«Курчатовский институт» и «Высшая школа экономики» о приоритетных научных задачах

О приоритетных научных задачах, для решения которых требуется задействовать возможности федеральных центров коллективного пользования научным оборудованием.

Правительство России сообщило о ходе работы по выполнению поручения Президента России от 18 октября 2013 года №Пр-2426 (пункт 1).

В настоящее время в России функционирует более 300 центров коллективного пользования научным оборудованием, а также более 90 уникальных научных установок и комплексов.

Наличие перечня задач будет способствовать повышению эффективности деятельности центров коллективного пользования научным оборудованием в решении актуальных проблем социально-экономического развития страны.

В целях формирования перечня задач была создана рабочая группа, в состав которой вошли представители Российской академии наук, национального исследовательского центра «Курчатовский институт», национального исследовательского университета «Высшая школа экономики», Совета Министерства образования и науки Российской Федерации по науке, а также представители Администрации Президента Российской Федерации, ФАНО и Минобрнауки.

При подготовке перечня задач использованы результаты прогноза научно-технологического развития на период до 2030 года.

Перечень задач соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники, утверждённым Указом Президента Российской Федерации от 7 июля 2011 года №899.

Перечень сформирован на основании проработки более 770 предложений от заинтересованных федеральных органов исполнительной власти, технологических платформ, бизнеса, научных организаций, промышленных предприятий, образовательных организаций высшего образования и содержит 16 приоритетных научных задач:

1. Исследование, разработка и создание новых поколений систем, приборов, устройств и их компонентов на базе технологий нано- и микросистемной техники;

2. Исследование, разработка и создание гибридных, биоподобных и искусственных биологических материалов, структур и систем, в том числе медицинского назначения, а также интеллектуальных технических систем, устройств и их компонентов, включая нейроморфные;

3. Использование принципов программируемого управления сетью и виртуализации сетевых сервисов для формирования проблемно-ориентированных вычислительных сред, предназначенных для решения сложных прикладных проблем;

4. Мозг: когнитивные функции, механизмы нейродегенерации, молекулярные мишени для ранней диагностики и лечения;

5. Клеточная и регенеративная медицина. Трансплантация органов и тканей, созданных на основе технологии 3D-культивирования;

6. Мультиплексные платформы для молекулярной диагностики онкологических, сердечно-сосудистых, аутоиммунных и инфекционных заболеваний;

7. Персонализированная медицина социально значимых и орфанных заболеваний эндокринной системы;

8. Национальная коллекция экспериментальных моделей патологий человека и криобанк биологических материалов;

9. Разработка технологий интегральной оценки экологической безопасности регионов и городов России;

10. Повышение эффективности поиска и извлечения стратегических металлов из сырья природных и техногенных месторождений;

11. Разработка новых методов в биотехнологии твёрдых субстратов и возобновляемой биомассы;

12. Создание прорывных технологий в области разработки и производства пространственных и интегральных композитных конструкций для техники нового поколения;

13. Электрохимические накопители и преобразователи энергии для энергоэффективного и экологичного транспорта, робототехники, распределённой и возобновляемой энергетики;

14. Разработка перспективных технологий безопасной социально приемлемой ядерной и термоядерной энергетики;

15. Построение астрономического сегмента национальной системы противодействия космическим угрозам и развитие методов астрономических исследований;

16. Энергетика будущего. Развитие фундаментальных исследований поведения вещества при экстремальных параметрах.

1. Исследование, разработка и создание новых поколений систем, приборов, устройств и их компонентов на базе технологий нано- и микросистемной техники.

Задача направлена на достижение принципиально нового функционального качества технических систем за счёт обеспечения радикального снижения их ресурсоёмкости и энергопотребления, повышения эксплуатационных характеристик и безопасности использования, снижения техногенной нагрузки на окружающую среду.

Основные ожидаемые результаты:

- создание сенсорных систем нового поколения для мониторинга жизнедеятельности, окружающей среды, химико-технологических процессов и т.д.;

- разработка новых систем контроля и обеспечения безопасности населения, промышленных и гражданских объектов.

2. Исследование, разработка и создание гибридных, биоподобных и искусственных биологических материалов, структур и систем, в том числе медицинского назначения, а также интеллектуальных технических систем, устройств и их компонентов, включая нейроморфные.

