Технологии управления свойствами биологических объектов реферат

Обновлено: 05.07.2024

Что такое центры НТИ?

Центры НТИ — это подразделения, которые создаются на базе образовательных или научных организаций и помогают развивать так называемые сквозные технологии НТИ совместно с другими организациями и индустриальными партнерами.

Сквозными технологиями Национальной технологической инициативы называют научно-технические направления, которые в наибольшей степени влияют на развитие рынков НТИ. К таким технологиям относят большие данные, искусственный интеллект, системы распределенного реестра, квантовые технологии, новые и портативные источники энергии, сенсоры и компоненты робототехники, технологии беспроводной связи, технологии управления свойствами биологических объектов, нейротехнологии, технологии виртуальной и дополненной реальностей.

Основная задача программы состоит в том, чтобы помочь российским компаниям стать лидерами глобальных рынков НТИ. Обязательным условием при отборе вузов и институтов была возможность сотрудничать с партнерами из бизнеса и промышленности.

Центры первой волны

№	Направление	Организация базирования
1	Искусственный интеллект	МФТИ
2	Квантовые технологии	МГУ
3	Технологии новых и мобильных источников энергии	Институт проблем химической физики РАН
4	Новые производственные технологии	СПбПУ Петра Великого
5	Технологии управления свойствами биологических объектов	ИБХ РАН
6	Нейротехнологии, технологии виртуальной и дополненной реальности	ДВФУ

Центры второй волны

Как вы видите, на данный момент открыто 14 центров НТИ. Все консорциумы сформированы и уже приступили к работе. Расскажем о некоторых из них.

Центр искусственного интеллекта (МФТИ)

Центр технологий управления свойствами биологических объектов (ИБХ РАН)

В этом центре будут разрабатывать комплексные технологии и бизнес-процессы, которые позволят связать результаты фундаментальных научных исследований и потребности отечественных и зарубежных рынков в области создания и продвижения новых лекарственных форм, генных технологий, медицинского и научно-исследовательского оборудования, необходимых для увеличения продолжительности жизни и улучшения качества жизни населения.

В области создания лекарственных средств наиболее интересные разработки центра на начальном этапе связаны с лечением раковых заболеваний и решением проблемы резистентности бактерий к антибиотикам.

Центр технологий компонентов робототехники и мехатроники (Университет Иннополис)

Центр технологий квантовой коммуникации (МИСиС)

На базе этого центра планируется развивать в первую очередь такие научные проекты, как квантовое распределение ключа и квантовая криптография, разрабатывать теорию квантовых коммуникаций, а также их базовые компоненты, создавать задел для распределенных квантовых вычислений и интерфейсов.

Цели и задачи

Стратегические цели реализации программы Центра

В научно-техническом направлении:
— создание прорывных продуктов в области биотехнологии в России и на мировых рынках;
— экспансия отечественных инновационных продуктов и услуг на мировые рынки и выведение России в мировые лидеры биотехнологического рынка.
По направлению образовательной деятельности:
— подготовка высшего звена инженерных и управленческих кадров для биотехнологической и биофармацевтической промышленности.
В части формирования инфраструктуры:
— создание и развитие новых биотехнологических производств.

Основные задачи Центра группируются вокруг следующих направлений:

Развитие биомедицины и разработка новых эффективных биофармацевтических препаратов;
Патентование и лицензирование инновационных продуктов и услуг в области биотехнологии, конкурентоспособных на отечественном и мировом рынке;
Нормотворческая деятельность на государственном уровне: участие в подготовке рекомендаций и утверждении законодательных актов в области биотехнологий;
Разработка и развитие комплексного маркетингового подхода по продвижению продуктов на российском и мировом рынке биотехнологической продукции;
Разработка программ обучения и повышения квалификации в области биологии, химии и биотехнологического маркетинга.

