Образование для науки

Образование для науки

Как Университет МИСИС готовит кадры для создания новых технологий и материалов

Перед российскими университетами, участвующими в программе Минобрнауки России «Приоритет 2030», стоит амбициозная цель — стать драйверами развития экономики страны, быть на фронтире науки и высшего образования. Университет науки и технологий (НИТУ) МИСИС вошел в группу лидеров федеральной программы «Приоритет 2030» в рамках базовой и специальной части «Исследовательское лидерство». В вузе ведутся исследования по пяти стратегическим проектам: «Квантовый интернет», «Биомедицинские материалы и биоинженерия», «Материалы будущего», «Технологии устойчивого развития», «Цифровой бизнес», а образовательная модель университета предполагает усиление роли работодателей в разработке и реализации образовательных программ.

Оборудование научно-исследовательской лаборатории сверхтвердых материалов

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

Главной целью программы «Приоритет 2030» заявлено создание к 2030 году более 100 прогрессивных современных университетов — центров научно-технологического развития. Всего, по данным Минобрнауки, в «Приоритете 2030» участвуют 132 университета, а из 110 вузов, получающих базовую часть гранта (рассчитана для проектов, которые позволят университету встроиться в региональную повестку), 48 дополнительно получают еще и его специальную часть: 17 — по треку «Исследовательское лидерство», 31 — по треку «Территориальное или отраслевое лидерство».

Университет науки и технологий МИСИС участвует в программе с 2021 года, при этом в вузе нацелены на сокращение разрыва между наукой и производством — образовательная модель предполагает усиление роли работодателей в разработке и реализации образовательных программ, увеличение объема практической подготовки, внедрение персонифицированного подхода и подготовку конкурентоспособных специалистов за счет интеграции образовательной, научной, инновационной и внеучебной деятельности. Для продвижения по направлению «Исследовательское лидерство» в университете реализуют сразу несколько стратегических проектов: «Квантовый интернет», «Биомедицинские материалы и биоинженерия», «Материалы будущего», «Технологии устойчивого развития», «Цифровой бизнес».

Алевтина Черникова,

ректор НИТУ МИСИС

— Университет МИСИС, опираясь на приоритетные направления — материаловедение, металлургию, горное дело, квантовые технологии, биоинженерию, ИТ,— в рамках госпрограммы «Приоритет 2030» сформировал пять стратегических проектов: «Квантовый интернет», «Биомедицинские материалы и биоинженерия», «Материалы будущего», «Технологии устойчивого развития», «Цифровой бизнес».

В вузе традиционно сильные научные школы по материаловедению, металлургии и горному делу — соответствующие стратпроекты возглавляют ведущие ученые НИТУ МИСИС: д. ф.-м. н., профессор, член президиума ВАК РФ Сергей Калошкин, д. э. н., профессор, член Высшего горного совета России Александр Мясков. В вуз были приглашены известные исследователи, в том числе с мировым именем: д. ф.-м. н., профессор Физического института Технологического университета Карлсруэ в Германии Алексей Устинов, д. м. н., академик, заместитель президента РАН Владимир Чехонин, эксперт РАН Лев Голицын. Концентрация интеллектуального капитала и материально-технических ресурсов позволяет НИТУ МИСИС успешно реализовывать прорывные проекты, решать задачи национального и глобального масштаба.

Кванты в космосе

Лаборатория сверхпроводниковых квантовых технологий

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

В случае с «Квантовым проектом» глобальной целью является переход квантовых технологий из лабораторий в индустрию. Для этого в университете создан Институт физики и квантовой инженерии, в который входят кафедра теоретической физики и квантовых технологий и четыре лаборатории — сверхпроводниковых квантовых технологий, функциональных квантовых материалов, криоэлектронных систем и квантовых информационных технологий. Для разработки и проектирования квантовых схем был создан Дизайн-центр квантового проектирования, запущен пилотный проект «Студенческое проектное бюро», в котором студенты конструируют сверхпроводниковые интегральные микросхемы, кубиты и квантовые процессоры. Университет участвует в реализации дорожных карт по квантовым вычислениям и квантовым коммуникациям, которая курируется «Росатомом» и РЖД.