Задача направлена на исследование белковых структур, методов и технологий интеграции неорганических и биологических материалов, формирование гибридной компонентной базы, когнитивных процессов, познавательной деятельности, методов синтеза искусственных биологических объектов.

Основные ожидаемые результаты:

- создание принципиально новых гибридных и искусственных биологических материалов, в частности для регенеративной медицины (искусственные ткани и органы), фармакологии, новых приборов и устройств бионического типа;

- разработка и создание интеллектуальных технических систем, в том числе нейроморфных, включая интерфейсы «мозг-машина», биологические протезы органов человека, управляемые сигналами головного мозга, биологические вычислительные системы, биоподобные сенсорные системы, антропоморфные робототехнические системы, на основе принципиально новых гибридных, биоподобных и искусственных биологических материалов и приборной базы бионического типа.

3. Использование принципов программируемого управления сетью и виртуализации сетевых сервисов для формирования проблемно-ориентированных вычислительных сред, предназначенных для решения сложных прикладных проблем.

Задача направлена на разработку комплекса сетевых и информационных технологий построения гибкой, адаптируемой под специфику исследований инфраструктуры на основе новой концепции организации сетевого пространства и вычислительных услуг.

Основные ожидаемые результаты:

- создание высокотехнологичной инфраструктуры для проведения исследований в области компьютерных сетей национального масштаба, развития Интернета нового поколения, апробации решений в области безопасности национального информационного пространства;

- построение распределенной платформы программируемого управления сетями, обеспечивающей отказоустойчивость и высокую доступность ресурсов, переорганизацию сетевых сервисов и сетевой инфраструктуры, согласованное планирование ресурсов;

- осуществление поддержки прикладных исследований в других областях знаний за счет проблемной ориентации информационной инфраструктуры, включая создание ресурсов нового типа, повышения интенсивности использования существующих вычислительных, сетевых и информационных ресурсов.

4. Мозг: когнитивные функции, механизмы нейродегенерации, молекулярные мишени для ранней диагностики и лечения.

Задача направлена на решение проблемы увеличения продолжительности жизни человека с сохранением высокой работоспособности и умственной активности.

Основные ожидаемые результаты:

- разработка комплексов для коррекции психических и психосоматических расстройств (сложные формы депрессии, зависимости);

- ранняя диагностика и предотвращение развития нейродегенеративных болезней (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона);

- создание мозг-компьютерных интерфейсов, методик робот- и компьютер-опосредованной нейрореабилитации с направленной стимуляцией мозга при потере конечности;

- разработка экзоскелета для восстановления двигательной активности людей с параличами, ускоренной реабилитации после инсультов, травм спинного и головного мозга.

5. Клеточная и регенеративная медицина. Трансплантация органов и тканей, созданных на основе технологии 3D-культивирования.

Задача направлена на решение проблемы увеличения продолжительности жизни человека с сохранением качества жизни, предотвращения инвалидности при невосстанавливаемых врожденных или приобретенных нарушениях внутренних органов, при повреждениях кожных покровов и элементов опорно-двигательной системы на основе разработки технологий тканевой инженерии для восстановления и замещения функционально не пригодных, "изношенных" тканей и органов человека, создания альтернативы пересадке донорских органов.

Основные ожидаемые результаты:

- создание эквивалентов кожи для восстановления покровов при хронических язвах, псориазе, ожогах, пластике после удаления опухолей;

- построение матричных каркасов для хирургического лечения пациентов с тотальным поражением трахеи, выращивание новых сосудов на каркасах;

- получение заселенных клетками организма самого пациента заместителей органов мочеполовой системы с восстановлением функций;

- выращивание клеточных культур, корректирующих нарушения ритма работы сердца, замещая рубцы после перенесенного инфаркта.

6. Мультиплексные платформы для молекулярной диагностики онкологических, сердечно-сосудистых, аутоиммунных и инфекционных заболеваний.

Задача направлена на решение проблем ранней диагностики социально значимых заболеваний, контроля эффективности лечения и оценки безопасности донорского материала.