Результаты деятельности

Преодоление технологических барьеров

В 2019 для увеличения производительности существующих методов поиска антибиотических препаратов применено платформенное решение в формате ультравысокопроизводительного скрининга клеточных библиотек с использованием технологии микрофлюидики для поиска антимикробной активности. Новый подход позволяет расширить репертуар скринируемых бактерий более чем на 3 порядка. Платформу планируется валидировать на примере аминокумацин-подобных антибиотиков.
В 2019 году введен в эксплуатацию первый в России мини-питомник для разведения лабораторных кроликов SPF-категории с контролируемыми генетическим и микробиологическим статусами. Ранее высоко категорированные лагоморфы отсутствовали на внутреннем рынке РФ. Открытие питомника сделало возможным проведение исследований в соответствии с принципами надлежащей лабораторной практики и рекомендациями методических руководств OECD, ICH, EMA, FDA репродуктивной токсичности лекарственных средств, пестицидов, косметики, ветеринарных препаратов, пищевых и кормовых добавок, химических веществ промышленного назначения. Мощность мини-питомника рассчитана на проведение до 10 исследований в год. Система менеджмента качества производства лабораторных кроликов сертифицирована как соответствующая международным требованиям стандарта ISO 9001:2015. Научным и промышленным центрам также могут быть предоставлены микробиологически и генетически охарактеризованные лабораторные кролики стока NZW для исследований на собственной базе.

Значимые результаты научно-исследовательской деятельности

Создание важных объектов инфраструктуры

В 2019 году введен в эксплуатацию первый в России мини-питомник для разведения лабораторных кроликов SPF-категории с контролируемыми генетическим и микробиологическим статусами. Ранее высоко категорированные лагоморфы отсутствовали на внутреннем рынке РФ. Открытие питомника сделало возможным проведение исследований в соответствии с принципами надлежащей лабораторной практики и рекомендациями методических руководств OECD, ICH, EMA, FDA репродуктивной токсичности лекарственных средств, пестицидов, косметики, ветеринарных препаратов, пищевых и кормовых добавок, химических веществ промышленного назначения. Мощность мини-питомника рассчитана на проведение до 10 исследований в год. Система менеджмента качества производства лабораторных кроликов сертифицирована как соответствующая международным требованиям стандарта ISO 9001:2015. Научным и промышленным центрам также могут быть предоставлены микробиологически и генетически охарактеризованные лабораторные кролики стока NZW для исследований на собственной базе.

Внедрение и коммерциализация результатов деятельности Центра

Разработана эффективная биотехнология получения активной фармацевтических субстанций (АФС) лекарственного средства Лираглутида, необходимая при производстве препарата для лечения инсулиннезависимого сахарного диабета. На 2021 год запланированы доклинические исследования лекарственного средства.
Разработана биотехнология получения АФС Терипаратида. На мировом и отечественном рынке Терипаратид – один из наиболее востребованных препаратов в терапии остеопороза, механизм действия которого способствует формированию костной ткани, влияя непосредственно на рост остеобластов. Терипаратид входит в перечень жизненно необходимых лекарственных препаратов (код H05AA). В 2020 году разработан проект Фармакопейной статьи на АФС Терипаратида и проводится наработка опытных образцов. В 2021 году планируется завершить доклинические исследования препарата на основе АФС Терипаратида.
Подписано лицензионное соглашение с индустриальным партнером и начаты работы по масштабированию биотехнологии получения АФС инновационного пептидного анальгетического лекарственного средства Пепталгин.

Создание и лицензирование РИДов

Консорциум

Миссия Консорциума

Создавать передовые продукты и технологии, связывающие результаты науки и потребности существующих рынков НТИ, в целях повышения эффективности экономики страны, увеличения продолжительности и качества жизни населения.

Список участников консорциума:

Научные и образовательные учреждения

Партнеры из индустрии

Проекты

Центр компетенций НТИ ИБХ РАН реализует 12 проектов:

Образовательная деятельность

Образовательные направления Центра НТИ ИБХ РАН:

Образовательные направления ЦНТИ ИБХ РАН включают:

Список всех образовательных проектов ЦНТИ ИБХ РАН представлен на сайте Центра.

К 2035 году в России должны быть сформированы новые глобальные рынки, которые позволят нашей стране занять лидирующие позиции в технологической сфере. Для этого была создана Национальная технологическая инициатива (НТИ) – долгосрочная стратегия технологического развития.

Согласно документу, к 2035 году суммарные расходы на науку и технологии достигнут 4% ВВП. Доходы российских компаний и университетов от управления интеллектуальной собственностью составят 1% от оборота мирового рынка, а Россия войдет в топ-5 стран по рейтингу количества профессионалов, занимающихся исследованиями и разработками.

