Поиск - новости науки и техники

Мастер-кластеры

Каждый день новостные ленты сайтов и электронная почта приносят свежую информацию о событиях из жизни университетов и научных организаций. И есть в этом огромном объеме информации те, новостей от которых ждешь с особым нетерпением. Томский политехнический университет именно такой адресат. Активность этого одного из старейших технических вузов России не подвластна любым переменам, которыми так богата в последнее время наша действительность. За более чем вековую историю университет подготовил свыше 160 000 специалистов. Сегодня в составе ТПУ 11 научно-образовательных и учебных институтов, 97 кафедр.
Согласно последним национальным рейтинговым исследованиям, ТПУ входит в первую десятку лучших вузов России. Университет занимает лидирующее положение среди вузов РФ и по объемам НИОКР, зарубежных контрактов, количеству опубликованных статей, полученных патентов, и по защитам кандидатских и докторских диссертаций. Высоки позиции вуза и в международных рейтингах: в рейтинге Times Higher Education (THE) – позиция 251-300 (3-е место среди российских вузов), в рейтинге QS World University Rankings – позиция 481-490 (8-е место в стране).
Среди научных разработок ТПУ особое значение имеют направления, связанные с медицинской инженерией, устойчивой энергетикой, когнитивными системами и телекоммуникациями, безопасной средой, ресурсами планеты, социально-гуманитарными технологиями инженерной деятельности. По всем этим направлениям в ТПУ созданы и активно действуют научные кластеры, работа которых эффективно влияет на повышение конкурентоспособности университета, а также интеграции лучших мировых практик подготовки высококвалифицированных научных и инженерных кадров, создания и трансфера ресурсоэффективных технологий повышения качества и продолжительности жизни населения планеты.
Вот только несколько примеров работ, которые ведут ученые ТПУ.

Как своё!
– Имплантология только звучит жутко: “заплатки” на череп, спицы в костях. Но в реальности то, что делаем мы в Томске, наши коллеги в России и в других странах, помогает людям полноценно жить, избавляет от боли. Наши разработки помогают людям снова двигаться, видеть и чувствовать себя живыми, – рассказывает кандидат физико-математических наук, доцент кафедры экспериментальной физики Физико-технического института ТПУ Сергей Твердохлебов.
Научный коллектив, куда входят сотрудники разных кафедр и молодые ученые, студенты, трудится над разными задачами: это и создание новых материалов, которые помогут тканям быстрее восстанавливаться, и проектирование новых покрытий для подавления развития опухолей. Изначально стояла задача сделать такие покрытия, которые увеличили бы приживаемость имплантатов внутри организма.
Имплантаты для челюстно-лицевой хирургии – одна из таких разработок. Основой имплантов, созданных политехниками, стали полимеры, которые через определенное время полностью растворяются в организме. С их помощью врачи смогут оперировать тяжелейшие травмы лица и головы и восстанавливать костную ткань онкобольным. Сейчас первые опытные образцы имплантатов исследуют в Томском НИИ онкологии. После завершения испытаний томские изделия могут поступить в производство.
– Последние годы мы начали активно заниматься полимерными материалами для имплантатов и уже выполнили несколько проектов, – продолжает рассказ Сергей Твердохлебов. – Например, созданы гибридные изделия для челюстно-лицевой хирургии. В их основе – модифицированная плазменными методами металлическая сетка, которая со временем врастает в кость. Покрыта сетка композитным материалом на базе биодеградируемых полимеров и кальций-фосфатных наполнителей.
Основа имплантата модифицирована таким образом, что металл внутри организма не ржавеет, к тому же он приобретает биоактивные свойства. А наполнители из кальция и фосфора полимерного композита “маскируют” имплантат под костную ткань, и организм не воспринимает его как инородное тело. Благодаря этому увеличивается приживаемость имплантата. А его полимерное покрытие со временем, выполнив свое предназначение по “маскировке” новичка, растворяется без остатка.
По словам Сергея Твердохлебова, пока в России аналогов томских имплантатов не существует: “Наша задача была предложить разные варианты материалов, и испытания помогли выбрать подходящий. Первые опытные образцы представляют собой пластины размером 40 на 40 мм. На практике они могут, например, закрывать отверстия в черепе”, – отмечает ученый.
На реализацию этого проекта ТПУ получил крупный грант Федеральной целевой программы “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы”, поддержанный технологической платформой “Медицина будущего”. После завершения испытаний в Томском НИИ онкологии у имплантатов политехников есть все шансы выйти в серийное производство. “По этому проекту наш основной индустриальный партнер – московская фирма ООО “Конмет”. Компания является лидером на российском рынке по производству имплантатов для челюстно-лицевой хирургии. И после испытаний в Томске москвичи могут принять решение о выводе наших изделий в производство”, – добавляет Сергей Твердохлебов.

На снимке: образец изделий для челюстно-лицевой хирургии.