Исследования в области квантовой физики ведутся в университете уже несколько десятилетий — начало положили нобелевский лауреат Алексей Абрикосов, который 16 лет заведовал кафедрой теоретической физики МИСИС, и привлеченные им физики-теоретики, сформировавшие научную основу того, что сегодня называется квантовыми технологиями. За эти годы квантовые технологии прошли путь от первых экспериментов до демонстрации вычислительного преимущества квантовых компьютеров и индустриальных технологий квантовых коммуникаций. В Институте физики и квантовой инженерии ведутся исследования мирового уровня по всем трем направлениям квантовых технологий: в области квантовых вычислений, квантовых коммуникаций и квантовой сенсорики.

Оборудование лаборатории сверхпроводниковых квантовых технологий

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

Исследователям Университета МИСИС удалось решить ряд ключевых задач в сфере создания квантового компьютера — в частности, они впервые в России продемонстрировали время жизни кубитов-флаксониумов свыше 200 микросекунд — это важный шаг для развития квантовых вычислений на основе новых типов сверхпроводниковых кубитов, которые обладают преимуществами по сравнению со стандартными подходами. Также был разработан, экспериментально подтвержден и запатентован новый метод реализации быстрой двухкубитной операции между сверхпроводниковыми кубитами-флаксониумами. Для того чтобы квантовый компьютер мог работать даже в условиях ошибок, были исследованы новые подходы к кодам квантовой коррекции ошибок. Помимо этого, в Университете МИСИС создают компилятор для квантовых компьютеров, который переводит (то есть компилирует) квантовый алгоритм с высокоуровневого описания в последовательность подходящих элементарных операций — это одна из главных задач на уровне софта на пути к практической реализации квантовых вычислений.

Лаборатория фотонных газовых сенсоров

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

Развиваются университетом и квантовые коммуникации. В июне с космодрома Восточный был запущен спутник «Импульс-1» размерности 6U CubeSat, разработанный НИТУ МИСИС совместно с индустриальным партнером — компанией «КуСпэйс Технологии» — это позволит ученым проводить эксперименты для отработки отдельных элементов спутниковой системы квантовых коммуникаций и классической лазерной связи. Направление активно развивается по всему миру, что дает возможность строить защищенные с помощью квантовых технологий каналы связи даже с удаленными точками.

Биопечать и нейроинтерфейсы

Трехмерный каркас из ауксетических метаматериалов, который может быть использован для имплантатов, протезов и межпозвонковых кейджей

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

Целью стратпроекта «Биомедицинские материалы и биоинженерия» является создание конкурентоспособных на мировом уровне материалов и технологий в области биомедицины для ликвидации разрыва между возможностями современных материалов медицинского назначения и потребностями в улучшении качества жизни.

На базе компании «Конмет», бизнес-партнера по консорциуму «Инженерия здоровья», ученые университета разрабатывают технологию 3D-печати межпозвонковых кейджей. Предполагается, что это позволит вывести спинальные имплантаты на основе нового медицинского сплава на рынок медицинских изделий к 2025 году.

Помимо этого, разработана простая, недорогая и легко масштабируемая методика плазменно-электролитического окисления поверхности титана для придания ей остеокондуктивных, антибактериальных и противогрибковых свойств. Образцы уже были протестированы in vivo в НМИЦ им. Н. Ф. Гамалеи. Полученные научные результаты будут использованы для улучшения функциональных характеристик краниальных (черепных) имплантатов.

Прототип имплантата ушной раковины

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

Также ученые вуза разработали и произвели два типа полимерных систем вывода электродов: чрескожную, для электростимуляции спинного мозга, и остеоинтегрируемую транскраниальную — для стимуляции и записи сигналов головного мозга. Были проведены тестовые имплантации чрескожных систем в минипигов (без электродов) и транскраниальных — в обезьян. Это позволяет заложить основу для разработки нейроинтерфейсов и нейропротезов для выведения данных продуктов на рынок к 2030 году.

