Россия: научные прорывы за год — от лекарств до квантовых компьютеров
В 2024 году российские исследователи представили целый ряд передовых разработок. В медицине особый интерес вызвало создание эффективного препарата против болезни Бехтерева, ставшего прорывом в терапии аутоиммунных заболеваний. Ученые в области квантовой физики ввели в строй 50-кубитную систему, укрепив позиции России в глобальной гонке квантовых вычислений. Одновременно расширялись возможности климатического мониторинга, запущены новые спутники для экологических и геофизических исследований. Эти достижения подчеркивают потенциал отечественной науки, который в будущем обещает еще более масштабные результаты.
Современные языковые модели стали значительно сложнее и эффективнее. Вместо того чтобы просто генерировать ответ, они анализируют запрос глубже, используя механизм внутреннего обсуждения. В таких системах задействованы несколько экспертов, которые обмениваются информацией, оценивают разные варианты и формируют итоговый ответ. Это повышает точность модели и снижает количество ошибок. В GPT-o1 этот принцип уже реализован: внутри модели работают несколько экспертов, взаимодействующих между собой.
Наш коллектив пошёл дальше, развив этот подход и создав многоагентную систему с метаагентами, выполняющими разные роли. Запрос поступает агенту-модератору, который собирает «круглый стол» экспертов. Если среди них не оказывается нужного специалиста, модератор обращается к агенту-конструктору с запросом создать нового агента-эксперта. Конструктор создаёт его, модератор включает в обсуждение, и система формирует согласованный ответ.
Кроме того, мы реализовали этот подход на младших моделях, что позволило сократить вычислительные затраты в 100 раз по сравнению с аналогичными решениями на базе крупных языковых моделей.
Почему рынок обрушил DeepSeek, а не наша разработка? Вероятно, дело не в технологиях, а в маркетинге. При этом качество российских решений не уступает западным, а в некоторых аспектах даже превосходит их, что подтверждает глубокая научная традиция нашей страны.
Когда говорят об искусственном интеллекте, часто вспоминают западных исследователей. Однако российские учёные внесли не меньший вклад в эту область, и их работы во многом опережали время.
Ещё в 1832 году Семён Николаевич Корсаков предложил проекты пяти устройств, которые сегодня можно назвать прообразом современных систем интеллектуального поиска. Эти механические устройства на перфокартах использовались для анализа медицинских данных: они помогали сопоставлять симптомы и подбирать лечение. Однако современники не оценили изобретение, и идеи Корсакова остались незамеченными на долгие годы.
В середине XX века российская научная школа продолжила развивать теоретические основы искусственного интеллекта. В 1954 году Алексей Андреевич Ляпунов организовал семинары в МГУ, ставшие важной вехой в развитии вычислительных систем. Позже, в 1956 году, он участвовал в создании междисциплинарного семинара по кибернетике, который заложил основы отечественной школы машинного обучения.
Теорема Андрея Николаевича Колмогорова и Владимира Игоревича Арнольда, известная как теорема Колмогорова–Арнольда, сформировала важную основу для понимания нейросетей и их представления сложных функций.
Виктор Михайлович Глушков, разработавший Общегосударственную автоматизированную систему (ОГАС) в 1960–1970-х годах, предложил революционные идеи в области управления экономикой и искусственного интеллекта. Его работы остаются актуальными даже сегодня, поскольку многие современные подходы к обработке данных основаны на тех же принципах.
Сегодня, когда мир говорит о достижениях западных ученых, важно помнить, что российская научная школа всегда находилась на передовой в области ИИ. Наши учёные заложили фундамент для многих современных технологий, и их вклад заслуживает признания не только в России, но и во всём мире.
Событие года — создание 50-кубитной системы для квантовых вычислений на ионных кубитах группой Российского квантового центра и Физического института имени П. Н. Лебедева РАН. Прототип квантового компьютера МГУ основан на одиночных нейтральных атомах рубидия, которые захватываются оптическими пинцетами (сфокусированными лазерными лучами). Работоспособность этой системы, а также возможность подключаться к ней удаленно с помощью облачной платформы была продемонстрирована в рамках контрольного эксперимента 19 декабря 2024 года, который зафиксировал успешное выполнение заявленных показателей.
