкции, как строить такие вычислительные ма­шины. Это одна из сложнейших задач современной физики», — заключают разработчики.

Северный морской путь — кратчайший судоходный маршрут для перевозки грузов между Европой и стра­нами Азиат­ско-Тихоокеанского региона. Скажем, из Мурманска в Шанхай можно попасть в среднем за месяц. Через Суэцкий канал судно будет идти в 1,5 раза дольше. Сейчас эту артерию исполь­зуют в первую очередь для транспортировки полезных ископаемых, например нефти и СПГ (сжиженного природного газа). Но его эффективность понимают и торговые компании — на судах все чаще перевозят контейнеры, в которых может быть все что угодно — от оборудования и автомобилей до телефонных зарядок и конфет. «Главное преимущество Северного морского пути в том, что акватория СМП находится в экономической зоне Российской Феде­рации. Когда мы сами обеспечиваем судоходство, мы на 100 % уверены в его безопасности. По запросу мы можем помочь любой судоходной компании преодолеть маршрут как с помощью ледокола, так и посредством информационно-навигационного сопровождения с учетом погодных условий и ледовой обста­новки», — отмечает Никита Боев, ведущий специалист отдела оперативного управления флотом Штаба морских операций ФГБУ «Главсевморпути». Для большинства судов навигация по всей акватории СМП доступна с середины лета по середину осени.

«Главное преимущество Северного морского пути в том, что акватория СМП находится в экономической зоне Российской Феде­рации. Когда мы сами обеспечиваем судоходство, мы на 100 % уверены в его безопасности. По запросу мы можем помочь любой судоходной компании преодолеть маршрут как с помощью ледокола, так и посредством информационно-навигационного сопровождения с учетом погодных условий и ледовой обста­новки», — отмечает Никита Боев, ведущий специалист отдела оперативного управления флотом Штаба морских операций ФГБУ «Главсевморпути». Для большинства судов навигация по всей акватории СМП доступна с середины лета по середину осени. Максимально безопасные условия передвижения судов обеспечивают как раз атомные ледоколы, которые способны работать в экстремальных погодных условиях и зимой, и весной.

«Мы уже реализовали несколько сверхпоздних рейсов. Это доказы­вает, что на сегодняшний день атомный ледокольный флот готов к круглогодичной навигации. Наряду с этим мы видим, что государство отмечает увеличение грузопотока и поэтому поддерживает судостроение», — продолжает Никита Боев.