Перспективы диверсификации результатов научных исследований в Тульском государственном университете

УДК611.08; 622.014.1

ПЕРСПЕКТИВЫ ДИВЕРСИФИКАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ТУЛЬСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ

М.В. ГРЯЗЕВ, В.Д. КУХАРЬ, А.А. ХАДАРЦЕВ*

В статье предлагается рассмотреть, в том числе и выполнение фундаментальных и прикладных исследований в области создания новых медицинских технологий и экобиотехнологий, исследований экосистем, внедрения высоких технологий в живых системах для повышения качества и продолжительности жизни населения. Ключевые слова: перспективы, новые медицинские технологии и экобиотехнологии

1. Общие вопросы. Тенденции развития отечественного оборонно-промышленного комплекса базируются на мировом опыте и российских достижениях прошлых лет. Реализованный на практике принцип создания научно-производственных объединений позволил создать научно-промышленный комплекс, в том числе в Тульской области, который удерживает лидирующее положение в области производства образцов высокоточного оружия. Разработка перспективных образцов вооружения, опережающих мировой уровень и защиты от его воздействия, требует проведения системных фундаментальных и прикладных исследований на основе комплексного подхода в их решении.

Научно-производственная интеграция неполноценна без образовательного компонента. Наука, образование и производство - триединая сущность прогресса, взаимодополняющая и взаимообусловленная. Представляется целесообразным обеспечить участие Тульского государственного университета в конкурсе на получение статуса национального исследовательского университета, а также создание под эгидой Российской академии наук (РАН) регионального Центра системных исследований в технике, приборостроении (оборонная компонента), медицине и биологии (социальная компонента) для реализации основных направлений:

- совершенствования оборонной техники и технологий и разработка новых, в т.ч. на основе результатов медикобиологических исследований;

- использования результатов разработок оборонной техники для создания новых медико-биологических технологий.

В рамках этого центра возможно научное объединение лидеров оборонных предприятий Тульской области («Сплав», «КБП», «Стрела», других высокотехнологичных производств) с Тульским государственным университетом (ТулГУ), давно уже имеющим с ними общие научные и образовательные интересы. Объединение возможно по типу холдинга, деятельность которого как проблемно ориентированной системы в целом и его подсистем может быть четко очерчена. Появится возможность оптимального использования имеющихся научных заделов всех подразделений холдинга с их практической реализацией. Близость научных задач, итоги НИР и ОКР могут быть проиллюстрированы следующим образом. Имеются две тенденции в развитии военной техники и технологий:

- создание «летального» оружия (от ядерного до стрелкового), имеющего целью уничтожение живой силы противника;

- создание «нелетального» оружия, имеющего целью выведения из строя на временной период живой силы противника.

За рубежом создание нелетального оружия хорошо финансируется, и оно ставится на вооружение. При этом возникает необходимость уже сейчас разрабатывать системы защиты от этого оружия. В этом направлении тульские научные медикобиологические школы имеют достижения, которые могут быть продолжены в рамках центра совместными усилиями при соответствующей заинтересованности оборонного ведомства и МЧС.

Перспективные исследования кафедр ТулГУ, занимающихся оборонной тематикой, могут явиться также основой разработки новых биомедицинских технологий. Кроме теоретического выхода, изменения образовательных задач при подготовке специалистов, реальна и коммерческая заинтересованность всех сторон в связи с необходимостью выпуска жизненно необходимой продукции. Это тем более актуально, что есть предпосылки развития медицинской промышленности, приборостроения.

В 90-х годах прошлого столетия в странах с развитыми военными технологиями (в первую очередь в США и России) были развернуты исследования по разработке и внедрению специальных военных средств, которые позволяют вести боевые действия и существенным образом помогают добиваться успехов в бою, не нанося лишних потерь живой силе и материальным ценностям противника. Материалы сайта http://legion.wplus.net и http://ru.wikipedia.org относят к нелетальному оружию со специфическими воздействиями на живые и неживые цели: лазерное оружие; оружие на базе инфразвуковых генераторов; оружие, создающее электромагнитный импульс неядерного происхождения; оружие, основанное на действии веществ, способных разру-

* Тульский государственный университет

шать (нейтрализовать) материал основных элементов боевой техники (изменение структуры металла, жидкости и т.п.).