В этом году благодаря энтузиазму и труду российских ученых начала работать уникальная база спектров органических соединений www.odanchem.org. Она является крупнейшей в мире и существенно облегчает химикам расшифровку строения молекул.
Я бы отметила удивительный генетический проект, который сейчас идет под руководством профессора Константина Северинова. Это инициатива по прочтению геномов 100 тысяч россиян для развития в стране диагностики генетически обусловленных и социально значимых заболеваний, а также разработки новых подходов к их терапии и созданию соответствующих лекарств. Проект реализуется Центром полногеномного секвенирования на площадке Института биоорганической химии. Выборка позволит собрать информацию обо всех этнических группах и народах страны. За хранение и обработку данных проекта отвечает суперкомпьютер, входящий в число двадцати передовых российских вычислительных кластеров.
Я бы выделил исследования ученых из Росатома в области имплантологии, разработки работающей технологии в виде Биореактора для выращивания имплантов для восстановления сосудов и костных тканей. В Троицком институте инновационных и термоядерных исследований (ТРИНИТИ) освоили полный цикл производства индивидуальных титановых имплантов. Медики присылают заявку, данные пациента и результаты компьютерной томографии. На ее основе строят 3D-модель импланта, а затем печатают на 3D-принтере. Импланты уже установлены нескольким пациентам.
Кроме того, ученые Росатома создали имплантаты с биосовместимым покрытием, похожим на костную ткань. Такие имплантаты позволят пациентам восстанавливаться в 2-3 раза быстрее.
В будущем троицкие ученые хотят создавать органы и ткани из живых клеток. Для этого разрабатывают функциональные образцы биопринтера и биореактора. Макеты готовы, выращен кровеносный сосуд длиной 2 см.
В российской науке хотел бы отметить работы заведующего кафедрой электрохимии химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, чл.-корр. РАН Евгения Антипова.
Исследования относятся к областям высокотемпературной сверхпроводимости и электрохимии. На основании современных подходов автором осуществляется дизайн перспективных кристаллических структур, которые уже успешно используются для получения высокотемпературных сверхпроводников с впечатляющими значениями температур переходов в сверхпроводящее состояние, перспективных электродных и магнитных материалов , предлагаются новые электролиты, разрабатываются новые источники энергии в том числе литий-ионные и натрий-ионные аккумуляторы, твердооксидные топливные элементы.
Большое внимание уделяется разработке и исследованию новых электродных материалов и электролитов для этих источников энергии с использованием различных дифракционных, электрохимических и спектроскопических методов, включающих методы in situ и operando. На основании кристаллохимических данных осуществляется дизайн новых кристаллических структур с важными физико-химическими свойствами, которые были успешно использованы для синтеза новых материалов, например, высокотемпературных сверхпроводников с рекордными температурами перехода в сверхпроводящее состояние, электродных и магнитных материалов, электролитов и др.
Я считаю, обязательно нужно сказать о замечательной российской работе, опубликованной в декабре 2023 года. Лабораториям С. Лукьянова, Д. Чудакова и О. Британовой (ИБХ РАН) удалось получить для применения в клинике (!) антитела против клонов Т-лимфоцитов человека, ответственных за развития болезни Бехтерева и сходных с ней, ранее неизлечимых, аутоиммунных заболеваний. Эта блестящая работа, опубликованная в Nature Medicine, для меня пока остается лучшей российской работой последних лет в моей области.
Команда Института общей генетики РАН заняла первое место в международном конкурсе Стэнфордского университета по предсказанию пространственной структуры РНК. В команду вошли молодые сотрудники лаборатории системной биологии и вычислительной генетики ИОГен (руководитель чл.-корр. РАН Всеволод Макеев) и студенты Факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ. Это не такое заметное событие как Нобелевская премия, но то, что наши биоинформатики опередили 700 команд из разных стран мира — очень важно. Есть чем гордиться. Российская биоинформатика была и остается одной из сильнейших школ мира.
