Съемочная группа проекта Сиб.фм «Будущее российской науки» продолжает рассказывать о молодых новосибирских ученых и самых интересных разработках, которые ведутся за закрытыми дверями лабораторий Академгородка. Мы отправляемся в Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, чтобы узнать, что придумали ученые, чтобы в сотни тысяч раз ускорить компьютерную память. И как с помощью сенсоров, опытные образцы которых уже проходят испытания, можно будет бескровно и точно определить уровень глюкозы в крови и другие параметры.

Он признается, что когда-то стоял перед непростым выбором: куда поступать после окончания школы. Выбирая между детской мечтой стать врачом-хирургом и возникшим в старших классах интересом к науке и нанотехнологиям, он выбрал нанотехнологии. Он не стал врачом, но его работа тоже связана со свойствами, характерными для человека: он ищет способ улучшить память, только не человеческую, а компьютерную.

«Когда я учился в 8 классе, мне попали в руки две статьи в зарубежном научном журнале. Первая была о связи компьютера с человеческим мозгом. А вторая была посвящена созданию искусственных батареек на основе вирусов табачной мозаики. Эти статьи меня очень воодушевили, и с того времени я больше стал склоняться к тому, чтобы пойти в наноэлектронику и в электронику в целом», — вспоминает научный сотрудник лаборатории наноматериалов и нанотехнологий Института физики полупроводников СО РАН кандидат физико-математических наук Артем Иванов.

Интерес к устройству окружающего мира, по его словам, у него с детства: «У меня всегда были полные карманы камешков, веточек, еще чего-нибудь. Всегда было интересно все посмотреть, поизучать, конечно на детском уровне. Этот интерес сохранился и сейчас, во взрослой жизни, когда я занимаюсь наукой».

Научные статьи, прочитанные в школьные годы, стали отправным рычагом, подтолкнувшим будущего ученого к идее заниматься нейроинтерфейсом. А всерьез он приступил к этому, учась в НГТУ.

«На 3 курсе, во время практики, я сказал, что хочу заниматься нейроинтерфейсом, и меня направили к научному руководителю, который очень хорошо в этом разбирался. Первые мои работы – бакалаврская и магистерская – были посвящены объединению полупроводниковой нанотрубки с живыми нейронами. В опытах использовались нейроны улиток и мышей. А затем я перешел постепенно к работам по перенесению процессов с живого организма на компьютер, к созданию искусственного аналога живой материи. И в данном случае этим являются мемристоры, которыми я занимался в аспирантуре, а теперь уже, занимаюсь, будучи молодым ученым», — рассказывает Артем Ильич. И добавляет, что мемристор – слово, происходящее от двух английских слов: memory – память, и resistor – сопротивление.

Ученый объяснил, что ячейка памяти – это такой кубик, у которого есть контакты сверху и снизу. Если мы прикладываем внешнее напряжение, мы можем изменить структуру этого кубика. И, в зависимости от того, как у нас поменялась структура в кубике, мы имеем либо логическую единицу – одну форму этого материала, либо логический ноль – другую форму. Можно сделать так, чтобы этих образов было несколько – 2, 3, 4 уровня памяти. И эта вся ячейка называется мемристором.

Дело в том, что ячейки памяти на мемристорах переключаются, и процессы проходят в них в разы быстрее, нежели в тех ячейках, которые используются сейчас в транзисторах – скорости в тысячи и даже сотни тысяч раз больше. Соответственно, если мы воздействуем на такую ячейку и считываем информацию быстрее, мы получаем выигрыш в энергопотреблении и в скорости работы той электроники, которая создается. В отличие от широко распространённых транзисторов, у мемристора два контакта, что упрощает его изготовление и использование в электрических схемах.

Создавать более совершенные устройства стало возможным благодаря выявлению новых материалов и ранее не известных свойств привычных материалов.

«Сейчас мы живем еще в эпоху кремниевой электроники, и, думаю, мы еще долго оттуда не уйдем, — говорит Артем Иванов. — Но есть материалы, которые превосходят кремний по каким-то параметрам, например, по гибкости или по скорости работы. И сейчас ученые как раз занимаются поиском новых структур, материалов, которые позволят либо улучшить электронику, которая есть, совмещая ее с кремниевой электроникой, либо создать что-то новое, отдельное от кремниевой электроники».

Эти материалы, по словам исследователя, позволят, помимо увеличения скорости приборов, сделать следующий шаг — создать гибкую и носимую электронику. Сейчас, говорит Артем, технологии целенаправленно движутся именно в этом направлении. Почему?

Как мы знаем, смартфоны, которые используют сейчас – твердые. Их не сожмешь, не сложишь пополам, не обернешь вокруг руки. А ученые ищут такие материалы, которые можно было бы использовать для создания гибких гаджетов. Во-первых, такие гаджеты будут более удобными в использовании: они будут занимать меньше места, их можно будет легко носить в сумке и так далее.