В рамках национальной стратегии разрабатываются перспективные технологии. ТАСС расскажет, в чем суть и особенности каждой технологии и какие компании уже применяют их.

1. "Большие данные" (Big Data)

У "больших данных" пока нет точного определения, но по сложившейся за последние несколько лет традиции к ним относят информацию, которая соответствует трем критериям:

ее очень-очень много;
ее не просто много, а она лавинообразно увеличивается, и это надо обрабатывать на ходу;
ее невозможно обработать традиционными способами, потому что она плохо структурирована (случайные объекты, медиаобъекты и пр.).

Для работы с "большими данными" нужны очень большие парки серверов и специализированные программы. В России этим успешно занимается "Яндекс" (чуть ли не половина их бизнеса состоит из обработки Big Data для "нефтянки" и пр.), а также другие поисковики и социальные сети.

2. Искусственный интеллект

Под этим подразумеваются сложные программные системы, которые не только умеют действовать по заложенной человеком программе, но и эффективно самообучаются, а также могут совершать действия, которые не были заложены программистом.

В этой области по миру действуют тысячи компаний. Например, интеллектуальные системы поддержки принятия решений для охраны сухопутных границ РФ на Урале, Дальнем Востоке и юге России разрабатываются силами Объединенной приборостроительной корпорации. Системы помогают собирать данные о наземной, морской и воздушной обстановке, умеют решать оперативные, служебные задачи, а также оказываются полезны, если нужно спланировать действия и работу пограничных служб. В систему интегрированы элементы искусственного интеллекта, обеспечивающие анализ, прогнозирование ситуации и расчет сценариев действий и маршрутов, по которым могут двигаться нарушители.

Другой пример – создание авиасимулятора с искусственным интеллектом, на котором удобно обучать летчиков, или системы беспилотного движения транспорта.

Алгоритмы глубокого машинного обучения разрабатывают подразделение "Яндекса" Yandex Data Factory и компания Semantic Hub. Последняя обрабатывает большие массивы, например научных статей, и готовит на их основе аналитические отчеты.

3. Системы распределенного реестра, или блокчейн

Идея технологии блокчейна довольно проста – это огромная база данных общего пользования, которая функционирует без централизованного руководства. В случае с биткоином, например, проверкой транзакций занимаются так называемые майнеры – участники системы с мощными компьютерами, которые подтверждают подлинность совершенных действий, а затем формируют из записей транзакций блоки. В руках этих участников и находится распределенная база данных, состоящая из "цепочки блоков". Распределенный характер базы данных на основе блокчейна позволяет контролировать достоверность транзакций без надзора каких-либо финансовых регуляторов.

Основные лоббисты блокчейна в России – провайдер платежных сервисов Qiwi и Сбербанк.

4. Квантовые технологии

Технология основана на манипуляции сложными квантовыми системами на уровне их индивидуальных компонентов, а не просто на квантовой физике. Так, транзистор, согласно этому определению, не является квантовой технологией, потому что, хотя он и основан на квантовой физике, в нем нет управления индивидуальными электронами, а в квантовых технологиях речь идет именно об управляемых квантовых частицах. Примеры – квантовые датчики (колоссальная чувствительность и колоссальное квантовое разрешение), квантовый компьютер, сверхточные хронометры и геопозиционирование, квантовое шифрование (криптография).

Созданием инфраструктуры квантовых коммуникаций, обеспечивающих абсолютно безопасную связь, занимается Российский квантовый центр. Сегодня центр разрабатывает промышленное устройство для квантовой криптографии. В планах – разработка миниатюризированных технологий для телефона.

5. Новые и портативные источники энергии

Прежде всего речь идет о технологиях эффективного накопления и использования энергии. Американская компания Tesla Energy производит аккумуляторы размером с маленький шкафчик. Их можно заряжать ночью по дешевому тарифу, а потом накопленной энергией целый день питать оборудование во всем доме. Для производства аккумуляторов требуется литий. По словам представителя АСИ, ученые уверены, что его запасов не хватит для того, чтобы установить каждому человеку такой Tesla-аккумулятор. Поэтому одной из задач исследователей является поиск новых энергозапасающих материалов.