Дали руку
Студенты Томского политехнического университета разработали “роботизированную” руку, способную повторять любые движения человека. Она поможет восстанавливать мышцы после травм, а также будет выполнять работы там, где это недоступно специалистам, например, в открытом космосе.
Устройство, созданное политехниками Александром Беляевым и Кириллом Орловым, состоит из двух частей: “напечатанная” на 3D-принтере рука и перчатка с присоединенными к ней сенсорами. Манипулятор повторяет малейшие движения человеческой руки, на которую надета перчатка.
По словам руководителя проекта Егора Шеломенцева, разработка способна выполнять широкий спектр задач в промышленности, медицине и технике. Изначально манипулятор создавался по инициативе “Роскосмоса” для использования на МКС. Установленный на внешней стороне борта корабля, он позволит экипажу производить ремонт, не выходя в открытый космос.
– Вариантов применения манипулятора много. Он может использоваться как тренажер для пациентов, которым необходимо восстанавливать мышечную активность после инсульта или операции. Если перчатку надеть на здоровую руку, а на больную сделать накладку, то, повторяя движение одной руки, манипулятор будет помогать растягивать мышцы и восстанавливать их тонус, – добавляет Егор Шеломенцев.
Как отмечают разработчики, устройство может быть востребовано на предприятиях различных отраслей. Например, оно позволит красить или ремонтировать труднодоступные объекты: оператор будет управлять им удаленно с помощью перчатки.
В планах политехников собрать робота, имитирующего человеческое тело. Его будут применять, главным образом, для обучения студентов программированию, а также для отработки новых методов управления антропоморфными роботами.

Изъять и сохранить
Как безопасно утилизировать радиоактивный углерод? Свою технологию предложили ученые ТПУ: они предлагают вести очистку радиоактивного углерода путем его разделения на изотопы под воздействием магнитного поля. Такой способ позволяет изъять из углерода, использовавшегося в кладке атомного реактора, радиоактивный элемент, а оставшийся графит применять повторно.
По подсчетам политехников, их технология в разы дешевле существующих. В основе метода лежит исследование свойств изотопов. Известно, что изотопы – это разновидности одного и того же химического элемента, отличающиеся атомной массой, а потому и всеми остальными физико-химическими свойствами. Изотопы применяются в различных сферах науки и техники: атомной энергетике, микроэлектронике, химии, биологии, медицине.
Особую важную роль для ядерной промышленности играет изотоп углерода. Во всем мире существует множество уран-графитовых ядерных реакторов, в активной зоне которых находится графитовая кладка. В результате работы реактора в этой кладке под действием нейтронного излучения накапливается радиоактивный изотоп углерода. Именно он, несмотря на незначительное содержание (менее 0,1% от общего количества углерода), представляет опасность для человека. Разработка политехников позволит изъять из графита, использовавшегося в кладке ядерного реактора, радиоактивный изотоп углерода.
Для этого томские ученые решили использовать технологию магнитного воздействия. Метод дает возможность воздействовать на физико-химические процессы в газовой фазе с помощью магнитного поля.
– Мы изучаем воздействие магнитного поля на газофазные химические процессы, что увеличивает эффективность разделения изотопов, – поясняет профессор кафедры технической физики Физико-технического института ТПУ Вячеслав Мышкин (на снимке). – Это связано с тем, что все элементарные частицы имеют спин – “маленькую магнитную стрелку”. Под воздействием внешнего постоянного магнитного поля все спины ориентируются вдоль магнитного поля и прецессируют, что можно использовать для сепарации изотопов. В результате продукт реакции и исходное вещество оказываются обогащены по разным изотопам.
Ученые вуза выявили порядка 30 известных методов сепарации изотопов, эффективность которых можно увеличить благодаря магнитному воздействию.
Проведенные экспериментальные исследования подтверждают перспективность технологии: на плазменном реакторе политехникам удалось показать возможность разделения стабильных изотопов углерода.
– Технология очистки графита предусматривает его испарение с помощью низкотемпературной плазмы, в результате чего образуется атомарный углерод, – продолжает Вячеслав Мышкин. – При этом один из изотопов углерода преимущественно окисляется, а другие остаются в исходной фазе и образуют сажу, которую можно использовать повторно. Плазма также позволит разложить на углерод и кислород образующийся угарный газ, содержащий, например, радиоактивный изотоп.
Разработкой вуза уже заинтересовались в “Росатоме”. Магнитное воздействие перспективно как для использовавшегося ранее метода газовой диффузии, так и для современных технологических процессов в различных сферах деятельности госкорпорации. Сложность технологии в том, что спин ядра позволяет увеличивать скорость химической реакции одного из изотопов только при определенном соотношении величины магнитного поля, температуры и концентрации реагентов. Создание адекватной математической модели для поиска идеальных параметров – одна из приоритетных задач. Ученые ТПУ продолжают совершенствовать свой метод совместно с коллегами из Северска и Железногорска.

По материалам пресс-службы ТПУ

Нет комментариев