Во-вторых, вкупе с другой разработкой новосибирских ученых, это может использоваться для создания портативных медицинских приборов или мобильных приложений, которые будут бескровно и при этом с высокой точностью определять уровень сахара, гормонов, адреналина и других веществ в крови человека. Такие приборы могут использоваться как в медучреждениях, так и обычными пользователями в домашних условиях.

«Другое очень интересное направление – это сенсоры, которые можно размещать на теле человека, допустим, на коже, и получать информацию о составе пота, уровне глюкозы и других параметров, которые важны для оценки состояния и самочувствия человека, — говорит об этом исследовании Артем Иванов. — Такая носимая электроника позволяет, например, в течение суток контролировать уровень сахара. На сегодняшний день существуют лабораторные образцы». Надо ли говорить, как полезны будут такие приборы для, например, диабетиков или спортсменов. А еще для детей и людей, которые панически боятся уколов.

«Большинство сенсоров — измерителей крови, которые предлагаются сейчас, предлагают делать прокол на коже и смотреть кровь капиллярную или венозную, если кровь берется из вены. Наши сенсоры будут малоинвазивны, они будут считывать информацию с кожи, не будет необходимости делать проколы», — поясняет ученый. По его словам, эта тема очень популярна в мире: только за 2022 год было опубликовано более 7000 статей.

Однако сенсоры, которые придумали в Новосибирске, уникальны: их печатают по простой технологии, для которой не требуется каких-то сложных дорогостоящих операций. «Мы пытаемся сделать технологию проще, дешевле и удобнее для человека в плане использования», — подчеркивает Артем.

На наших глазах Артем Иванов печатает образец сенсора. Принтер, создающий эти чудодейственные устройства, очень похож на обычный принтер. Все дело в чернилах. Чернила или суспензию для печати таких сенсоров новосибирские ученые делают сами из природного графита, который с помощью специальных физико-химических методов расщепляется до тончайшего слоя, по толщине состоящего всего из одного атома. Этот материал называется графеном.

«Мне хочется найти свою нишу в науке, так, чтобы дать человечеству полезное, интересное, сделать жизнь проще, улучшить качество этой жизни», — говорит о том, как видит цель своей работы молодой ученый.

Наверное, потому, что он сам очень любит жизнь. Общаться с ним необыкновенно интересно. Он выращивает клубнику, орхидеи и азалии. А любовь к физике и медицине в нем соседствует с серьезным увлечением литературой и искусством.

«Я стараюсь быть человеком разносторонним, потому что для того, чтобы заниматься наукой, нужно много знать, много уметь делать, во многом разбираться. Я люблю читать, хочу попутешествовать по миру. Мне нравится архитектура, искусство, нравится смотреть, как живут люди других стран. Как они смотрят на этот мир, в отличие от нас. Можно часами рассматривать архитектуру, скульптуры, средневековые замки, и как красиво разбиты сады возле этих замков. Потому что во все это человек вкладывает свой ум, вдохновение, силы, и это сохраняется и поддерживается на протяжении веков. Это очень интересно» — поделился Артем.

А еще, он признается, что хотел бы научиться видеть мир глазами серьезных художников и скульпторов: «Потому что иногда смотришь на картины, например, Босха, где совмещено очень много элементов, очень много небольших объектов, и интересно, как это все создает целую картину. Или скульптуры, где тоже очень много нюансов, которые создают образ. Умение понимать то, как художники или скульпторы видят в будущем свою задумку — это бы мне очень помогало видеть то, чего я хочу от науки в целом в будущем».

Чувство юмора, философский взгляд на жизнь и какая-то удивительная человеческая мудрость помогают молодому ученому преодолевать трудности, без которых невозможно прожить жизнь.

«К трудностям я стараюсь подходить философски, — говорит Артем Иванов. — И хочу быть похожим на мячик: когда мячик ударяют об пол, он подпрыгивает, причем, чем сильнее его ударяют, тем выше он подпрыгивает. Это образ, который позволяет извлекать полезное из тех трудностей, которые мы преодолеваем. Я поддерживаю себя тем, что правильно себя настраиваю и извлекаю пользу и какие-то навыки из того, что у меня уже было в жизни».

По словам молодого исследователя, он не мог бы представить себе ни дня без работы над собой: «Поскольку каждый человек – это сложная организованная система, которая требует доработки, развития. Если оставаться на одном месте, то рано или поздно самому станет сложно или не интересно».

А для успеха в науке, считает он, нужна целеустремленность, нужно быть личностью, иметь свою точку зрения и не сдаваться, идти к своей цели, к своей мечте. Артем Иванов, безусловно – личность. Личность яркая и интересная. Поэтому нет никаких сомнений в том, что его цели и мечты обязательно осуществятся.