Наша научная группа активно работает в области изучения нейробиологических систем с помощью кибернетики. И одним из итогов 2024 года явилось проведение успешных экспериментов по управлению «силой мысли», (т.е. через нейроинтерфейс) роботами и транспортными средствами (например, инвалидной коляской). В будущем такие нейроуправляемые машины смогут значительно расширить возможности человека.
С радостью воспринял сообщение о создании 50-кубитного квантового компьютера на ионной платформе. Работа сделана научной группой Российского квантового центра и Физического института им. П. Н. Лебедева РАН.
Еще четыре года назад казалось, что ученые России отстали в этой области исследований, особенно в технической реализации «железа». Хотя многие фундаментальные основы квантовых технологий были заложены в РФ и СССР.
Несомненно, это показывает силу и мощь российских исследователей абсолютно в различных областях — фундаментальной (теоретической, вычислительной) физике, материаловедении, магнетизме, магнитооптике, фотонике, приборостроении, IT-технологий и др. Это открывает и новые возможности для применения сверхбыстрых вычислений в материаловедении — дизайне новых материалов с заданными свойствами.
Также хочется отметить, что сотрудники Института физики КФУ предложили новый способ беспроводной связи на случайном потоке мессбауэровских фотонов. Он предназначен для передачи/приема данных в том числе через среды, в которых классические носители информации — фотоны от радио- до оптического диапазона – перестают обеспечивать уверенную передачу информационного сигнала или сигнала управления.
Очень важна разработка методологии «Поглощение углекислого газа из атмосферы, накопление, трансформация и долгосрочное захоронение органического углерода на прибрежно- морских водно-болотных угодьях». Впервые в мире нашими учеными было доказано, что прибрежные водно-болотные угодья имеют высочайшую способность поглощения парниковых газов при практически нулевой их эмиссии, научное исследование и методика были разработаны командой ученых Сахалинского госуниверситета под руководством д.г.н. Виктора Афанасьева.
Данная методология является достижением мирового уровня, в России аналогичных разработок не было. С ее применением могут быть реализованы климатические проекты для снижения углеродного следа и положительного влияния на климатическую повестку в мире.
В конце 2024 года ЛЯИМ (Лабораторией Ядерной и Инновационной Медицины) НГУ совместно с физиками ТПУ завершена двухлетняя экспериментальная работа в рамках выделенного госгранта. На ядерном реакторе облучено более 60 животных со спонтанными (т.е. возникшими в естественных условиях) опухолями различных гистотипов с применением технологии нейтронзахватной терапии. Модель была выбрана не случайно, поскольку исследование особенностей течения, чувствительности к воздействиям и прогнозы именно у таких опухолей наиболее применимы в дальнейшем для клинических разработок у человека, более всего соответствуют особенностям нашего организма. Довольно давно ряд научных групп в стране предпринимали попытки использовать реактор в этих целях, однако с конца нулевых годов началось увлечение ускорительными источниками нейтронов и реакторы сочли менее перспективными для НЗТ. Наша лаборатория, обладая пока уникальным в РФ опытом облучения крупных животных на ускорительном источнике нейтронов ИЯФ СО РАН , использовала свои компетенции для организации нейтронной терапии животных на томском реакторе. Мы исходили из концепции получения тераностиков – препаратов, являющихся одновременно и лечебными, и диагностическими. Соединения на основе гадолиния идеально подходили для этого. Являясь одним из перспективных агентов для НЗТ (а по доступности и значительно превосходя изотоп бора) гадолиний широко известен еще и как контраст при МРТ исследованиях. Поэтому не было необходимости в зарубежных закупках или синтезе, что резко облегчало доступность и экономическую составляющую исследования. К тому же за Уралом использование лучевых методов в ветеринарии фактически отсутствует, и мы поневоле получили приоритетный карт-бланш еще и на этом поприще. Полученные