- 05 марта 2023 01:41
- Новость
Новосибирские ученые разрабатывают гибкие смартфоны и устройства, которые сделают анализ крови, не прокалывая кожу
Съемочная группа проекта Сиб.фм «Будущее российской науки» продолжает рассказывать о молодых новосибирских ученых и самых интересных разработках, которые ведутся за закрытыми дверями лабораторий Академгородка
Мы отправляемся в Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, чтобы узнать, что придумали ученые, чтобы в сотни тысяч раз ускорить компьютерную память. И как с помощью сенсоров, опытные образцы которых уже проходят испытания, можно будет бескровно и точно определить уровень глюкозы в крови и другие параметры.
Он признается, что когда-то стоял перед непростым выбором: куда поступать после окончания школы. Выбирая между детской мечтой стать врачом-хирургом и возникшим в старших классах интересом к науке и нанотехнологиям, он выбрал нанотехнологии. Он не стал врачом, но его работа тоже связана со свойствами, характерными для человека: он ищет способ улучшить память, только не человеческую, а компьютерную.
«Когда я учился в 8 классе, мне попали в руки две статьи в зарубежном научном журнале. Первая была о связи компьютера с человеческим мозгом. А вторая была посвящена созданию искусственных батареек на основе вирусов табачной мозаики. Эти статьи меня очень воодушевили, и с того времени я больше стал склоняться к тому, чтобы пойти в наноэлектронику и в электронику в целом», - вспоминает научный сотрудник лаборатории наноматериалов и нанотехнологий Института физики полупроводников СО РАН кандидат физико-математических наук Артем Иванов.
Интерес к устройству окружающего мира, по его словам, у него с детства: «У меня всегда были полные карманы камешков, веточек, еще чего-нибудь. Всегда было интересно все посмотреть, поизучать, конечно на детском уровне. Этот интерес сохранился и сейчас, во взрослой жизни, когда я занимаюсь наукой».
Научные статьи, прочитанные в школьные годы, стали отправным рычагом, подтолкнувшим будущего ученого к идее заниматься нейроинтерфейсом. А всерьез он приступил к этому, учась в НГУ.
«На 3 курсе, во время практики, я сказал, что хочу заниматься интерфейсом, и меня направилик научному руководителю, который очень хорошо в этом разбирался. Первые мои работы – бакалаврская и магистерская – были посвящены объединению полупроводниковой нанотрубки с живыми нейронами. В опытах использовались нейроны улиток и мышей. А затем я перешел постепенно к работам по перенесению процессов с живого организма на компьютер, к созданию искусственного аналога живой материи. И в данном случае этим являются мемристоры, которыми я занимался в аспирантуре, а теперь уже, занимаюсь, будучи молодым ученым», - рассказывает Артем Ильич. И добавляет, что мемристор – слово, происходящее от двух английских слов: memory – память, и resistor – сопротивление.
Ученый объяснил, что ячейка памяти – это такой кубик, у которого есть контакты сверху и снизу. Если мы прикладываем внешнее напряжение, мы можем изменить структуру этого кубика. И, в зависимости от того, как у нас поменялась структура в кубике, мы имеем либо логическую единицу – одну форму этого материала, либо логический ноль – другую форму. Можно сделать так, чтобы этих образов было несколько – 2, 3, 4 уровня памяти. И эта вся ячейка называется мемристором.
Дело в том, что ячейки памяти на мемристорахпереключаются, и процессы проходят в них в разы быстрее, нежели в тех ячейках, которые используются сейчас в транзисторах – скорости в тысячи и даже сотни тысяч раз больше. Соответственно, если мы воздействуем на такую ячейку и считываем информацию быстрее, мы получаем выигрыш в энергопотреблении и в скорости работы той электроники, которая создается. В отличие от широко распространённых транзисторов, у мемристора два контакта, что упрощает его изготовление и использование в электрических схемах.
Создавать более совершенные устройства стало возможным благодаря выявлению новых материалов и ранее не известных свойств привычных материалов.
«Сейчас мы живем еще в эпоху кремниевой электроники, и, думаю, мы еще долго оттуда не уйдем, - говорит Артем Иванов. - Но есть материалы, которые превосходят кремний по каким-то параметрам, например, по гибкости или по скорости работы. И сейчас ученые как раз занимаются поиском новых структур, материалов, которые позволят либо улучшить электронику, которая есть, совмещая ее с кремниевой электроникой, либо создать что-то новое, отдельное от кремниевой электроники».
Эти материалы, по словам исследователя, позволят, помимо увеличения скорости приборов, сделать следующий шаг - создать гибкую и носимую электронику. Сейчас, говорит Артем, технологии целенаправленно движутся именно в этом направлении. Почему?
Как мы знаем, смартфоны, которые используют сейчас – твердые.Их не сожмешь, не сложишь пополам, не обернешь вокруг руки. А ученые ищут такие материалы, которые можно было бы использовать для создания гибкихгаджетов. Во-первых, такие гаджеты будут более удобными в использовании: они будут занимать меньше места, их можно будет легко носить в сумке и так далее. Во-вторых, вкупе с другой разработкой новосибирских ученых, это может использоваться для создания портативных медицинскихприборов или мобильных приложений, которые будут бескровно и при этом с высокой точностью определять уровень сахара, гормонов, адреналина и других веществ в крови человека. Такие приборы могут использоваться как в медучреждениях, так и обычными пользователями в домашних условиях.