Помимо разработок микробатареек с большой емкостью, исследовательские центры и компании ищут способы индивидуального производства энергии. Например, если установить вместо стекол прозрачные батарейки, каждая квартира станет генератором солнечной энергии. А потоки энергии смогут двигаться не только от электростанции в квартиру, но и наоборот. При необходимости произведенную энергию можно будет отправлять в хранилища или передавать на другой конец Земли.

Однако техническое решение, позволяющее управлять потоками энергии, пока не найдено, а сети имеют национальный характер. Российская компания "Таврида Электрик" создает коммутационное оборудование для управления энергопотоками, которые питают Калининградскую область. А компания Qiwi планирует создать потребительский сервис, с помощью которого можно будет продавать энергию, произведенную персональным генератором человека.

6. Новые производственные технологии

К ним относятся аддитивные технологии, цифровое моделирование и новые материалы. Преимущество аддитивного производства заключается в сложении или наслаивании материала при изготовлении сложных деталей, что в разы экономичнее выпиливания или отрезания.

Пример аддитивной технологии – 3D-печать. Чтобы аддитивные технологии работали, нужно создать электронную модель изделия. При помощи технологий цифрового моделирования и проектирования не только рисуют трехмерный макет изделия, но и рассчитывают, какой потребуется материал для его изготовления, какие нагрузки он выдержит, вплоть до выбора поставщика. В идеале компьютер должен выполнять работу целого конструкторского бюро.

Новые материалы – это материалы на стыке нескольких наукоемких областей, такие как биоинженерные материалы, сверхпроводники, передовые полимеры, нанопорошки и наноуглеродные материалы. Они требуются для того, чтобы оборудование могло выполнять новые функции.

В качестве примера можно привести проект "Фабрики будущего". Он направлен на создание площадок цифрового проектирования и моделирования, а также тестирования продукции нового поколения в области автомобилестроения, судостроения, вертолетостроения и т. д. "Умные" фабрики позволят сократить сроки разработки и производства, а также себестоимость изделий. Проект предполагает запуск двух испытательных полигонов к 2018 году и 30 "Фабрик будущего" к 2035 году. Его будут реализовывать Институт передовых производственных технологий СПбПУ, группа компаний CompMechLab, научно-производственное объединение "Сатурн" (входит в структуру "Ростеха"), Сколковский институт науки и технологий и другие.

7. Сенсорика и компоненты робототехники

Сенсоры окружают нас повсюду: в телефонах, микрофонах, считывателях магнитных билетов в метро. Несмотря на то, что сенсоров много, остается ряд нерешенных вопросов. Например, эффект Доплера, который для простого потребителя проявляется в низкой скорости срабатывания сенсора. На платных дорогах водитель может оплатить проезд без использования наличных или банковских карт с помощью специального бортового устройства – транспондера. Деньги списываются с автовладельца, когда сенсор считывает метку транспондера. Однако для того, чтобы это произошло, необходимо замедлить автомобиль до 30-50 км/ч.

Роботам тоже требуются сенсоры: антропоморфным – для устойчивости, промышленным – чтобы понимать, в каком месте находится деталь, где ее взять, куда перенести. В России промышленных роботов производят для военных целей.

8. Технологии беспроводной связи

Сейчас в приоритете технологии 5G. Идея 5G заключается в том, чтобы выделить под нужды широкополосного мобильного доступа миллиметровые частоты свыше 24 ГГц, что позволит достичь скоростей передачи данных свыше 10 Гбит, то есть более чем в 10 раз быстрее соединения по оптико-волоконному кабелю.

В принципе, скорости 4G более чем устраивают потребителей, но 5G позволит отчасти перехватить технологический контроль за интернетом у США, поэтому в него очень активно вкладываются Китай, Южная Корея, Европа.

Россия также предпринимает шаги по усилению своего влияния в области развития 5G. В конце сентября 2015 года она предложила Международному союзу электросвязи стандартизировать для сетей 5G диапазоны частот 4440–4500, 4800–5000 и 5925–6425 МГц, широко используемые у нас в стране. Примерно тогда же было достигнуто соглашение о сотрудничестве стран БРИКС в области стандарта связи пятого поколения, интернета вещей и облачных технологий.

В России системы беспроводной связи разрабатывает компания Ranberry, которую основали сотрудники Института проблем передачи информации РАН.