Нелетальное оружие (Non - Lethal Weapons - NLW, Less Than Lethal Weapons - LLW) позволяет добиться необходимого результата в ситуациях, когда использование не только ядерного, но и классического оружия было бы по разным причинам (политическим, этическим, моральным, экологическим) нежелательно. Ряд систем нелетального оружия находит свое применение не только в армии. Высокая эффективность таких систем основана на их специфических действиях: неожиданности, отсутствием рационального объяснения, неподготовленностью к применению такого оружия и отсутствием эффективных средств обороны.

Нелетальное оружие применяется не только против живых целей, но и для того, чтобы вывести из строя боевую технику и объекты, необходимые для ведения боевых действий, а при воздействии на боевую технику - поражаются лишь ее отдельные функции. Нелетальное оружие отличается от классических вооружений использованием для ликвидации целей специфических факторов, которые воздействуют на человека, ограничивая его способности (внимание, мышление, способность принятия решения, движение) путем воздействия негативных импульсов на органы чувств (от раздражения, обострения болевого восприятия, временной потери зрения, потери равновесия и координации движения до потери сознания). Применяются также обездвиживающие средства (специальная пена, клей или сетки). Возможно непрямое воздействие, когда нарушаются жизненные или рабочие условия, выводятся из строя жизненно необходимые системы (источники энергии, системы пищевого снабжения, средства коммуникации, системы наблюдения и наведения и т.п.).

Нелетальное оружие представляет серьезную альтернативу не только ядерному оружию, но и распространенному классическому. Оно отвечает международным требованиям гуманизации вооруженного боя (таковы современные тенденции), что позволяет ожидать значительного всплеска в его развитии и массовом применении. С трансформацией требований к роли вооруженных сил в рамках миротворческих операций (или невоенных операций

- OOTW - Operations Other Than War), подавления беспорядков и демонстраций в гражданском секторе постепенно меняются требования и к структуре вооружения, и к характеру систем вооружения, среди которых нелетальное оружие может сыграть незаменимую роль. Существенное место ему уделяется и в рамках военных операций НАТО. В 1999-м году Советом НАТО утверждены основы для принятия нелетального оружия на вооружение альянса. Развитие и применение нелетального оружия имеет определенные юридические аспекты, оно должно соответствовать Женевской конвенции, являющейся основой международного военного права. Не все нелетальные системы отвечают требованиям международных конвенций. Например, протокол ООН непосредственно запрещает применение лазерного ослепляющего оружия. В исследовании и развитии технологий нелетальных вооружений за последние годы заметных успехов добились США, которые в отличие от России, где, вероятно, также проводятся разработки подобных систем, достаточно широко информируют общественность и специалистов о результатах своих разработок. Кроме того, армия США первой использовала нелетальное оружие в вооруженном конфликте в Персидском заливе в 90-х годах прошлого столетия.

Нелетальное оружие сегодня считается наиболее приемлемым средством (за рамками переговорного процесса) для решения локальных конфликтов, вызванных расовыми, этническими или религиозными противоречиями и часто мотивированными властными и экономическими интересами конкретных групп. При подавлении подобных конфликтов используются миротворческие силы, задачам которых наиболее соответствует именно нелетальное оружие. Нелетальные системы должны найти свое применение в отношении повстанческих групп и вооруженных банд, особенно в местах с высокой концентрацией людей.

С возрастающей угрозой террористических атак все большее значение приобретает тенденция поступления нелетального оружия на вооружение специальных антитеррористических подразделений, для использовании в антитеррористических операциях, особенно в городах. Имеется возможность вооружения нелетальным оружием сил правопорядка для усмирения гражданских беспорядков и демонстраций.

