Бесшумный транспорт, ИИ-доктор и клей для хирургии: прорывные проекты нижегородских ученых

Ко Дню российской науки портал  «Живем в Нижнем» пообщался с нижегородскими учеными и выяснил, какими исследованиями они занимаются.

Бесшумный город: устройство для создания тихого городского транспорта

Ученые Нижегородского государственного технического университета имени Р.Е. Алексеева совместно с сотрудниками Института проблем машиностроения РАН разработали специальное устройство – виброизолятор, который сможет сделать транспорт и другую технику бесшумной. Прибор помогает бороться с вибрациями, которые возникают в процессе работы техники, и, соответственно, с шумом.

«Идея создания виброизолятора появилась много лет назад. В Нижегородском  техническом университете работа в сфере виброзащиты станков, зданий, машин проводится около 10 лет», – рассказал доцент кафедры электрооборудования, электропривода и автоматики Александр Плехов.

Виброизоляторы смогут не только продлить срок службы оборудования, электродвигателей и машин, но и защитить здоровье людей. Производственная вибрация, которая возникает при работе многих механизмов и техники, негативно влияет на состояние организма. При длительном воздействии может возникнуть вибрационная болезнь.

Фото: НГТУ имени Р.Е. Алексеева

«Вибрационная болезнь представляет собой хроническое профессиональное заболевание с поражением периферической сосудистой, нервной и скелетно-мышечной систем при длительном воздействии производственной вибрации. Повышенный риск этого заболевания есть у работников предприятий по добыче полезных ископаемых, тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения, на транспорте, где широко используются механизированные инструменты, оборудование и машины, служащие источниками вибрации», – рассказал доцент кафедры медицинской реабилитации ПИМУ, заведующий отделением ранней медицинской реабилитации Университетской клиники Геннадий Шейко.

Работа над проектом складывалась из нескольких этапов: фундаментальные исследования, проектирование и создание лабораторных образцов.

«Мы можем сделать только лабораторные образцы – они позволяют нам проверить, работоспособны ли наши идеи. Конечный продукт могут сделать компании и предприятия, которые заинтересуются нашей разработкой», – пояснил Александр Плехов.

Виброизолятор позволяет гасить вибрацию, имеет хорошую нагрузочную способность и не требует большого количества энергии для работы. На данный момент создано шесть лабораторных образцов устройств.

«Мы работаем с техникой, а техника меняет режим работы. Например, трамвай может ехать и с большой, и с маленькой скоростью. Мы делаем такие устройства, которые подстраиваются под режим работы оборудования. В России такие разработки на автомобилях пока что не применяются», – рассказал Александр Плехов.

Виброзащитные системы подходят для любой техники. В перспективе виброизоляторы можно будет применять и при производстве городского транспорта, сделав его бесшумным. Кроме того, подобные системы уже сейчас могут продлить срок службы производственного оборудования и обеспечить точность его функционирования.

ИИ как доктор: искусственный интеллект в медицине

В 2023 году в ННГУ имени Н.И. Лобачевского начал работу Исследовательский центр в сфере искусственного интеллекта. Вуз участвовал в отборе на получение господдержки для развития такого центра. Особенностью второй волны конкурса стала отраслевая направленность. В Университете Лобачевского центр ИИ специализируется на исследованиях в сфере медицины – внедрении алгоритмов искусственного интеллекта для оценки и мониторинга рисков различных заболеваний.

Исследовательский центр в сфере искусственного интеллекта занимается фундаментальными исследованиями и разрабатывает приложения в сфере медицины.

«В прикладном направлении реализуются несколько важных проектов, в целом они характеризуются как использование алгоритмов доверенного искусственного интеллекта для решения ряда медицинских задач, в том числе его использование для носимых устройств», – рассказал доктор физико-математических наук, директор Исследовательского центра в сфере искусственного интеллекта ННГУ Николай Золотых.

Программно-аппаратный комплекс для анализа ЭКГ

Ученые ННГУ разработали специальный прибор, который крепится на грудь человека и строит кардиограмму. Далее искусственный интеллект анализирует полученные данные и описывает состояние сердца и результаты ЭКГ.

«Это полностью наша разработка – и аппаратная часть, и алгоритмы, и программы, и архитектура нейронных сетей», – отметил Николай Золотых.

В этом году программно-аппаратную систему в области кардиологии будут дорабатывать. В 2024 году был создан лабораторный образец, а в 2025-м совместно с индустриальным партнером будет сделана первая полнофункциональная версия. Ученые рассчитывают, что к концу 2026 года будет создан итоговый продукт.

Фото: Андрей Скворцов/пресс-служба ННГУ

«Умное кольцо»

Исследовательский центр в сфере искусственного интеллекта ННГУ разработал алгоритмы ИИ для «умного кольца» от «Сбера». Устройство помогает оценить состояние организма человека: анализирует сон, следит за уровнем стресса, оценивает частоту сердечных сокращений и уровень активности.