9. Технологии управления свойствами биологических объектов

В основе технологии лежат генетика и синтетическая биология, которые объединяют технологии биоинженерии, управления генами, объединения биологических элементов в новые образования.

Генетика – наука о наследственности и наследственной изменчивости человека. Технологии позволяют читать и расшифровывать ген на основе анализов и сложных программ. Так, например, уже сегодня можно узнать, какие продукты у человека плохо усваиваются или какова вероятность возникновения рака.

В рамках синтетической биологии развиваются технологии выращивания искусственных органов и тканей. Сейчас можно вырастить кусочек кожи площадью 1 см.

Перечисленные технологии применяют и разрабатывают российские компании "Атлас", "Генотек", "ДНК-Диагностика", Институт стволовых клеток человека и другие.

10. Нейротехнологии, технологии виртуальной и дополненной реальности

Нейротехнологии – это совокупность технологий, созданных на основе принципов функционирования нервной системы и способствующих увеличению продолжительности и качества жизни. Передовые разработки в нейротехнологиях способны повышать продуктивность человеко-машинных систем и производительность психических и мыслительных процессов. Рынком-предшественником является рынок носимых устройств, передающих информацию через интернет. Новые технологии будут разрабатываться на основе результатов интенсивного изучения человеческого мозга и нервной системы.

Это крайне широкая область: от новой фармацевтики и электронной "начинки" организма для компенсации утраченных функций до различных интеллектуальных производств, основанных на нейроморфных системах. Уже сейчас экзоскелеты (специальные устройства-каркасы) позволяют людям восполнять утраченные функции или увеличивать силу мышц. При помощи "мозга-компьютера с очками дополненной реальности" компании "Нейроботикс" парализованные пациенты могут управлять такими экзоскелетами через считывание электрической активности мозга.

Одним из направлений нейротехнологий занимается, в частности, компания "Айкумен – информационные бизнес-системы". В фокусе ее внимания технологии интеллектуального анализа данных, комплексные информационно-аналитические решения класса Business Intelligence в интересах государственных и корпоративных заказчиков.

Другая компания – "Нейроматикс" – специализируется на розничной и оптовой продаже нейроконтроллеров – устройств, которые предоставляют возможность каждому желающему использовать свой мозг для прямого управления компьютерными программами, периферийными устройствами, играми.

В послании Федеральному собранию 4 декабря 2014 года президент России Владимир Путин обозначил Национальную технологическую инициативу одним из приоритетов государственной политики. НТИ объединяет технологических предпринимателей, представителей университетов и исследовательских центров, крупные деловые объединения России, институты развития, экспертные и профессиональные сообщества, а также органы исполнительной власти.

Участниками НТИ являются Межведомственная рабочая группа при президиуме совета при президенте по модернизации экономики и инновационному развитию России во главе с вице-премьером правительства Аркадием Дворковичем и помощником президента Андреем Белоусовым, Агентство стратегических инициатив (АСИ), Российская венчурная компания (РВК) и профессиональные (экспертные) рабочие группы.

Межведомственная рабочая группа, возглавляемая вице-премьерами, координирует и мониторит взаимодействие Федеральных органов исполнительной власти, институтов развития и иных заинтересованных организаций в рамках реализации НТИ. За АСИ – формирование стратегии и осуществление методологической поддержки НТИ. РВК – это проектный офис НТИ, то есть весь операционный блок: организационно-техническое, экспертно-аналитическое и методологическое сопровождение деятельности рабочих групп, участвующих в проектировании и реализации дорожных карт НТИ, содействие реализации проектов дорожных карт, организация и проведение профильных образовательных программ, выстраивание систем правовой, юридической и инструментальной поддержки, а также финансовая поддержка деятельности НТИ в пределах утвержденного бюджета РВК.

Среди приоритетных направлений НТИ выделяют девять рынков:

EnergyNet (рынок сервисов интеллектуальной энергетики, экосистемы производителей и потребителей энергии, которые беспрепятственно интегрируются в общую инфраструктуру и обмениваются энергией);
FoodNet (интеллектуальный рынок производства и распределения пищи и продуктов с индивидуальной логистикой);
SafeNet (новые персональные системы безопасности);
HealthNet (персональная медицина);
AeroNet (рынок сервисов на основе авиационно-космических и беспилотных аппаратов);
MariNet (рынок глобально распределенных интеллектуальных систем управления морским транспортом и технологий освоения Мирового океана);
AutoNet (рынок беспилотников и решений на их основе);
FinNet (рынок децентрализованных финансовых систем и валют);
NeuroNet (рынок информационного обмена следующего поколения, продукты и сервисы которого основаны на знаниях о мозге и направлены на расширение ресурсов мозга).