Контактные системы, воздействующие непосредственно на живые цели, на основе физических принципов воздействия на объекты делятся на несколько групп. Первая группа характеризуется действием механических элементов (специально разработанных резиновых пуль) с ограниченной кинетической энергией, что вызывает при применении сильные болевые ощущения. Реже используются контактные системы, действующие на человека электрической энергией (электрический разряд).

Бесконтактные системы, действующие на живые цели без прямого контакта ограниченным уровнем иных видов энер-

гии - световой, тепловой, акустической - создают вокруг человека физическое поле и вызывают раздражение органов чувств, делая пребывание человека в определенном месте невыносимым. Это - раздражающие химические вещества, воздействующие на горло-носовые рецепторы, слизистую поверхность и кожу, вызывающие интенсивное раздражение, результатом которого является невозможность продолжать предшествующую деятельность. Для временного «выключения» наиболее агрессивных объектов может применяться и наркотическое оружие.

Обездвиживающие системы - ограничивают (контактным способом применения) двигательные способности объекта -суперклей, специальные пены, выстреливающиеся сети и т.п. Эти системы считаются «чистым» нелетальным оружием, т.к. их применение не может угрожать здоровью человека. Американская морская пехота использует опрыскивание поверхности скользким материалом, делая невозможным движение людей и транспорта, что предназначается для охраны объектов.

Специальные подразделения и полиция сегодня уже могут применять для остановки нападающих облегающее вещество, которое делает практически невозможным движение людей и транспорта в течение нескольких часов. Вещество наносится либо со специальных машин (покрывается 1 га поверхности), или с переносных устройств (покрытие - 2 акра). Однако в случае прямого попадания на человека применение такого средства способно приводить к летальному исходу в результате удушения: случайное попадание на лицо перекрывает дыхательные пути.

В группе нелетального оружия, предназначенного для поражения неживых целей, выделяется оружие, излучающее электромагнитные волны в различных частях спектра, которое используется в радиоэлектронном и информационном бою. Заслуживают внимания такие виды нелетального оружия, как оптическое, микроволновое, акустическое.

Нелетальное оружие подразделяется:

- по характеру нейтрализующих факторов, их энергетические уровни или дозы ограничены: механические, электрические, оптические, радиоактивные, акустические, химические, биологические, комбинированные.

- по характеру носителей: стационарное, мобильное, наземное, воздушное, морское, космическое.

- по назначению: индивидуальное, тактическое, стратегическое, глобальное.

- по дальности: контактное, очень малой дальности (метр -десятки метров), малой дальности (сотни метров - несколько км), средней дальности (до 100 км), большой дальности (>100 км), максимально большой дальности (тысячи километров и более).

- по характеру целей: против живой силы, с прямым действием, с непрямым (например, генетическое оружие), против боевой техники, в отношении строений, систем коммуникации, пищеводов, против окружающей среды (геофизическое оружие).

Описание оружия: травматическое оружие самообороны, в частности, пистолеты «ОСА» и «Макарыч».

- Звуковое оружие - принцип действия основан на излучении звуковых и инфразвуковых волн определённых частот. Представителем такого вида оружия можно считать LRAD (Дально-действующее Акустическое Устройство). Разработана американской компанией American Technology Corporation для применения военными и полицией. Эта звуковая пушка способна влиять на поведение толпы, настраиваться на отдельно избранного человека среди людей, транслировать исключительно ему одному звук прямо в голову, а также влиять на команды кораблей (командиров?) противника, очищать здания от террористов и т.п.

- СВЧ-оружие нарушает работу головного мозга и центральной нервной системы, человек слышит несуществующие шум и свист. Один из представителей такого вида оружия -Active Denial System (Система Активного Отбрасывания) разработан для американской армии и представляет из себя мощный СВЧ-излучатель. Установка ADS излучает направленную энергию в диапазоне миллиметровых радиоволн, которая оказывает кратковременное шоковое воздействие на людей на расстоянии до 500 м. Пентагон провёл сертификационные испытания установки ADS на добровольцах, которые при облучении испытывали болевой шок и рефлекторное стремление немедленно скрыться из зоны поражения (так называемый «Goodbye effect»).

