Разработки ТГУ: от сотовой связи до диалога со вселенной

Большинство стран сегодня переходит к экономике знаний, когда ключевым фактором конкурентоспособности государства становятся новые технологии. Именно университеты, ведущие исследования и разработки, становятся в такой ситуации важнейшим ресурсом для наукоемкого производства. Томский государственный университет наглядно демонстрирует, как знания можно конвертировать в новые технологии, делающие жизнь людей экологичней, комфортней и безопасней.

Вне конкуренции

Матричные детекторы на основе арсенида галлия, разработанные радиофизиками Национального исследовательского Томского государственного университета, нашли широкое применение в ведущих научных центрах и ряде spin-off компаний мира (SkyScan, Dectris, MARS, X-Counter, ImXPad). Не имеющие аналогов GaAs-сенсоры для регистрации ионизирующего излучения с числом пикселей 768×512 имеют большое преимущество перед кремниевыми и кадмий-теллуровыми. Они помогают получить более четкое изображение и обладают устойчивостью к радиации. Себестоимость таких детекторов значительно снижена благодаря более дешевым материалам и разработанной ТГУ технологии изготовления, при этом срок их эксплуатации достигает 10 лет.

— Многоэлементные матричные детекторы могут применяться во всей рентгеновской аппаратуре медицинского назначения, использоваться при создании различных дефектоскопов с очень высоким (в десятки микрон) пространственным разрешением, — поясняет заведующий лабораторией функциональной электроники профессор Олег Толбанов. — Также они незаменимы для проведения сложнейших экспериментов в области физики, проводящихся в синхротронных центрах (в мире их всего 59, из них в России — два). Наши арсенид-галлиевые детекторы могут применяться для моделирования процессов, происходящих в недрах Земли, в недрах звезд — эти эксперименты ставятся при очень высоких давлениях и очень высоких температурах.

Недавно этой технологией заинтересовалась и коллаборация ATLAS Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН, Швейцария). Летом 2015 года ТГУ стал ассоциированным членом коллаборации и получил предложение разработать радиационно стойкие детекторы для будущих экспериментов. Лаборатория функциональной электроники ТГУ намерена разработать и поставить в проект ATLAS восемь тысяч матричных детекторов со сроком функционирования до 2035 года, которые будут инсталлированы непосредственно в эксперимент.

Доступная сотовая связь в любой точке России

Благодаря разработкам ученых ТГУ, устойчивость мобильной связи — как на земле, так и в воздушном пространстве — позволит избавиться от постоянной привязки к вышкам операторов. Характеристики антенных систем напрямую зависят от размера рефлектора, максимальный диаметр космических антенн сегодня не превышает 20 метров. Трансформируемая крупногабаритная антенна, над созданием которой ТГУ работает вместе с российским лидером по проектированию космических аппаратов АО «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнёва», в несколько раз превзойдет современные спутниковые тарелки, уже действующие на геостационарной орбите Земли.

Компьютерные модели трансформируемых антенных рефлекторов с диаметром апертуры до ста метров, созданные исследователями ТГУ, учитывают тепловые, механические и радиотехнические характеристики объекта. При помощи суперкомпьютера «СКИФ Cyberia» и других серверов НИИ просчитываются поведение спутниковой тарелки на орбите, возможные проблемы при разворачивании конструкции в космосе, способы наземных испытаний нового рефлектора для предотвращения нештатных ситуаций непосредственно в космосе.

На реализацию проекта ТГУ, решающего государственные задачи при поддержке Минобрнауки РФ, выделена субсидия в размере 52,6 миллиона рублей. Результат своей работы ученые ТГУ представят в конце 2016 года.

— Увеличение диаметра тарелки расширит функциональные возможности антенны и повысит ее чувствительность к электромагнитному сигналу, благодаря чему мы сможем фиксировать слабые импульсы. Это имеет особую важность для зондирования поверхностных процессов (землетрясений, цунами, извержения вулканов и т. д.) и техногенных катастроф, — отмечает заведующий лабораторией исследования конструкций из композиционных материалов ТГУ, доктор физико-математических наук Сергей Пономарёв.