результаты более чем обнадеживающие. Терапия ГНЗТ на реакторе оказалась эффективной при целом ряде злокачественных образований, крайне сложно поддающихся лечению иными способами. Ряд питомцев попадал к нам на далеко зашедщих стадиях заболеваний, со множественными метастазами, тяжелыми поражениями органов. У многих нам удалось получить длительные ремиссии и существенно улучшить качество жизни, отказаться от обезболивающих препаратов. Дальнейшая работа нам видится прежде всего в оптимизации применения НЗТ на уже используемых препаратах гадолиния, в разработке рекомендаций для конкретных форм и локализаций опухолей. Реакторов такого типа в стране достаточно, и нами продемонстрирована принципиальная возможность их использования уже сегодня для в нейтронзахватной терапии млекопитающих. Второе направление – это синтез и применение новых препаратов гадолиния с заданными свойствами, прежде всего - высокой таргетностью, отсутствием тканевой кумуляции, низкими показателями токсичности. Возможно, что наночастицы, аптомеры или лиганды станут кандидатами для следующего этапа нашей совместной с ТПУ работы.
Хотелось бы отметить развитие в России научной базы численного (компьютерного) детализированного по территории прогнозирования особо опасных метеорологических явлений (шквалов, торнадо) с реализацией оперативного краткосрочного прогноза. Авторы — Г.С.Ривин, И.А.Розинкина и коллектив сотрудников Гидрометцентра России. Ценность для науки в том, что подтверждается фундаментальная применимость гидродинамического моделирования к воспроизведению атмосферной динамики. Практическая значимость понятна: прогнозируется (с достаточной заблаговременностью) развитие самых разрушительных атмосферных явлений.
В 2024 году был введен в эксплуатацию высокоэллиптический гидрометеорологический спутник «Арктика-М №2», предназначенный для мониторинга и изучения приполярных территорий РФ и Арктики в целом. Следует выделить также запуск двух космических аппаратов «Ионосфера-М», предназначенных для изучения верхней атмосферы, магнитосферы Земли и околоземного космического пространства. Был выведен аппарат «Кондор-ФКА», предназначенный для проведения съемки поверхности в радиодиапазоне, что позволит независимо создавать детальные цифровые модели рельефа. В 2025 г. планируется запуск двух спутников «Ионосфера-М» — орбитальная группировка этих аппаратов будет завершена.
В 2024 году, на мой взгляд, особое значение для моей отрасли имел запуск космических аппаратов серий «Метеор-М», «Кондор» и «Ионозонд» в рамках развития программы комплексного спутникового экологического мониторинга и эффективного управления природными ресурсами. Суть этого события — улучшение методов дистанционного зондирования, интеграция данных спутников, подводных дронов и геофизических измерений для более точного определения зон активных разломов, состояния морских экосистем и оценки углеродного баланса. Значимость состоит не только в теоретическом вкладе (углубление знаний о геодинамических и экологических процессах), но и в его практическом применении: результаты помогают эффективнее защищать инфраструктуру от возможных угроз, повышают точность климатических прогнозов и качество управления природными ресурсами.
Также важно начало работ над мини-спутниковой системой «Автограф». Российские ученые, инженеры и разработчики, объединившись с профильными организациями и Роскосмосом, представили решения, позволяющие более оперативно получать высококачественные данные о состоянии земной поверхности и атмосферы. Эти инициативы существенны для метеорологии, океанографии, экологического мониторинга, а также при решении задач по предотвращению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.
Я бы выделил, например, работу Евгения Михайловича Володина из Института вычислительной математики. Им и его коллегами создана уникальная климатическая модель, единственная модель такого уровня в России. Они исследуют разные аспекты климата. В частности, оценку отдельного вклада аэрозольных частиц в потепление климата без учета воздействия парниковых газов. Эта модель позволяет проводить очень тонкие исследования динамики климата.