«Другое очень интересное направление – это сенсоры, которые можно размещать на теле человека, допустим, на коже, и получать информацию о составе пота, уровне глюкозы и других параметров, которые важны для оценки состояния и самочувствия человека, - говорит об этом исследовании Артем Иванов. - Такая носимая электроника позволяет, например, в течение суток контролировать уровень сахара. На сегодняшний день существуют лабораторные образцы».
Надо ли говорить, как полезны будут такие приборы для, например, диабетиков или спортсменов. А еще для детей и людей, которые панически боятся уколов.
«Большинство сенсоров - измерителей крови, которые предлагаются сейчас, предлагают делать прокол на коже и смотреть кровь капиллярную или венозную, если кровь берется из вены. Наши сенсоры будут малоинвазивны, они будут считывать информацию с кожи, не будет необходимости делать проколы», - поясняет ученый. По его словам, эта тема очень популярна в мире: только за 2022 год было опубликовано более 7000 статей.
Однако сенсоры, которые придумали в Новосибирске, уникальны: их печатают по простой технологии, для которой не требуется каких-то сложных дорогостоящих операций. «Мы пытаемся сделать технологию проще, дешевле и удобнее для человека в плане использования», - подчеркивает Артем.
На наших глазах Артем Иванов печатает образец сенсора. Принтер, создающий эти чудодейственные устройства, очень похож на обычный принтер. Все дело в чернилах. Чернила или суспензию для печати таких сенсоров новосибирские ученые делают сами из природного графита, который с помощью специальных физико-химических методов расщепляется до тончайшего слоя, по толщине состоящего всего из одного атома. Этот материал называется графеном.
«Мне хочется найти свою нишу в науке, так, чтобы дать человечеству полезное, интересное, сделать жизнь проще, улучшить качество этой жизни», - говорит о том, как видит цель своей работы молодой ученый.
Наверное, потому, что он сам очень любит жизнь. Общаться с ним необыкновенно интересно. Он выращивает клубнику, орхидеи и азалии.А любовь к физике и медицине в нем соседствует с серьезным увлечением литературой и искусством.
«Я стараюсь быть человеком разносторонним, потому что для того, чтобы заниматься наукой, нужно много знать, много уметь делать, во многом разбираться. Я люблю читать, хочу попутешествовать по миру. Мне нравится архитектура, искусство, нравится смотреть, как живут люди других стран. Как они смотрят на этот мир, в отличие от нас. Можно часами рассматривать архитектуру, скульптуры, средневековые замки, и как красиво разбиты сады возле этих замков. Потому что во все это человек вкладывает свой ум, вдохновение, силы, и это сохраняется и поддерживается на протяжении веков. Это очень интересно» - поделился Артем.
А еще, он признается, что хотел бы научиться видеть мир глазами серьезных художников и скульпторов: «Потому что иногда смотришь на картины, например, Босха, где совмещено очень много элементов, очень много небольших объектов, и интересно, как это все создает целую картину. Или скульптуры, где тоже очень много нюансов, которые создают образ. Умение понимать то, как художники или скульпторы видят в будущем свою задумку - это бы мне очень помогало видеть то, чего я хочу от науки в целом в будущем».
Чувство юмора, философский взгляд на жизнь и какая-то удивительная человеческая мудрость помогают молодому ученому преодолевать трудности, без которых невозможно прожить жизнь.
«К трудностям я стараюсь подходить философски, - говорит Артем Иванов. - И хочу быть похожим на мячик: когда мячик ударяют об пол, он подпрыгивает, причем, чем сильнее его ударяют, тем выше он подпрыгивает. Это образ, который позволяет извлекать полезное из тех трудностей, которые мы преодолеваем.Я поддерживаю себя тем, что правильно себя настраиваю и извлекаю пользу и какие-то навыки из того, что у меня уже было в жизни».
По словам молодого исследователя, он не мог бы представить себе ни дня без работы над собой: «Поскольку каждый человек – это сложная организованная система, которая требует доработки, развития. Если оставаться на одном месте, то рано или поздно самому станет сложно или не интересно».
А для успеха в науке, считает он, нужна целеустремленность, нужно быть личностью, иметь свою точку зрения и не сдаваться, идти к своей цели, к своей мечте. Артем Иванов, безусловно – личность. Личность яркая и интересная. Поэтому нет никаких сомнений в том, что его цели и мечты обязательно осуществятся.
поделиться
поделиться
Рекомендуем:
Популярное
От инспекторов и штрафов не будет отбоя: с 1 августа 2025 года в России ужесточат правила дорожного движения
«Идеальный шторм» для мобилизации: названы два фактора, которые сделают ее неизбежной осенью 2025-го
Будет ли новая волна мобилизации: стало известно, как отразится новый призыв на стране
В Новосибирске с 1 августа вводятся новые штрафы для водителей
В Новосибирске обсуждают возможность второй волны мобилизации для СВО
Последние новости