«Эликсир молодости» готов к промышленному производству

Технология, разработанная учеными ТГУ, позволит томскому предприятию ООО «Новохим» уже с весны будущего года ежегодно производить до 50 тонн аллантоина. Интерес к отечественным образцам вещества, которое широко применяется в косметической промышленности, но по сей день импортируется из стран Запада или Китая, уже проявили более 20 российских предприятий. При этом некоторые из них готовы подписать соглашенияна поставку промышленных партий непосредственно после запуска масштабного производства.

В 2009 году лаборатория каталитических исследований (ЛКИ) ТГУ синтезировала первый отечественный глиоксаль, впоследствии легший в основу более полусотни химических разработок университета. Многие из них уже вышли за рамки лабораторных опытов, производятся в промышленных масштабах и активно закупаются зарубежными клиентами. На очереди — ценный во всех смыслах аллантоин, получаемый из глиоксалевой кислоты. Он является важным сырьем для производства гигиенических средств и косметики, но его синтез по зарубежным технологиям чрезмерно затратен из-за применения катализаторов, вызывающих образование токсичных для окружающей среды отходов и примесей в конечном продукте.

— Наши зарубежные коллеги применяют технологии, требующие дополнительных дорогостоящих стадий очистки, — рассказывает аспирантка химического факультета, руководитель проекта по разработке аллантоина Вера Тугульдурова. — Мы же нашли способ получения аллантоина в присутствии минеральных и органических кислот средней силы и их солей, которые не приводят к загрязнению окружающей среды, соответствуют экологическим стандартам, а также позволяют получать продукт высокого качества с выходом до 70%.

Результаты независимого анализа показали, что томский аллантоин соответствует всем требованиям фармакопейной статьи и к тому же стоит вдвое меньше зарубежных аналогов. Так исследования ТГУ в очередной раз показали, что российская научная мысль способна воплотиться в конкурентоспособный на мировом рынке продукт.

В тесном партнерстве с промышленностью

В настоящее время Томский государственный университет активно взаимодействует как с крупными промышленными компаниями, так и с организациями малого бизнеса. Многие его разработки внедрены в производство.

Ярким примером тому может служить совместный проект ТГУ и ООО «Томлесдрев» по созданию малотоксичных смол для производства экологически чистых плит ДСП. Инновационная разработка томских ученых позволила до минимума снизить опасность для здоровья со стороны привычных предметов меблировки и отделочных материалов, производимых из древесно-стружечных плит.

— Проблема токсичности ДСП с годами не теряет своей актуальности. В состав многих смол, применяемых в их производстве, входит формальдегид, который при длительном хранении и использовании изделий начинает выделяться в воздух, — рассказывает руководитель проекта, старший научный сотрудник лаборатории каталитических исследований ХФ Виктор Мальков. — Наш проект направлен на минимизацию этого фактора с помощью использования для синтеза смол доступных и безопасных модификаторов: глиоксаля и гликоурила. Это позволяет снизить токсичность выделений из ДСП с восьми единиц, положенных по ГОСТу, до шести единиц и,следовательно, повысить экологические качества плиты в целом. В перспективе мы ставим перед собой задачу получить самую безопасную в мире плиту класса Е0.

В качестве соисполнителей в данном проекте принимают участие Институт проблем химико-энергетических технологий (Бийск), ЗАО «ВНИИДРЕВ» (Балабаново), Институт химической технологии (Карлсруэ, Германия) и ряд других научных организаций. Так что инновации ТГУ и лесопереработчиков в ближайшее время станут доступны покупателям офисной и домашней мебели как на российском, так и на зарубежном рынке.

Стоит отметить, что последние 10 лет развитие инновационной структуры Томского государственного университета идет особенно активно. Созданы десятки высокотехнологичных малых предприятий, появились подразделения, занимающиеся трансфером университетских технологий в реальный сектор экономики.

— Сегодня роль университетов в экономике существенно меняется, — отмечает ректор ТГУ профессор Эдуард Галажинский. — Так называемая экономика знаний предполагает, что вузы становятся центром инноваций, то есть «движком» экономики. Идея коммерциализации, быстрого вывода на рынок продукта является ключевой. Тот, кто научится это делать, не просто укрепит свои позиции на рынке, но и получит естественное преимущество в дальнейшем продвижении.