- Стреляющий мегафон - внешне действительно напоминает мегафон, внутрь которого, даже не сгибаясь может войти человек. Мощные импульсы с частотой от 2 до 3 тысяч герц, мощностью 150 децибел. Звук такой мощности вполне может произвести устойчивое повреждение органов слуха. Люди находящиеся недалеко от данной пушки теряют самообладание, появляется страх, головокружение, тошнота. На близком же расстоянии - психическое расстройство, разрушение внутренних органов. Используются для разгона толпы, вызова паники в воинских подразделениях, защиты объектов от посторонних.

- Светошумовые гранаты - выполнены на основе горения пиротехнических средств и создания низкотемпературной газовой плазмы: человек слепнет на 30 с, а теряет слух на 5 часов.

Современные исследования по использованию частотного электромагнитного вооружения, очевидно, явились продолжением развития нейтронного оружия. Огромный заряд радиации электромагнитного спектра, ставший результатом детонации нейтронного механизма наносит вред системам коммуникаций. Тестирование показало общую сумму аномалий всех систем, случившихся на ряде военных авиа-морских судов региона Бермудского треугольника, способных быть скопированными посредством эффектов электромагнитных импульсов (ЕМР).

Электронные цепи являются весьма чувствительными к помехам со стороны внешней электромагнитной радиации, и при скромном ЕМР-заряде данные цепи способны испытывать мощную перегрузку и даже электрически расплавиться. Подобно этому и человеческий мозг, производящий очень низкоинтенсивное электромагнитное поле (ТМБ), может быть перегружен и получить подрыв электрохимических процессов, происходящих в нем. Этот результат способен вызвать любую форму отклонений, включая частичную потерю памяти, внедренное внушение, потерю сознания, приступ припадка и (или) комы.

2. Интеграция направлений и тематики выполненных в ТулГУ фундаментальных и прикладных исследований и планируемых на перспективу:

- Разработаны процессы и технологии нанесения многослойных ионно-плазменных покрытий на поверхности приборов и приборных инструментов.

- Разработаны комплексные электротехнологии изготовления специальных инструментов и формирования поверхностных элементов на плоских и фасонных поверхностях.

- Созданы технологии и разработано оборудование для скоростного электролитического макро- и микроформования объектов с заданными или программируемыми физико-химикомеханическими и геометрическими характеристиками.

Применение: медицинский инструментарий для хирургии.

- На основе исследований по электрохимическому утонению металлических фольг изготовлены детали из металлической фольги для формирования панелей солнечных батарей космических аппаратов, успешно испытанные в космосе на академическом спутнике «Татьяна».

Применение:источники питания медицинской аппаратуры в спорте, в боевой обстановке, на малообжитых территориях.

- Фундаментальные и прикладные исследования самоорганизующихся активных объектов для имитационных систем и автономных машин и аппаратов.

- Математическое моделирование и управление параллельными процессами в мехатронных и робототехнических комплексах.

Применение: биомедицинские тренажеры и системы робототехники.

- Разработка методологии обеспечения отказоустойчивости цифровых систем управления.

- Разработка автоматизированных микропроцессорных информационно-измерительных и информационно-управляющих систем и комплексов.

Применение: диагностическая аппаратура для анестезиологии, реаниматологии, спортивного контроля.

- Разработка математических методов теории распознавания образов, анализа массивов упорядоченных данных на основе вероятностных марковских моделей, специальных методов глобальной оптимизации для обработки сигналов и изображений.

Применение:диагностические медицинские системы для обработки сигналов и изображений, в т. ч. для военной медицины.

- Теория взаимодействия высокочастотных электромагнитных полей с живым веществом.

- Теории внешнего управления деятельностью функциональных систем организма.

- Биофизические основы немедикаментозных и сочетанных управляющих воздействий на биосистемы и организм человека.

- Биофизикохимическая теория взаимодействия электромагнитных полей нетепловой интенсивности с биообъектами.

- Теория взаимодействия киральных электромагнитных полей с биообъектами.

