Научные проекты ПИШ НГУ концентрируются на трех актуальных для экономики России направлениях: космическое и специальное приборостроение, технологии нефтедобычи, биотехнологии.
Создание платформы дизайна олигонуклеотидов. Разработка микрофлюидных и сенсорных систем для портативной диагностики
Биомедицинское направление ПИШ НГУ нацелено на создание отечественных технологических платформ в тех областях, где вопрос суверенных технологий стоит наиболее остро. Ключевые технологии ПИШ НГУ, микрофлюидика и высокоточный синтез олигонуклеотидов для генетического анализа для медицины и агробиотехнологий, получили бурное развитие в течение последних 10-20 лет и находят широчайшее применение на рынке. Так, например, количество публикаций, использующих высокопроизводительные методы геномного анализа, увеличилось более чем в десять раз за последнее десятилетие и достигло более чем одиннадцати тысяч, согласно данным базы Pubmed. Востребованность микрофлюидных технологий в области научных исследований также подтверждается более чем четырьмя тысячами статей по тематике, опубликованными за 2021 год. Высокая динамика роста также прогнозируется для глобальных рынков этих технологий – CAGR около 20% и размер рынка более 30 млрд долларов к 2030 году в обоих случаях.
Вместе с тем, на рынке слабо представлены отечественные продукты, что в том числе связано с недоступностью, как ключевых компонентов, так и не достаточными компетенциями в области дизайна данных продуктов в России. В связи с текущей геополитической ситуацией для быстрого преодоления данного барьера необходимо в кратчайшие сроки создать соответствующие школы и обеспечить разработку и передачу в производство следующих типов продуктов:
- Отечественные диагностические устройства и расходные материалы для лабораторной экспресс-диагностики - измерения показателей крови, полевые ПЦР;
- Компоненты систем пробоподготовки для проведения высокопроизводительного секвенирования и панели для проведения диагностики онкологии, генетической диагностики, включая неонатальный и пренатальный скрининг, методами массового параллельного секвенирования;
- Синтетические генетические конструкции (синтез генов denovo);
- Реинжиниринг терапевтических препаратов на основе нуклеиновых кислот;
- Прототипирование микрофлюидных технологий;
- Технологии создания и модификации полимерных пленок с целью придания им требуемых поверхностных свойств;
- Запуск технологического процесса производства гидрофильных полимерных пленок в коммерчески значимых масштабах.
Интеллектуальный анализ геофизических данных при геологоразведке и разработке месторождений
Нефтегазовая отрасль является не только основой экономики России, но также одним из основных драйверов развития высокотехнологических отраслей. Это связано с ухудшением качества разведанных запасов нефти и газа, уходом добычи в регионы Крайнего Севера, что требует применения самых передовых технологий извлечения углеводородов и работы оборудования. Современная разработка углеводородов ведется на глубинах в несколько километров в экстремальных условиях больших давлений, температур, агрессивности окружающей среды.
Перечислим основные вызовы, которые ставит нефтегазовая отрасль. Во-первых, требуются все более совершенные методы компьютерного моделирования технологических операций повышения нефтеотдачи от масштаба пор до масштаба месторождения для оптимизации процессов разработки. Во-вторых, требуется построение все более детальных цифровых моделей месторождения, чтобы найти все ловушки углеводородов и обеспечить их разработку. Наконец, большую важность имеет развитие геофизических приборов и технологий не только для поиска, но также для мониторинга разработки месторождений и полигонов захоронения СО2. Этим трем направлениям посвящены проекты ПИШ по тематике нефтегазовых технологий.
Среди ожидаемых продуктов ПИШ можно выделить следующие:
- системы мониторинга и поддержки принятия решений (системы сбора геофизической информации, облачное/серверное программное обеспечение по комплексной интерпретации данных).
- оптимизация технологий разработки низкопроницаемых коллекторов, включая гидроразрыв пласта, химические и газовые МУН и другие на основе математического моделирования и цифровых двойников
- создание и оптимизация технологий долговременного хранения СО2
- сервис по мониторингу:
- разработки месторождений углеводородов;
- полигонов захоронения СО2;
- разработки месторождений твердых полезных ископаемых (уголь, рудные и т.д.);
- инфраструктурных объектов в сейсмоактивных районах и районах вечной мерзлоты (трубопроводы).
Космическое и специальное приборостроение
Уникальность среды и специфика эксплуатации контрольно-измерительного оборудования космического назначения ставит перед инженером действительно нестандартные задачи и фактически не позволяет иметь права на ошибку. Бортовые датчики должны сохранять свою работоспособность при длительном воздействии различных факторов космического пространства (плазма, космическая радиация, твердые частицы искусственного происхождения, широкий перепад температур и др.), при этом к ним предъявляются жесткие требования по энергетическим и массо-габаритным показателям, показателям механической устойчивости и срокам эксплуатации в условиях невозможности какого-либо ремонта. Все это требует от инженера-разработчика творческих подходов, широкого диапазона теоретических знаний и практических навыков. Освоение всех этих компетенций позволит на выходе получить инженера, востребованного в любой современной промышленной отрасли от авиа- и машиностроения до медицины и сельского хозяйства.
В то же время решение перспективных задач в рамках направления мониторинга бортовых подсистем максимально отвечает современным технологическим вызовам, которые стоят сегодня перед российскими компаниями космического приборостроения. Любая технически-сложная ракетно-космическая техника оснащена информационно-измерительными средствами неразрушающего контроля и мониторинга состояния. С развитием технологий постоянно увеличивается количество диагностируемых параметров и нарастает необходимость как разработки новых интеллектуальных средств контроля, так и построения масштабируемых унифицированных систем мониторинга, позволяющих произвольно изменять состав датчиковых средств в зависимости от потребности конкретной космической миссии.
Таким образом в рамках направления космического приборостроения деятельность ПИШ будет сосредоточена на модернизации существующих средств диагностики, разработке новых сенсоров и созданию отечественной унифицированной интеллектуальной телеметрической системы мониторинга бортовых спутниковых подсистем.