В Центральной аэрологической обсерватории (г. Долгопрудный) сконструировали аэрозольный радиозонд (авторы - Н.В. Балугин, В.А. Юшков и др.), который измеряет концентрации аэрозолей и провели эксперименты. Это интересное достижение. Аэрозольные частицы оказывают сильное влияние на климат — охлаждающее, в противовес влиянию парниковых газов. Поэтому знать их распределение с высотой, подробные профили, конечно, важно. Самые надежные данные — данные прямых измерений с помощью специальных радиозондов.
Безусловно, на мой взгляд, стоит отметить достижения в области энергетики, в частности в термоядерном синтезе. Российским ученым из Института физики высоких энергий удалось создать опытный образец компактного термоядерного реактора, который продемонстрировал рекордную длительность термоядерной реакции — более 20 минут при температуре свыше 100 миллионов градусов. Этот результат приближает создание первого в мире коммерческого термоядерного энергоблока, что может стать ключевым прорывом в решении проблемы получения практически неисчерпаемого экологически чистого источника энергии на основе управляемого термоядерного синтеза.
31 октября 2024 года была завершена Международная комплексная экспедиция на борту НИС «Академик Борис Петров» под руководством Семилетова Игоря Петровича, члена-корреспондента РАН, с маршрутом по Арктическим морям общей протяженностью 12000 км. Как результат, командой ученых из СахГУ, ТОИ ДВО РАН, МГУ, ТГУ и других научных организаций заложены фундаментальные основы климатического мониторинга акватории Северного морского пути, что укрепляет лидирующую роль российских ученых в области исследования и оценки последствий деградации мерзлоты и потоков парниковых газов.
Исследования были направлены на выявление источников и стоков основных парниковых газов двуокиси углерода (СО2) и метана (СН4) в морях Российской Арктики. Впервые реализован креативный многоуровневый метод оценки потоков основных парниковых газов с акцентом на геофизические, биогеохимические, и геологические исследования. Особое внимание было уделено исследованию массированной разгрузки метана из донных отложений в водную толщу и атмосферу. Были детально изучены районы мега-сипов метана, и открыты новые мощные струи разгрузки метана в Восточно-Сибирском море, которое ранее считалось пассивной в геологическом отношении окраиной Евразийского континента, где предполагалось существование подводной сплошной мерзлоты.
В 2024 году было много публикаций на тему изменения климата, но, пожалуй, самой интересной работой стала монография «Изменения климата: причины, риски, последствия, проблемы адаптации и регулирования». Она опубликована под эгидой Научного Совета РАН по проблемам климата Земли. Работа содержит материалы ведущих ученых страны по актуальным вопросам изменения климата. В частности, в ней рассмотрены вопросы, связанные с оценкой социально-экономических последствий климатических изменений и возможных рисков. Авторы рассматривают проблемы адаптации к изменениям климата и варианты достижения углеродной нейтральности.
На региональном уровне тоже стали появляться результаты коллективных и междисциплинарных работ. Так, сотрудниками Саратовского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского была издана книга «Глобальное потепление и его влияние на климат, ландшафты и хозяйство Саратовской области». В ней дана оценка влияния современных климатических изменений на отдельные свойства и компоненты ландшафтов региона с целью прогнозирования и разработки рекомендаций по оптимизации природопользования в слабозасушливой и засушливой зонах Европейской России. Эти работы могут использоваться для выработки стратегий адаптации к последствиям изменения климата.
Любопытны исследования сотрудников Института экспериментальной медицины, в частности доктора медицинских наук Артемия Гончарова, заведующего лабораторией функциональной геномики и протеомики микроорганизмов. Во время экспедиций в рамках проекта «Арктического плавучего университета» ученые собрали уникальные пробы на островах арктических архипелагов, в которых найдены ДНК гигантских вирусов. Размеры этой группы вирусов определили вирусологи, которые работали с ними ранее. Они примерно в 30 раз больше обычных. Ученые этого же института занимались поиском в Арктике бактериофагов - вирусов бактерий, которые предполагается применять для лечения бактериальных инфекций человека и животных. В результате ученые, нашли, судя по всему, новый вид бактериофага и сейчас занимаются изучением и описанием его биологических свойств. Исследования возбудителей инфекционных заболеваний, в том числе в полярных регионах может иметь очень важное прикладное значение по поиску антибиотиков и других задач медицины.