- Дистанционное управление сном и бодрствованием воздействием электромагнитного излучения, модулированного 8-волнами естественного сна.

- Исследование регуляции ферментов (пепсина и др.) при воздействии на организм право- и левовращающихся магнитных полей.

- Исследование генезиса репродукции млекопитающих в поколениях Р2..Т10 при воздействии на родительскую пару (Т1) низкоинтенсивных высокочастотных электромагнитных полей и магнитных полей.

Применение: нелетальное оружиея и способы защиты от

него.

- Создание теоретических основ систем автоматизированного экологического мониторинга территорий с высокой антропогенной нагрузкой; разработка математических моделей полей загрязнения промышленно развитых территорий с учетом оценки информации систем непрерывного экологического мониторинга, методов структурирования систем мониторинга и увязок элементов распределенных систем экологического мониторинга, методов решения оптимизационных задач по критерию затрат при формировании сети, выбора критериальных оценок точности восстановления полей загрязнения атмосферы; модели полей загрязнения атмосферы с учетом воздействия источников.

- Создание пространственных вероятностных моделей чрезвычайных ситуаций, исследование закономерностей их развития, связанных с аварийным выбросом химически опасных веществ.

- Разработка программных модулей, реализованных в гео-информационной среде AutoCAD Map 2000i на электронной цифровой карте Тульской области, для информационной поддержки принятия управленческих решений по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций, возможных при разливе аварийно химически опасных веществ.

- Создана теория взаимодействия высокочастотных электромагнитных полей с живым веществом.

- Установлены основы теории внешнего управления деятельностью функциональных систем организма.

Применение: контроль за эффектами нелетального оружия.

- Разработаны тренажеры дыхательной мускулатуры на вдохе и выдохе (5 вариантов).

- Создан аппаратно-программный комплекс для наружного массажа грудной клетки, вибрационно-импульсного воздействия и лазерной предстимуляции.

Применение: подготовка космонавтов и летчиков.

- Ультразвуковой допплеровский анализатор портативный с записью информации на микрочип, наличием звукового контроля, и программно-аппаратный ультразвуковой комплекс для диагностики деятельности системы кровообращения и создания баз данных.

Применение: контроль функций в авиационной медицине, космонавтике.

- Применение нанотехнологий при изготовлении деталей, применяемых в специзделиях.

Применение:производство медицинского инструментария

- Исследование взаимодействия различных типов ударников с энергетическими материалами.

Применение: аппараты вибрационно-импульсного воздействия для лечения, восстановления и профилактики заболеваний.

- Разработка полной теории микромеханических навигационных приборов.

- Установление фундаментальных зависимостей для совершенствования малогабаритных гравиинерциальных комплексов.

- Разработка автоматизированных микропроцессорных информационно-измерительных и информационно-управляющих систем и комплексов.

Применение: управление миниатюризированным робототехническим лечебно-диагностическим устройством.

- Оценка критичности состояния материала в микрообъемах пиковых напряжений и прогнозирование на этой основе поведения промышленных объектов.

Применение: перенос на живые объекты.

- Создание отказоустойчивых и параллельных цифровых систем управления с применением математического аппарата сетей Петри - Маркова.

- Самоорганизующиеся активные объекты для имитационных систем и автономных машин и аппаратов.

- Исследования и разработка методов эволюционного моделирования систем на основе генетических алгоритмов.

Применение: разработка медицинских тренажеров.

- Создание основ и методов технологического мониторинга энергопотребления производственных систем, алгоритмов управления и технических средств, обеспечивающих экономию ресурсов при неопределенности действия внешних факторов.

Применение: оптимизация энергопотребления медицинской аппаратуры военной и гражданской медицины.

- Развитие теории управления жизнедеятельностью биологических и медицинских систем с позиции синергетики.

- Информационно-термодинамические аспекты жизнедеятельности.

- Биофизическая и физиологическая теория взаимодействия низкоинтенсивных магнитных полей с биообъектами.

- Теория поддержания киральной асимметрии биоорганиче-ского мира.

