Во время июльской образовательной программы «Большие вызовы» Виктор Быков, профессор Московского физико-технического института, президент Российского нанотехнологического общества и группы компаний НТ-МДТ Spectrum Instruments посетил «Сириус» с циклом лекций, посвященных нанотехнологиям. В интервью предприниматель оценил оснащение технопарка Центра, рассказал об эргономике лаборатории и трендах в развитии микроскопов.
НТ-МДТ Спектрум Инструментс – ведущий производитель оборудования в области микроскопии в России и мире. Продукция компании занимает 16% мирового рынка и экспортируется в 59 стран. Приборы НТ-МДТ трижды входили сотню лучших инновационных разработок мира по версии R&D 100 Awards. В этот рейтинг включен и Nanoeducator-2 – микроскоп, созданный специально для школ и вузов.
– Виктор Александрович, как вам техническое оснащение лабораторий Сириуса?
– Оборудование более чем хорошее, современное. Но есть загвоздка. Сейчас здесь есть отдельные приборы, а идеология пока не совсем сложена - каким образом оборудование должно быть скомпоновано. Наша компания предложила помочь «Сириусу» сформулировать идеологию технопарка, которая была бы заточена под проекты, и, согласно ей, скомпоновать лаборатории и приборы. Понимаете, что-то должно объединять приборы. Технопарку необходимо ядро, от которого бы отходили более узкие ответвления. Нужно выявить общую идею и, отталкиваясь от нее, выстроить связи. «Сириус» – штука молодая, ей всего пара лет. Поэтому наша задача помочь коллегам, уменьшить энтропию, максимально эффективно организовать пространство.
– Получается, лаборатория – это не просто множество устройств, собранных в комнате, важна эргономика пространства и взаимосвязь приборов друг с другом?
– Конечно. Организовать лабораторию – целая наука. Во главе всего – идея, она должна быть отражена в оснащении, в комплектах поставки оборудования, в связях между отдельными приборами. Можно потратить деньги, а работать толком ничего не будет. Одни приборы будут простаивать, в то время как другие быстро выйдут из строя из-за частого использования. Коэффициент полезного действия у этого всего будет невелик.
– А если конкретнее, что вы планируете сделать с технопарком «Сириуса»?
– Мы хотим не столько закупить что-то новое, сколько перекомпоновать то, что есть. Так, чтобы было удобнее работать. Чтобы просматривались взаимодополняющие методики. Что-то, конечно, нужно будет подкупить, а что-то, что есть у одного направления, сделать легкодоступным для другого.
.jpg)
– Каков ваш опыт создания технопарков в вузах и школах?
– В мире в различных организациях работает порядка шести тысяч наших приборов. Мы занимались в том числе построением отдельных лабораторий по нанотехнологиям, а также созданием центров коллективного пользования, причем не только в России. Часто нам приходилось делать оборудование на заказ. Например, вакуумные установки, нанофабы.
– Вы как-то поддерживаете ученых, которым поставили свое оборудование?
– Разумеется. Как же можно купить дорогую машину, а сервис-центра нет? Так же и здесь. Есть системы, которые стоят 500 тысяч долларов. Даже центрам образования атомно-силовые микроскопы обходятся порядка трех-четырех миллионов рублей. Разве можно их бросать? Одна из функций – это обучение персонала. Также мы можем удаленно управлять нашими приборами через интернет-сервис, если консультация не решила проблему.
– Вы планируете выпуск новых линеек оборудования для школ и вузов?
– Современная техника, да и вообще техника в классе научного приборостроения – это постоянно развивающаяся штука. Меняется элементная база. Меняется достаточно интенсивно и непрерывно. И если ты что-то разработал, то нельзя просто сказать: «Теперь я буду производить только это». Иначе прогоришь довольно быстро. Через время окажется, что микросхемы, которые ты используешь в электронике, уже не производят. Постоянно делаются все более интересные, мощные комплектующие. Наглядный пример – мобильные телефоны. У кого сейчас телефон хотя бы пятилетней давности? Уже трудно найти. А всего пять лет прошло, да? Так же и здесь. Время морального старения техники четыре-пять лет. Постоянно меняется программное обеспечение, внутрь машин закладываются интеллектуальные возможности.
– Обновление моделей у вас происходит так же, как и у мобильных телефонов: периодически? Или постепенно?
– Обычно при разработке новых элементов сразу смотрят на их совместимость с используемым железом. Параллельно появляются новые устройства. Допустим, разработали новый контроллер. Если вдруг модель уже не поддерживает его, то, как снежный ком, идет ее дальнейшая модернизация. Или вот другой пример, связанный с внеплановой модификацией. Сейчас весьма популярны лазерные пинцеты, которыми можно захватить маленькую капельку жидкости, даже с вирусом, и посадить внутрь клетки. Такой пинцет недавно инсталлировали в наш прибор индийские коллеги. И таких внедрений множество, они нередко происходят.
– Кто у вас занимается улучшением технологий?
– Есть группа разработчиков. Они специализируются на узких вещах. Одни занимаются чисто атомно-силовыми микроскопами, другие рамановскими, или люминесцентными. Есть специалисты, которые занимаются разработкой новой электроники, программным обеспечением, иглами, или по-другому кантилеверами, и другими комплектующими. Это все отдельные, но сильно взаимодействующие между собой группы.