В Университете МИСИС проводятся и другие исследования: в том числе — по изучению приживаемости имплантатов ушных раковин на минипигах и по созданию тканеинженерных конструктов, предназначенных для регенерации хрящевой ткани человека, путем экструзионной биопечати коллагеновым гидрогелем и сфероидами из хондроцитов человека (эксперимент проводится совместно с компанией 3D Bioprinting Solutions и ФГБУ «НМИЦ оториноларингологии ФМБА России»). Также была разработана концепция биопечати модели раковой опухоли, предназначенной для тестирования противоопухолевых препаратов и получения более релевантных данных по сравнению с данными на монослое клеток. Эта модель позволит ученым в дальнейшем тестировать на ней различные лекарственные препараты. В свою очередь, из сплава Ti-Zr-Nb был получен порошок для перехода к 3D-печати сплавом с большей биосовместимостью для применения в ортопедии и травматологии.

Первый в России «тканевой пистолет», сшивающий раны биополимерами

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

В начале апреля 2023 года был представлен первый вариант автономного комплекса для биопечати, так называемый тканевой пистолет, который может останавливать кровотечение и запускать регенеративные процессы при ранениях легкой и средней степени тяжести. С учетом рекомендаций хирургов была создана и новая версия тканевого пистолета для заживления ожоговых, резаных и огнестрельных ран.

Владимир Чехонин,

заместитель президента РАН, д. м. н, профессор, научный руководитель стратегического проекта НИТУ МИСИС «Биомедицинские материалы и биоинженерия»

— Программа «Приоритет 2030» позволяет университету сосредоточить ресурсы и принять участие в формировании национальной отрасли биомедицинских материалов. В консорциуме «Инженерия здоровья» создается серьезный научно-технологический задел по направлениям: персонализированная и реконструктивная медицина; радиофармпрепараты, лучевые диагностика и терапия, электрофизические комплексы; активное долголетие. Университет МИСИС готовит специалистов, способных работать с новейшими технологиями и создавать инновационные продукты, которые могут улучшить здоровье и качество жизни людей.

Материалы будущего

Лаборатория перспективной солнечной энергетики

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

Цель проекта «Материалы будущего» — обеспечение растущей потребности производителей в материалах с новыми характеристиками. Ученые НИТУ МИСИС получили прототипы перовскитных солнечных элементов с рекордным КПД — 36,1% для условий низкой освещенности. Разработка важна для автономного питания беспроводных устройств интернета вещей, работающих в тени или внутри зданий. Также были получены детекторы альфа-частиц на монокристаллических перовскитах для персональной и медицинской дозиметрии. Развитие данного продукта важно для решения задач импортозамещения приборной базы. Разработки солнечных элементов ведутся на базе консорциума с участием НПП «Квант», ГБУЗ «НПКЦ ДиТ ДЗМ», АО РСК, «СТВ Телеком», НТЦ ТПТ, ИПТМ РАН и НИИП.

Приоритет экологии

Стандартные образцы углей, созданные в научно-учебной испытательной лаборатории «Физико-химия углей»

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

Еще один стратпроект посвящен технологиям устойчивого развития — он нацелен на создание высокотехнологичных инженерных решений для снижения техногенной нагрузки, в том числе углеродного следа, и формирование комфортной среды для жизни.

В рамках этого направления исследуются образцы угля из Кузбасса — применение разработанного стандартного образца позволяет обеспечивать точность и достоверность результатов измерений содержания элементов, которые определяют уровень негативного воздействия углей и отходов их добычи, переработки и сжигания на окружающую среду, а также экспортную привлекательность угольной продукции по показателям безопасности, действующим в странах Азиатско-Тихоокеанского региона. Эта разработка не имеет аналогов на российском рынке.

Научно-учебная испытательная лаборатория «Физико-химия углей»

Фото: Университет науки и технологий МИСИС

Также ученые университета разработали методику повышения продуктивности сельскохозяйственных культур на закисленных почвах при введении доменного шлама и гранулированного шлака (это актуально для сельского хозяйства в регионах присутствия металлургических производств) и технологию грануляции геополимерного минерального удобрения с комплексом микроэлементов, которые поступают в почву на протяжении всего сезона вегетации сельхозкультур.

