Кузница научной элиты

Проведение собственных исследований и опытов помогает ученикам Физико-математической школы НГУ закрепить знания. Фото с сайта www.sesc.nsu.ru

Становление ученого – процесс длительный и непростой: тяга к исследованиям проявляется еще в школе, вуз должен дать будущему специалисту современные и востребованные знания, а работа в научной или образовательной организации – раскрыть его потенциал как профессионала. Одна из задач национального проекта «Наука и университеты» – сформировать оптимальные условия для самореализации и развития ученого на всех этих этапах. Созданную нацпроектом цепочку непрерывного вовлечения в науку, бесшовного перехода из одного научно-образовательного пространства в другое можно отследить на примере Новосибирской области, где ее реализовал Новосибирский государственный университет (НГУ).

Точка притяжения для одаренных детей

Специализированные учебные научные центры (СУНЦ), созданные по нацпроекту «Наука и университеты» при ведущих российских вузах, – начальная ступень подготовки научных кадров. Цель таких центров – создание условий для развития одаренных, увлеченных и целеустремленных подростков, показывающих высокие результаты в исследовательской деятельности, плотная интеграция науки и образования уже на уровне средней и старшей школы. А в дальнейшем – обеспечение плавного перехода выпускников в вузы.

В СУНЦ учатся школьники 8–11-х классов по системе интерната – это позволяет отбирать самых талантливых старшеклассников из разных регионов и максимально погружать их в учебу. Преподавателями выступают лучшие специалисты вузов, на базе которых они созданы. Государственные субсидии обеспечивают бесплатное обучение, проживание и питание учеников и модернизацию материально-технической базы. Сейчас сеть СУНЦ насчитывает 10 центров, действующих в Екатеринбурге, Казани, Москве, Нижнем Новгороде, Новосибирске, Ростове-на-Дону, Санкт-Петербурге, Ставрополе и Якутске.

В СУНЦ Новосибирского государственного университета – Физико-математической школе НГУ им. М.А. Лаврентьева – ребята изучают естественно-научные и точные дисциплины по программам повышенного уровня сложности. Для школьников открыты как собственные лаборатории СУНЦ, так и лаборатории НГУ и исследовательских институтов Новосибирского научного центра Сибирского отделения (СО) РАН. Проведение собственных исследований и опытов под началом ведущих экспертов помогает получать и закреплять углубленные знания, учит вести научный поиск.

Такое исследование Виктории Пеньковой помогло ей занять призовое место на школьной секции Международной научной студенческой конференции – 2024. Ученица выяснила, как характер электромагнитных колебаний в электрической цепи зависит от материала стержня, помещенного в катушку индуктивности. Одиннадцатиклассница ставила эксперименты со стержнями из ферромагнетика (трансформаторная сталь и сплав сталь 3) и немагнитного материала (алюминий и медь) – измеряла напряжение на катушке в зависимости от тока в цепи для различных материалов стержня.

Исследователю удалось по измеренным токам и напряжениям определить проводимость материала стержня, рассказал научный руководитель проекта, доцент кафедры физики СУНЦ НГУ Юрий Башкатов. Проведенная работа была связана с бесконтактным способом определения параметров материалов, подчеркнул он. Подобная экспериментальная практика приносит большую пользу для развития ученого и показывает перспективные направления работы. «Было бы здорово разработать бесконтактные методики для определения параметров более сложных композитных материалов», – отметил ученый.

Инженерный спецназ

95% выпускников СУНЦ НГУ поступают в ведущие вузы страны. В базовом университете физматшколы для самых талантливых студентов тоже приготовлены особые условия – действует передовая инженерная школа (ПИШ). Здесь готовят своего рода «инженерный спецназ» – специалистов нового поколения, способных обеспечить стране технологический суверенитет.

Сейчас в России функционируют 50 таких школ в 23 регионах. К их деятельности привлекаются индустриальные партнеры – госкорпорации и крупные компании, число которых уже превысило 250. К концу 2023 года студентов ПИШ насчитывалось более 6 тыс. человек, свыше 7400 инженеров прошли дополнительное образование. В ПИШ открыты самые современные программы подготовки, сочетающие теорию с решением практических задач, поставленных промышленными партнерами.

Одна из сфер деятельности ПИШ НГУ – оптика и сенсорика, в том числе создание стендов для метрологических тестов и калибровки устройств. Среди новых изобретений – стенд для быстрого тестирования новых электронных плат на их производстве. Проверка занимает несколько десятков секунд вместо нескольких десятков минут. Испытания проводятся в автоматическом режиме – от оператора не требуется специальных знаний, риск ошибки из-за человеческого фактора сведен к нулю. Протестировав плату, машина выведет на экран результаты, в том числе покажет неисправный узел, если он есть. Работнику остается внести в протокол результаты проверки и передать плату дальше по маршруту или на ремонт.