Компьютерное зрение для медицины

Сотрудники Университета Лобачевского учат нейросети анализировать медицинские данные и изображения. Искусственный интеллект обучают на большой выборке с уже известными ответами. Изучив огромный пласт информации, нейросеть может по новым данным, которые она еще не видела, правильно поставить диагноз.

«Особенность нашего подхода – это использование доверенных алгоритмов искусственного интеллекта. Доверенные алгоритмы должны давать допуски на величину ошибок, быстро корректировать их. Кроме того, такие алгоритмы могут объяснять свое решение, это очень важно для медицинских приложений. В таком случае нейронная сеть не просто выдает какой-то ответ, но и может объяснить, почему он был выбран», – отметил Николай Золотых.

Директор Исследовательского центра в сфере искусственного интеллекта не исключает, что рано или поздно искусственный интеллект полностью заменит врачей.

«Я не вижу для этого каких-либо преград. Уже сейчас искусственный интеллект используется для решения многих конкретных задач в области здравоохранения. Однако, чтобы ИИ заменил полностью врачей, понадобится достаточно много времени. Может, более ста лет. ИИ становится все сильнее и сильнее и ему можно поручать решение все более сложных задач. Если сравнивать искусственный интеллект с человеком, то можно отметить, что врач за всю свою жизнь изучит несколько десятков или сотен тысяч историй болезни, а искусственному интеллекту можно показать миллионы и более таких примеров, поэтому от ИИ и можно ожидать более высокой точности при диагностике», – рассказал Николай Золотых.

В помощь хирургам: фибриновый клей для остановки кровотечений

Ученые Приволжского медуниверситета разработали технологию получения отечественного фибринового клея «FibriNNect», который используют для остановки кровотечений во время операций. Проектом занимается лаборатория клеточных технологий ПИМУ. Как рассказала кандидат биологических наук и заведующая лабораторией Марфа Егорихина, ученые очень тесно взаимодействуют с хирургами. Запрос на разработку фибринового клея поступил от практикующих врачей. Ранее на российском рынке были представлены два зарубежных состава. Однако после 2022 года препараты перестали поставлять в Россию, поэтому возникла потребность в разработке отечественного аналога.

Любой фибриновый клей производится на основе компонентов крови. Две ключевые составляющие препарата – это фибриноген и тромбин. Между ними происходит реакция: они полимеризуются и получается фибриновый сгусток, который как раз и называют фибриновым клеем.

«Процесс полимеризации фибриногена – это естественный для организма процесс. У нас и фибриноген, и тромбин содержатся в крови. Когда мы повреждаем кожу, кровь на ране сворачивается. Собственно, это и есть ключевой процесс, который имитирует фибриновый клей. Очень часто кровотечение нужно остановить в труднодоступных местах – в спинном мозге, коре головного мозга, в печени, почках, селезенке. Фибриновый клей с этой задачей хорошо справляется», – рассказала Марфа Егорихина.

Фото: Приволжский медуниверситет

Фибриновый клей не только заклеивает мелкие сосуды, но и активирует в месте использования собственный процесс свертывания крови. Состав также способствует регенерации органов и тканей.

Разработка нижегородских ученых получилась более экономичной в производстве по сравнению с зарубежными составами.

«Нашей задачей было создать аналог, который по своим свойствам не будет уступать зарубежным препаратам. Отличие от иностранных составов заключается в том, какое сырье используется для производства. Здесь у нас есть своя фишка: мы берем не цельную плазму крови, а продукты переработки плазмы крови, которые обычно выбрасываются после производства других компонентов. Это значительно снижает расходы на производство продукта», – отметила заведующая лабораторией клеточных технологий.

Работа над проектом идет год и три месяца. Для разработок такого плана это крайне небольшой срок.

«Мы стартовали в конце 2023 года и весь 2024 год очень активно работали над этой технологией. Ее удалось так быстро поднять только за счет того опыта, который есть у нашей лаборатории клеточных технологий и сотрудников», – рассказала Марфа Егорихина.

На данный момент перед учеными ПИМУ стоит задача разработки линейки фибриновых клеев. Модификации продукта будут обладать различными специфическими свойствами: замедленным рассасыванием в организме, антибактериальным эффектом и повышенным сродством с костной тканью для замещения небольших костных дефектов. Эта цель стоит на ближайшие несколько лет.

«У нас уже есть базовый состав, который мы апробировали на животных и подтвердили его кровоостанавливающие свойства. Недавно мы закончили эксперимент, в котором делали частичную резекцию печени крыс. Мы сравнивали применение фибринового клея со стандартными методами остановки кровотечения. Уже по предварительным результатам понятно, что при использовании нашей разработки края среза заживают, а при применении стандартных методов наблюдается небольшой некроз. Сейчас высокий интерес к разработанной нами технологии получения фибринового клея выражает ФГУП НПЦ «Фармзащита» ФМБА России. Мы надеемся, что совместно в ближайшее время будет налажено производство и клей «FibriNNect» придет в клиники России», – рассказала Марфа Егорихина.