Денис Буцаев,

генеральный директор Российского экологического оператора

— РЭО сотрудничает с Университетом МИСИС по стратегическому проекту «Технологии устойчивого развития». Важность взаимодействия наших организаций определяется необходимостью формирования кадрового резерва для экономики замкнутого цикла. Для этого в 2023 году на базе НИТУ МИСИС была запущена программа магистратуры «Инженерные решения для экономики замкнутого цикла». Это первая в России программа по подготовке магистров такого типа. Уверен, наше взаимодействие продолжится и будет своевременно отвечать на все вызовы, связанные с технологиями и цифровизацией отрасли по обращению с отходами.

Цифровые решения для бизнеса

Наконец, цель пятого проекта — «Цифровой бизнес» — обеспечить лидерство вуза в разработке и коммерциализации масштабируемых цифровых решений в области искусственного интеллекта. Для этого в июне в университете был создан научно-образовательный центр «Цифровые решения», в состав которого вошли центр исследования больших данных, центр искусственного интеллекта, а также инфраструктурный центр по развитию интеллектуальных транспортных систем. Приоритетными областями исследований в рамках центра станут NLP и ML, мультимодальные рекомендации, большие языковые модели для обработки и генерации текстов, компьютерное зрение, рекомендательные системы и цифровые двойники в промышленности, а также комплексные системы мониторинга и управления потоками на транспорте.

В НИТУ МИСИС сформирована архитектура платформы для интеллектуального анализа данных и разработки цифровых решений, проведены прикладные исследования в области новых технологий обработки естественного языка. Студенты участвуют в выполнении технологических заказов от индустриальных партнеров вуза (в их числе — «Газпром нефть», «Сплат Глобал», «Геоскан», «Сайберфизикс», «Росатом», ОДК и др.).

Задачи компаний-партнеров размещаются на платформе студенческого технологического предпринимательства «Прайм-тайм», эксперты и представители заказчиков проводят экспертизу предложенных решений.

Александр Крайнов,

директор по развитию технологий искусственного интеллекта Яндекс

— Отрадно наблюдать за развитием исследований и образования в области ИИ в Университете МИСИС. Особенно важно, что университету удается привлекать к сотрудничеству топовых исследователей.

Помимо этого, в рамках федпроекта «Развитие кадрового потенциала ИТ-отрасли» (это часть нацпрограммы «Цифровая экономика») в 2022 году в НИТУ МИСИС был запущен проект «Цифровая кафедра» для обеспечения приоритетных отраслей экономики высококвалифицированными кадрами, обладающими цифровыми компетенциями. Всего с 1 октября 2022 года по 30 июня 2023-го полный курс обучения прошли 610 студентов университета.

В мае этого года Университет МИСИС вошел в шестерку образовательных учреждений (в их числе БФУ имени И. Канта, МАИ, МПГУ, СПГУ, ТГУ), включенных в пилотный проект по совершенствованию системы высшего образования, которая теперь будет включать три уровня: базовое высшее образование (срок обучения составит от четырех до шести лет), специализированное высшее образование (от года до трех), а также профессиональное образование (от трех до пяти лет).

Сергей Салихов,

первый проректор Университета МИСИС

— Участие в программе «Приоритет 2030» способствовало быстрой смене парадигмы образовательной политики Университета МИСИС. Наша ключевая задача как одного из лидеров технического образовании России — максимально погрузить студентов в научно-исследовательскую, инновационную и проектную деятельность. Сегодня студенты НИТУ МИСИС благодаря ряду проектов принимают активное участие в создании конкретных продуктовых решений для различных отраслей экономики России.

Эксперты единодушны в мнении, что одним из самых серьезных вызовов, с которым в России столкнутся формируемые на основе прорывных технологий отрасли, будет вызов кадровый. Руководители отечественной промышленности постоянно подчеркивают, что полноценное формирование любой индустрии потребует большого количества высококвалифицированных кадров.

В НИТУ МИСИС уверены: именно ведущие российские университеты совместно с академическими и бизнес-партнерами должны вести подготовку талантливых и мотивированных ученых и инженеров будущего, которые завтра будут менять мир к лучшему.