Основные ожидаемые результаты:

- разработка тест-систем для определения возраст-зависимых заболеваний, своевременной коррекции угроз, связанных с питанием и образом жизни;

- создание молекулярных паспортов опухолей, позволяющих оценить результативность лечения дорогостоящими курсами препаратов;

- развитие дистанционного мониторинга состояния сердечно-сосудистой системы с использованием имплантируемых мультиплексных датчиков;

- создание микрочипов для борьбы с распространением резистентных инфекционных возбудителей, контроля эффективности вакцинации, мониторинга донорской крови и др.

7. Персонализированная медицина социально значимых и орфанных заболеваний эндокринной системы.

Задача направлена на стабилизацию доли населения России с ожирением, не превышающем уровень 5–10%, и сахарным диабетом 2-го типа в пределах 3%, снижение на 30–50% частоты установления инвалидности вследствие осложнений заболеваний эндокринной системы.

Основные ожидаемые результаты:

- разработка протоколов применения молекулярно-диагностических комплексов в «интраоперационном» режиме и в режиме «у постели больного»;

- создание молекулярно-генетических и нейрогуморальных маркеров, обеспечивающих снижение на 30–50% частоты установления инвалидности вследствие сосудистых осложнений сахарного диабета и гормонально-активных опухолей;

- расширение возможностей неонатального скрининга и предымплантационной диагностики нарушений формирования пола и хромосомных аномалий.

8. Национальная коллекция экспериментальных моделей патологий человека и криобанк биологических материалов.

Задача направлена на решение проблемы моделирования заболеваний человека на животных с учётом этнических особенностей геномов граждан России.

Основные ожидаемые результаты:

- построение моделей нейродегенеративных, онкологических, сердечно-сосудистых, аутоиммунных и эндокринных заболеваний, предназначенных для поиска лекарств;

- получение генетических линий лабораторных животных, модифицированных в соответствии с требованиями пользователей федеральных центров коллективного пользования к моделированию этнических особенностей течения заболеваний;

- создание криобанка образцов крови и тканей от здоровых доноров и от пациентов, страдающих различными патологиями.

9. Разработка технологий интегральной оценки экологической безопасности регионов и городов России.

Задача направлена на обеспечение экологической безопасности страны за счёт разработки новых технологий интегральной оценки экологической безопасности регионов и городов России.

Основные ожидаемые результаты:

- оценка поведения в окружающей среде широкого спектра загрязняющих веществ, опасных для организмов, экосистем и человека (радионуклиды, тяжёлые металлы, диоксины и др.);

- оценка риска возникновения различных природных и техногенных катастроф в регионах страны для минимизации их последствий;

- разработка эффективных методов оценки экологической безопасности регионов и городов и создания технологий предоставления ресурсно-экологической информации государственным органам и хозяйствующим субъектам.

10. Повышение эффективности поиска и извлечения стратегических металлов из сырья природных и техногенных месторождений.

Задача направлена на разработку системы современных подходов к прогнозу и поиску месторождений, определению форм нахождения рудных компонентов в пределах природных и техногенных месторождений и создание эффективных технологий их переработки.

Основные ожидаемые результаты:

- разработка инновационных технологий прогноза месторождений стратегических металлов на основе выделения новых территорий в рудных районах;

- построение моделей формирования месторождений стратегических металлов, технологии оценки состава пород и руд, прогнозирование глубоких горизонтов и флангов эксплуатируемых месторождений для повышения длительности их работы;

- оптимизация и поиск новых месторождений стратегического назначения (золото, никель, кобальт, хром, уран, редкометалльная и редкоземельная группы).

11. Разработка новых методов в биотехнологии твёрдых субстратов и возобновляемой биомассы.

Задача направлена на разработку технологий переработки возобновляемого биологического сырья и отходов с целью получения оптимальных по экологичности и экономичности процессов и оптимальных по свойствам продуктов.

Основные ожидаемые результаты:

- разработка новых экологически безопасных технологий получения биотоплива второго поколения;

- создание новой платформы для синтеза полимеров и химических реагентов;

- получение новых лекарственных препаратов, функциональных пищевых добавок для человека и кормовых добавок для сельскохозяйственных животных;

- разработка новых материалов.

12. Создание прорывных технологий в области разработки и производства пространственных и интегральных композитных конструкций для техники нового поколения.

Задача направлена на создание научно-технических основ разработки и производства композитных конструкций нового поколения с 3D-армированной структурой и высокой степенью интегральности, повышение эффективности транспортной техники и ракетно-космических систем.