– Мы спросили у ребят в соцсетях, о чем бы им хотелось у вас узнать. Настя Сиротина из Нового Уренгоя спрашивает, будут ли развиваться нанотехнологии в школах как предмет? Планируется ли вводить уроки или факультативы в этой области?
– В принципе, нанотехнологии полезно изучать еще в школе. Как обязательный предмет, я думаю, вряд ли они появятся, ведь нанотехнологии – междисциплинарная вещь. В физике они, например, помогают объяснить трение и колебательные движения молекул. Изучение химических реакций тоже порой идет на атомарном уровне. Нанотехнологии крайне важны и в материаловедении. Словом, вот эти три направления – физика, химия, биология – объединяются вместе на почве нанотехнологий. В школе можно создать центр, который все это соединит.
– Это ваши мысли или можно ожидать, что такие центры появятся повсеместно?
– Мы разработали специальный прибор для школьников и студентов: Nanoeducator. Первым делом его ставили в университетах. Одни из первых классов были сделаны в Университете Лобачевского в Нижнем Новгороде, далее в Нидерландах, в Техническом университете Эйндховена. А там, в Европе, кстати, студенты похуже нашего, учатся очень плохо. Голландцы страшные раздолбаи. И даже они освоили через небольшое время. Девять из десяти начали работать на нашем приборе. Главное – быть аккуратным. Что касается школ, то нами разработана целая система и программа интеграции в них техники: пособия, методики подготовки образцов, эмуляторы, объясняющие принципы работы и помогающие интерпретировать полученные данные. Вторая версия «Наноэдьюкатора» – это уже прибор с очень развитыми возможностями. На нем можно не только симулировать научную деятельность, но и выполнять исследовательские проекты на самом высоком уровне. Видеть атомы, молекулы в десятках режимов, воздействовать на структуры, делать, к примеру, одноэлектронные транзисторы и измерять с их помощью уникальные характеристики металлических кластеров. Наблюдать, как вирусы действуют на живую клетку. Можно даже «нарисовать» портрет любимого человека площадью в несколько микрон квадратных! Эти приборы учат понимать, почему разрабатываемый тобой фотопреобразователь недостаточно эффективен или почему жук плавает, а крыло бабочки такое красивое. Более сотни этих приборов уже работают в школах и вузах России. Чтобы эффективно их использовать, надо готовить и преподавателей – это тоже одна из наших забот.
– В каком направлении развиваются микроскопы?
– С одной стороны, идет тенденция к объединению методик, созданию комплексных систем. С другой стороны, происходит вплетение интеллектуальных элементов внутрь машин с тем, чтобы прибор стал другом, товарищем и братом, а не врагом, с которым нужно воевать. Высокотехнологическое оборудование становится более доступным. Не только специалисты могут на нем работать. Отсюда надо уходить. Много ли сейчас специалистов в смартфонах? Но мы же все ими пользуемся. Так же и с микроскопами. Еще добавлю, что атомно-силовые микроскопы стали маленькими и компактными, их легко брать с собой в экспедицию, например. А вот по части разрешения, микроскопы достигли своего физического предела – это атомное разрешение. Если нужны более глубокие исследования, то это к Большому адронному коллайдеру, других инструментов пока нет.
– Нужно ли изучать объекты in vivo, то есть, грубо говоря, живыми и без вреда для них?
– Живую клетку можно изучать по-разному. Один из способов – атомно-силовой микроскоп. Можно возбуждать в образце резонансные колебания и анализировать отклики на эти резонансные колебания. Отклики будут расскажут о внутреннем содержимом клетки, например, об актиновом скелете и так далее. В общем, это целое дело, которое, безусловно, имеет смысл развивать, но развивать его нужно вместе с биологами. Это как раз то, что требует интеллектуальной начинки самих приборов. Анализировать эти самые отклики очень трудно. Устройство выдает огромное количество данных. В сыром, необработанном виде они бесполезны. Такой мощный анализ информации – дело интеллектуальных систем нового поколения.
.jpg)
– И последний вопрос. Как выбрать микроскоп?
– У каждого типа свой диапазон приложений. Никакие электронные микроскопы никогда не заменят атомно-силовые в создании трехмерного рельефа поверхности и изучении живых клеток, так же как атомно-силовые не заменят электронные в элементном анализе, когда надо заглянуть вглубь вещества. Но комбинации методов очень и очень перспективны. Объект можно одновременно исследовать различными способом. Какого-то одного прибора для полного анализа никогда не существовало и не будет существовать. Возьмем, к примеру, самих ученых. Мы же знаем, что есть геологи, есть историки. Но тех, кто бы знал все обо всем крайне мало, областей появилось так много, что одному все знать не под силу. Поэтому важно умело оперировать множеством методик и всесторонне изучать образцы. Для этого мы и думаем о том, как правильно организовать пространство в лаборатории, какие приборы совместимы и как упростить жизнь исследователю.
Материал подготовила Тамара Беседина (Университет ИТМО)