«Суть проекта передовой инженерной школы НГУ – создание и реализация новой модели совместной деятельности университета и индустриальных партнеров, объединенных выполнением комплексных технологических проектов и подготовкой инженерных кадров, – рассказал «НГ-науке» директор ПИШ НГУ, доктор физико-математических наук, профессор РАН Сергей Головин. – Текущая модель университета нацелена на подготовку элитных исследователей на основе проектной работы в исследовательских подразделениях НГУ и на базе партнеров университета – институтов Сибирского отделения РАН. Проект ПИШ предполагает дополнить данную модель подготовкой людей другого типа – инженеров-лидеров, способных к созданию сложных технологических платформ для преодоления разрывов системообразующих компаний».

«Подготовка элитных инженеров, в том числе инженеров-предпринимателей, будет осуществляться также на основе проектного подхода, но ключевыми партнерами становятся высокотехнологичные компании», – отметил он. Роль ПИШ – найти принципиальные технологические барьеры отраслей экономики, создать совместные исследовательские центры, обладающие ключевыми пропущенными компетенциями, и организовать кооперацию для преодоления барьеров путем создания соответствующих технологических платформ, пояснил Сергей Головин.

А орешки не простые

Уже работая в различных научных центрах, ученые стремятся установить связи с реальным сектором экономики, чтобы результаты их труда были востребованы. Для выстраивания долгосрочного сотрудничества с предприятиями НГУ создал Центр трансфера технологий (ЦТТ). Такие центры тоже создаются по нацпроекту «Наука и университеты». ЦТТ обеспечивают поставку на производство вузовских инноваций – занимаются привлечением заказчиков и партнеров, правовой защитой разработок ученых (например, патентованием), заключением сделок по лицензированию и коммерческим НИОКР. Сейчас при вузах и научных организациях действуют уже 38 таких структурных подразделений.

«В 2023 году НГУ подал более 140 заявок на выдачу патентов, регистрацию объектов авторского права, ноу-хау, при этом более чем в три раза увеличил количество заявок на патенты по сравнению с предыдущим годом. Также университет расширяет список индустриальных партнеров, среди которых Роскосмос, Росатом, РЖД, ОДК, Сбер, «Газпром нефть», «Татнефть», «Эл 6», Эн+, «Сибирская генерирующая компания», «Ростелеком» и другие», – рассказал «НГ-науке» директор Центра трансфера технологий и коммерциализации НГУ Александр Квашнин.

ЦТТ НГУ, например, запатентовал изобретение новосибирских ученых – суперконденсатор из скорлупы кедрового ореха. Суперконденсаторы (или ионисторы) – один из типов накопителей энергии. Они используются, например, на солнечных и ветровых электростанциях (в связке с аккумуляторами), для кратковременного питания маломощных электронных приборов, в системах резервного питания памяти, пусковых устройствах для электротранспорта, устройствах для запуска двигателей в условиях низких температур, когда традиционные аккумуляторы быстро теряют свой заряд.

К преимуществам ионисторов относятся большая мощность и высокая скорость зарядки – десятки секунд или несколько минут: аккумуляторы получают и отдают энергию значительно дольше. Отличает суперконденсаторы и выносливость: они рассчитаны на десятки и сотни тысяч циклов заряжения-разряжения. При этом их удельная емкость ниже, чем у аккумуляторов. Электроды ионисторов изготавливают из активированного угля с высокой эффективной площадью поверхности, чтобы устройство могло запасти больше энергии.

Благодаря изобретению новосибирских ученых этот углеродный материал можно изготовить из скорлупы кедровых орехов. Это дешевое и доступное в России сырье – его заготовка ведется в промышленных масштабах. За счет повышенной плотности скорлупы можно добиться высоких энергоемкостных показателей суперконденсатора.

Это комплексная разработка, в которой использовалась методика, созданная Институтом катализа (ИК) СО РАН, рассказала руководитель лаборатории композитных материалов для электроники Научно-образовательного центра «Институт химических технологий НГУ – ИК СО РАН», кандидат химических наук Марина Лебедева. По ее словам, скорлупа кедровых орехов оказалась оптимальным вариантом доступного в стране растительного сырья для синтеза углеродных материалов. Ученые подобрали условия производства электродов из нее, протестировали их – в итоге получился суперконденсатор, на который получен патент.

Это не единственная особенность нового ионистора: электроды из скорлупы ореха помещены в особую ионную жидкость. Она отличается от большинства органических растворителей, используемых в производстве суперконденсаторов, – более стабильная и нелетучая, что позволяет получить большее напряжение.