Я хотел бы отметить работу Валентина Ананикова и его коллег из Института органической химии Н.Д. Зелинского. Они создали своего рода универсальный настраиваемый катализатор, который можно использовать примерно для 15 различных реакций. Они впервые разработали концепцию 4D-катализа, где искусственный интеллект помогает анализировать не только структуры катализаторов, но и их временнУю эволюцию буквально в режиме реального времени. Это позволяет наблюдать, как молекулы взаимодействуют, трансформируются и реагируют в четырех измерениях, что открывает новые горизонты для понимания реакций и создания более эффективных катализаторов, способных изменять свои свойства под воздействием внешних факторов, таких как температура или тип реагентов.
В его лаборатории создан уникальный гетерогенный катализатор на основе палладиевых наночастиц, который продемонстрировал рекордную активность в органическом синтезе. А кроме того, разработана нейронная сеть, которая полностью автоматизирует анализ сложных масс-спектров. Обычно такой анализ требует долгих месяцев работы экспертов, но с помощью новой системы AI этот процесс занимает всего несколько минут. Это значит, что теперь химики могут быстро и точно идентифицировать сложные соединения, ускоряя исследования в области органической химии, медицины и материаловедения.
Одним из наиболее резонансных событий 2024 года в Российской медицине стала разработка и регистрация учеными из Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н.И. Пирогова, Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН совместно с российской фармацевтической компанией BIOCAD первого в мире препарата для лечения болезни Бехтерева. Лекарство помогает полностью остановить заболевание, у него нет иммунносупрессии и эффекта привыкания. Разработать такое лекарство против аутоиммунного процесса, которым является болезнь Бехтерева, — крайне сложная задача.
Если говорить об онкологии, то наиболее впечатляющие успехи сейчас достигаются в области разработки и внедрения радиофармпрепаратов для диагностики и лечения опухолей разных локализаций. НИИ онкологии Томского НИМЦ и Томский политехнический университет являются одними из основных лидеров в этом направлении. Здесь проводят исследования полного цикла, от идентификации мишени до разработки, доклинических и клинических испытаний, регистрации и внедрения. Только за последние несколько лет были разработаны и внедрены пять уникальных радиофармпрепаратов, три из которых не имеют аналогов в мире. Сейчас в разработке и в стадии клинических испытаний еще шесть препаратов, в том числе уникальные препараты для лечения, способные доставлять радиоактивные изотопы, непосредственно в опухолевые и метастатические очаги, не повреждая нормальные ткани.
В рамках Сахалинского карбонового полигона научной группой СахГУ под руководством д.г.н. В.В. Афанасьева разработана новая методика по расчету поглощения и захоронения углерода в прибрежно-морских водно-болотных угодьях. Почему это важно? Потому что на основе этой методики появляется возможность создания климатических проектов в новой области природоподобных решений. Это позволяет с большим оптимизмом смотреть на выполнение задачи по достижению углеродной нейтральности Сахалинской области.
Если говорить в целом, то я выделил бы завершение первого этапа ВИП ГЗ в России и нетто сокращение выбросов СО2-эквивалента в России на треть. ВИП ГЗ — это «Важнейший инновационный проект государственного значения», создающий необходимое нормативное и инфраструктурное обеспечение для единой национальной системы мониторинга климатически активных веществ. Уточнить значение нетто-выбросов парниковых газов позволила разработка национальных (взамен типовых международных) коэффициентов пересчета экономических и экосистемных показателей в выбросы. По уточненным таким образом данным, нетто-выбросы в России оказались на 561 млн т CO2-эквивалента, или на 34%, меньше.