Основные ожидаемые результаты:

- создание научно-технологического задела в области разработки высокопрочных и сверхлёгких элементов конструкций транспортных средств и космической техники;

- разработка прототипов композитных конструкций для новой конкурентоспособной техники;

- создание технологической базы для реализации концепции интеллектуальных композитных конструкций, в том числе самодиагностирующихся и самоадаптивных, а также повышение технического уровня транспортных и космических систем, снижение затрат на их эксплуатацию.

13. Электрохимические накопители и преобразователи энергии для энергоэффективного и экологичного транспорта, робототехники, распределённой и возобновляемой энергетики.

Задача направлена на разработку новых аккумуляторов и топливных элементов, а также материалов для них, открытие новых перспектив для производства электрохимических накопителей/преобразователей энергии для различных отраслей, развитие которых лимитировано отсутствием подходящих источников питания.

Основные ожидаемые результаты:

- создание литий-ионных аккумуляторов с рекордными удельными энергетическими и ресурсными характеристиками для электротранспорта, портативной электроники, специальной техники и возобновляемой энергетики;

- разработка новых материалов с уникальными характеристиками для производства химических источников тока сверхвысокой ёмкости для беспилотных летательных аппаратов и других мобильных приложений;

- создание эффективных накопителей энергии на базе новых аккумуляторов для распределённой и возобновляемой энергетики.

14. Разработка перспективных технологий безопасной социально приемлемой ядерной и термоядерной энергетики.

Задача направлена на разработку перспективных термоядерных технологий, обеспечивающих безопасную, стационарную работу термоядерных энергетических реакторов, а также создание безопасных и безотходных гибридных реакторов «синтез-деление».

Основные ожидаемые результаты:

- разработка технологии поддержания постоянного режима горения термоядерной плазмы с помощью высокочастотных волн и инжекционных схем;

- разработка технологии вывода продуктов горения термоядерной плазмы через специально разработанные интерфейсы диверторного типа;

- создание и тестирование эффективных материалов и конструкционных элементов защиты первой стенки термоядерного реактора, стойких к облучению плазмой и нейтронами;

- создание научной основы конструирования источника термоядерных нейтронов для перспективных гибридных систем преобразования ядерной энергии, сочетающих преимущества атомной и термоядерной энергетики.

15. Построение астрономического сегмента национальной системы противодействия космическим угрозам и развитие методов астрономических исследований.

Задача направлена на изучение фундаментальных проблем Вселенной, а также создание эффективной системы противодействия космическим угрозам, включая своевременное обнаружение и информирование о них.

Основные ожидаемые результаты:

- создание эффективного астрономического сегмента национальной системы обнаружения опасных небесных тел, в том числе системы обнаружения опасных небесных тел и явлений, и информационно-аналитических средств своевременного предупреждения о космических угрозах;

- получение наблюдательных данных о компактных релятивистских объектах, источниках сверхмощных гамма-всплесков, других спонтанных ограниченных по времени явлениях, которые позволят изучить поведение материи в условиях, пока недостижимых в земных лабораториях;

- изучение проблемы происхождения и развития жизни во Вселенной, а также обнаружение и исследование астрономическими методами планет, находящихся вне Солнечной системы, со свойствами, схожими с земными.

16. Энергетика будущего. Развитие фундаментальных исследований поведения вещества при экстремальных параметрах.

Задача направлена на изучение быстропротекающих процессов при предельных значениях давлений и температур, обнаружение новых фаз вещества с необычными свойствами и создание энергонасыщенных материалов, использование которых обеспечит прогресс энергетики.

Основные ожидаемые результаты:

- получение новейших данных по физико-химическим свойствам конструкционных и газоплазменных сред в условиях экстремальных воздействий;

- разработка основ новых технологий создания мощных импульсных энергетических устройств различного назначения, основанных на принципах прямого преобразования химической энергии в электрическую, включая устройства для обеспечения защиты энергетических объектов;

- создание новых образцов принципиально новых энергетических, энерготехнологических, энергодвигательных установок различного назначения;

- разработка и создание эффективных средств предотвращения вероятных техногенных катастроф на взрывоопасных объектах.

Перечень задач подготовлен совместно с Российской академией наук.