- Основы электродинамики и информатики живых систем.

- Информационная виртуальная реактивность и процессы

жизнедеятельности.

- Информационная теория вирусов.

- Исследование канцерогенеза в потомствах млекопитающих, облученных неионе-зирующим излучением (низкоинтенсивное электромагнитное поле, магнитное поле).

- Исследование жизненных функций организмов млекопитающих, подвергнутых воздействию многовекторных магнитных полей (3-мерных вращающихся, импульсных бегущих и пр.).

- Исследования пространственного патофизиологического и трансгенного переноса биоинформации между биообъектами в проходящем электромагнитном излучении.

- Исследование управляющего воздействия модулированн-ным электромагнитным излучением на основные энцефалоритмы млекопитающих.

- Исследование воздействия магнитных полей на динамику микроциркуляции крови млекопитающих.

- Разработка методик проектирования аппаратуры и систем КВЧ-терапии и магнитотерапии в структуре замкнутых по обработанным связям биоуправляемых контуров, обеспечивающих минимум сопутствующих патогенных эффектов.

- Создание методик выполнения процедур КВЧ-терапии и магнитотерапии с минимизацией патогенных воздействий.

- Разработка серии аппаратов вихревой магнитотерапии.

- Разработка биоуправляемой аппаратуры КВЧ-терапии и магнитотерапии, используемой для лечения по конкретным патологиям (терапевтическая стоматология и др.).

- Разработка метода диагностики состояния дыхательной системы пациента при подаче тестирующего воздействия.

- Моделирование процессов в биотехнической системе «пациент - аппарат» при проведении лечебно-оздоровительных воздействий на органы дыхания;

- Разработка математической модели биотехнической системы диагностики и лечения нарушений зрительных функций.

- Исследования возможности применения бактериальных клеток как основы аналитических биосенсорных систем для быстрого обнаружения ксенобиотиков.

- Разработка способа представления биометрических характеристик в терминах единого класса математических моделей содержащейся в них информации.

- Разработка радиолокационного комплекса экологического мониторинга малодоступных районов и промышленных зон.

- Развитие теории систем автоматизированного экологического мониторинга состояния атмосферы регионов с высокой антропогенной нагрузкой, позволяющей снизить риски возникновения техногенных чрезвычайных ситуаций.

Применение: способы защиты от нелетального оружия и самого нелетального оружия.

Заключение. В рамках планируемых: национального исследовательского университета, регионального Центра системных исследований - можно реализовать направления деятельности:

1. Проведение системных и прикладных исследований в области разработки и производства приборов, предназначенных, в том числе, для усиления оборонного потенциала страны, защиты от поражающих факторов нелетального оружия.

2. Фундаментальные и прикладные исследования в области разработки новых конструкционных материалов, технологий и экологически чистых технологий, повышения характеристик материалов, включая разработку и внедрение нанотехнологий, для рогста конкурентоспособности отечественной продукции.

3. Системные и прикладные исследования в робототехнике (на макро-, микро- и наноуровне), в автоматизации производства, в разработке производственных информационных технологий, направленных на уменьшение доли ручного и механизированного труда и рост производительности с целью уменьшения негативных производственных последствий демографического кризиса.

4. Выполнение фундаментальных и прикладных исследований в области создания новых медицинских технологий и экобиотехнологий, исследования экосистем, внедрения высоких технологий в живых системах для повышения качества и продолжительности жизни населения.

5. Обеспечение коллективного использования имеющегося дорогостоящего аппаратного, программного и другого технического и технологического оборудования.

THE PROSPECTS TO DEVERSIFICATIONS OF THE RESULTS OF SCIENTIFIC STUDIES IN TULA STATE UNIVERSITY

M.V. GRYAZEV, V.D. KUHAR', A.A. KHADARTSEV Tula State University

In the article is offered to consider execution of fundamental and applied studies in the field of creation of new medical technologies and ecobiotechnologies, studies of ecosystems, introducing the high technologies in alive system for increasing quality and life expectancy of the population.

Keywords: new medical technologies and ecobiotechnology