Согласно стратегии НТИ, к 2035 году доля частных инвестиций в долгосрочные программы исследований будет составлять не менее 50%. Зарубежные инвестиции в российские технологические разработки будут насчитывать не менее 10% от общего бюджета страны на исследования и разработки.

Оперативный мониторинг ситуации на Украине и связанных с ней санкций – в нашем телеграм-канале. Подписывайтесь!

7. Сенсорика и компоненты робототехники

8. Технологии беспроводной связи

9. Технологии управления свойствами биологических объектов

10. Нейротехнологии, технологии виртуальной и дополненной реальности

НАЦИОНАЛЬНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИНИЦИАТИВА

Среди приоритетных направлений НТИ выделяют девять рынков:

EnergyNet (рынок сервисов интеллектуальной энергетики, экосистемы производителей и потребителей энергии, которые беспрепятственно интегрируются в общую инфраструктуру и обмениваются энергией);
FoodNet (интеллектуальный рынок производства и распределения пищи и продуктов с индивидуальной логистикой);
SafeNet (новые персональные системы безопасности);
HealthNet (персональная медицина);
AeroNet (рынок сервисов на основе авиационно-космических и беспилотных аппаратов);
MariNet (рынок глобально распределенных интеллектуальных систем управления морским транспортом и технологий освоения Мирового океана);
AutoNet (рынок беспилотников и решений на их основе);
FinNet (рынок децентрализованных финансовых систем и валют);
NeuroNet (рынок информационного обмена следующего поколения, продукты и сервисы которого основаны на знаниях о мозге и направлены на расширение ресурсов мозга).

Что такое биотех? Биотехнология — дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов для решения технологических задач, а также создания живых организмов с нужными свойствами при помощи генной инженерии.

Скачок в развитии биотехнологий произошел около 15 лет назад — с появлением возможности эффективно обрабатывать большие данные и с бурным развитием генной инженерии. Теперь у исследователей в руках два мощных рычага, которые будут развивать эту отрасль в ближайшее десятилетие.

Какие бывают биотехнологии?

• Биоинженерия — применение технических подходов для решения биологических и медицинских задач, в том числе для улучшения охраны здоровья.

• Биомедицина — применение теоретических подходов к биологическим системам в организме человека, что может привести к исправлению системных неполадок в организме, в том числе и на молекулярном уровне (наномедицина).

• Биофармакология — разработка лекарственных веществ биологического и биотехнологического происхождения.

• Биоинформатика — исследование генома с помощью компьютерного анализа, разработка алгоритмов для изучения биологических систем.

• Бионика — изучение процессов, происходящих в биологических системах, и использование их для решения инженерных задач.

• Биоремедиация — очистка воды, грунта, атмосферы с помощью биологических объектов (растений, грибов, насекомых и пр).

• Искусственный отбор — селекция растений и животных.

• Клонирование — получение генетически идентичных организмов методом бесполого размножения.

• Гибридизация — объединение генетического материала разных клеток для получения гибридов.

• Генная инженерия — один из важнейших инструментов биотехнологии, получение рекомбинантных РНК и ДНК, различные манипуляции с генами для получения новых свойств организмов.

Среди проектов центра — разработка фармацевтических субстанций, которые в будущем помогут лечить остеопороз и восстанавливать костную ткань, лечить инсулиннезависимый сахарный диабет и контролировать вес, обезболивать лекарством с очень низкой дозировкой и минимумом побочных эффектов. Также ЦК планирует разрабатывать технологии для неинвазивной коррекции нарушений сердечного ритма, которые смогут заменить традиционные кардиостимуляторы; биопрепараты для лечения когнитивных расстройств и болезни Альцгеймера; для терапии опухолей, бактериальных инфекций, обладающих резистентностью к классическим антибиотикам, для ранозаживления и многое другое.

Читайте также: