В конкурсе приняли участие команды нескольких вузов, которым организаторы предоставили датасет реальных данных и поставили инженерную задачу по разработке алгоритмов сортировки товаров с помощью роботизированного манипулятора. Особенность задачи заключалась в том, что объекты заранее не были известны системе. Такой класс задач относится к направлению bin picking, где робот должен «разобраться» в неструктурированной среде и корректно захватить предмет.

Оценка решений проводилась не только в теории: разработанные алгоритмы тестировали на реальном стенде. Ключевым критерием стало количество отказов при захвате. По итогам испытаний команда МИСИС показала наилучший результат — 93% успешных операций, что обеспечило ей первое место в конкурсе.

В состав команды вошли студенты Вячеслав Козин, Максим Скворцов, Василий Яндараев и Глеб Николаев, обучающиеся на программах «Прикладная математика» и «Технологические машины и оборудование». Треки реализуются в рамках пилотного проекта по совершенствованию системы высшего образования. Научный руководитель — к.т.н. Наталья Евстифеева, доцент кафедры информационных технологий и обработки данных НИТУ МИСИС .

«Такие проекты особенно ценны для студентов. Они дают возможность выйти за рамки учебных задач и получить опыт решения реальных индустриальных кейсов. Благодаря соревновательному формату участники могут увидеть, насколько их решения эффективны по сравнению с другими разработками. Опыт участия в кейсе „Роборука“ показал преимущества практической подготовки наших студентов: в МИСИС проектная работа органично встроена в образовательный процесс, а сотрудничество с бизнесом помогает формировать компетенции, востребованные в инженерной практике», — отметила Наталья Евстифеева.

Победители конкурса получили грамоты и призы, а также подтвердили, что решения, разработанные в университетской среде, могут эффективно работать в условиях, максимально приближенных к реальному производству.

Одна из фундаментальных проблем поверхностной инженерии — создание адгезионно-прочного покрытия на изделии с подложкой, у которой значительно отличается линейный коэффициент теплового расширения (ЛКТР). Разница в ЛКТР приводит к термическим напряжениям, которые могут вызвать отслоение покрытия в процессе его осаждения.

В конструкциях токосъёмников, используемых в промышленности и быту для передачи электроэнергии и сигналов, зачастую применяются трущиеся пары «металл-металл» — в частности, из меди, золота и платины. Главный недостаток золота и платины — высокая стоимость. Кроме того, все перечисленные металлы подвержены износу в зоне контакта двух токопроводящих элементов. Процесс сопровождается локальным перегревом, что в итоге приводит к адгезионному схватыванию и вырыванию материала проводящего элемента. Чтобы защитить изделие от механического износа, на поверхность наносятся тонкие керамико-металлические покрытия, которые отличаются высокой твёрдостью и электропроводностью на уровне чистой меди. Однако такие покрытия имеют плохое сцепление с подложкой из чистой меди, у которой ЛКТР отличается, что приводит к неравномерному осаждению.

«Причина в том, что медь и покрытие на основе нитрида титана характеризуются большой разницей ЛКТР и по-разному реагируют на изменение температуры: они расширяются и сжимаются в процессе осаждения с разной скоростью. В результате это приводит к несплошности покрытия. Такие покрытия не могут использоваться в качестве защитных», — объясняет к.т.н. Дмитрий Белов, ведущий инженер научного проекта кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС.

Существующие подходы, такие как увеличение шероховатости поверхности и применение промежуточных слоёв, не всегда обеспечивают стабильный результат и могут ухудшать эксплуатационные характеристики изделий. Исследователи НИТУ МИСИС предложили два альтернативных решения этой задачи и сравнили их эффективность.

Первый способ — изменить состав защитного покрытия так, чтобы оно реагировало при нагреве почти так же как и сам металл подложки, увеличив содержание металлической компоненты в составе покрытия. Это позволяет снизить разницу ЛКТР покрытия и подложки. Однако в таком случае покрытие становится более пластичным и менее износостойким.

Второй способ заключается в предварительной обработке медной подложки с помощью энергетического воздействия мощного импульсного пучка ионов титана. В результате тонкий приповерхностный слой изменяется на уровне структуры: формируется переходная зона, обеспечивающая более прочное сцепление покрытия с основой, где образуются «точки роста» будущего покрытия. С подробными результатами исследования можно ознакомиться в научном журнале Materials Letters (Q2).

«Анализ микроструктуры и распределения элементов подтвердил формирование модифицированного приповерхностного слоя толщиной до нескольких десятков нанометров, в котором титан частично растворяется в меди. Это способствует улучшению диффузионного взаимодействия между покрытием и подложкой», — сказал к.т.н. Александр Демиров, старший преподаватель кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС.

В перспективе предложенный подход позволит значительно увеличить срок службы электропроводящих компонентов, подверженных постоянному трению и нагреву. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (№ 24-23-20166).

Перспективы биопечати на примере сосуда

Ученые уже научились печатать хрящевые имплантаты, элементы ушной раковины и даже эквиваленты кровеносных сосудов. Однако воспроизвести архитектуру тонких сосудов малого диаметра, которая бы точно соответствовала нативной ткани, с помощью биопечати пока не удается.

В организме человека внутренняя поверхность сосуда выстлана эндотелием — тонким слоем клеток, который выполняет сразу несколько функций. Он реагирует на изменения давления и участвует в воспалительных реакциях, чувствуя даже минимальные изменения сдвиговых напряжений, а также препятствует свертыванию крови. Иными словами, эндотелий — это сенсорный и регуляторный интерфейс.

В биопечати же мы сначала создаем геометрию и только потом пытаемся «заставить» клетки занять нужное положение, принять свою функциональную роль. Как раз здесь и возникает фундаментальная проблема: они не подчиняются заранее заданному инженерному плану — мигрируют, меняются, конкурируют за пространство и ресурсы, непредсказуемо реагируют на условия среды.

В живом организме формирование структуры, созревание клеточного слоя и возникновение физиологического потока происходит одновременно, в тесной координации. В лабораторных условиях эти этапы пока получается воспроизводить только последовательно, и именно это нарушает естественную динамику развития ткани.

Мы можем вырастить сосуд (особенно если речь идет о небольших структурах или упрощенных моделях), но он будет ограничен по зрелости, функциям и воспроизводимости. Искусственно выращенным клеточным системам сложно полностью повторять архитектуру сосудистой стенки и ее тонкую регуляцию в условиях реального кровотока. В перспективе именно биопечать поможет преодолеть эти ограничения, поскольку позволяет точнее задавать пространственную организацию тканей, создавать сложные многослойные системы и в точности воспроизводить геометрию сосудистой сети.

Основные пределы биопечати

Важно понимать, что без решения задачи формирования сосудистой сети невозможно напечатать что-то размером с настоящий орган, так как глубоколежащие клетки не выдержат кислородного голодания. Поэтому пока ученые сосредоточены на создании тканеинженерных элементов: патчей для сердца, фрагментов кожи, хрящевых вставок, нейронных имплантатов.

Для биопечати используют биочернила — гидрогель с живыми клетками. Он должен быть достаточно вязким, чтобы держать форму, и при этом достаточно мягким, чтобы клетки в нем выживали, могли делиться и формировать ткань. Так возникает инженерный конфликт: чем лучше материал для печати, тем хуже он для клеток, и наоборот. Большинство научных работ в области биопечати сейчас — поиск компромисса в этом противоречии.

Ситуацию усложняет то, что конкретные типы клеток по-разному «чувствуют» механические свойства среды, меняя свое поведение в зависимости от ее жесткости. Например, нейроны предпочитают очень мягкие среды, похожие на мозговую ткань, хондроциты, клетки хрящевой ткани,— средние, а остеобласты, отвечающие за образование, рост и регенерацию костной ткани у позвоночных,— жесткие.

Биологический процесс, при котором клетка «считывает» физическое окружение и принимает биохимическое решение, как на это реагировать, называется механотрансдукцией. На сегодняшний день мы только начинаем понимать, как это работает количественно.

Дополнительные ограничения нейроинженерии

Одним из главных вызовов остается работа с нервной тканью, ведь нейроны крайне чувствительны к механическим и химическим воздействиям. Мозговые имплантаты всегда вызывают иммунный ответ — формирование глиальной ткани, которая изолирует устройство и ухудшает передачу сигнала.

На данный момент ученые пытаются решить эту проблему, работая над созданием мягких и биосовместимых материалов для формирования переходных слоев имплантата — структур, которые постепенно рассасываются, позволяя нейронам интегрироваться в устройство. Это сложная научная работа на стыке нескольких дисциплин — материаловедения, нейробиологии, биохимии, инженерии и медицины.

В НИТУ МИСИС такой междисциплинарный подход оформился в рамках стратегического технологического проекта «Биомедицинские материалы и биоинженерия» по программе «Приоритет-2030». Он объединил ранее разрозненные научные направления и стал отправной точкой для создания Института биомедицинской инженерии, в состав которого входит и наша с коллегами лаборатория тканевой инженерии и регенеративной медицины.

Что такое и как работает тераностика

Еще одна область работы нашей лаборатории — тераностика. Подход основан на идее адресной доставки лекарств и объединяет диагностику и лечение в единую систему. Пока он в основном применяется в онкологии, но постепенно исследования распространяются и на другие области медицины, где важно одновременно выявлять патологию и точечно на нее воздействовать. Например, в кардиологии для лечения ишемии и воспаления сосудов или в неврологии для определения и лечения нейродегенеративных заболеваний.

Задача тераностики — создать наночастицу с «навигацией» к опухоли. Но на практике она сталкивается с множеством барьеров. Во-первых, иммунная система быстро распознает и удаляет частицы из кровотока, поэтому значительная часть дозы оседает в печени и селезенке. Во-вторых, добравшиеся до опухоли частицы сталкиваются с повышенным внутритканевым давлением, которое буквально выталкивает их наружу. Ко всему прочему, сама опухоль гетерогенна: не все клетки имеют нужные рецепторы, и часть из них остается вне зоны действия терапии.

Поэтому современные системы доставки представляют собой сложные многокомпонентные конструкции — с маскировкой от иммунной системы, настройкой многоуровневых целей и управлением высвобождения препарата. Сегодня ученые продолжают совершенствовать налаженные механизмы и искать новые способы обхода биологических ограничений, в том числе с помощью биопечати.

Зачем ученые печатают опухоли

Одна из актуальных задач биопечати — создание моделей опухолей. На первый взгляд звучит парадоксально: зачем искусственно воспроизводить болезнь? Ответ прагматичен: без адекватной модели невозможно корректно тестировать терапию и эффективно настраивать тераностические функции наночастиц.

Традиционные клеточные культуры, выращенные в чашке Петри, дают искаженную биохимическую картину. В двумерной среде опухолевые клетки ведут себя иначе: они более чувствительны к препаратам, демонстрируют другой метаболизм и экспрессию генов. Тогда как реальная опухоль — это трехмерная структура со сложной внутренней архитектурой. В ней есть градиенты кислорода, питательных веществ и кислотности, а центральные клетки зачастую находятся в условиях гипоксии, из-за чего оказываются устойчивыми к терапии.

Биопечать позволяет воспроизвести эту сложность. Ученые создают трехмерные модели с заданной структурой и тестируют на них препараты в условиях, приближенных к клиническим.

Следующий шаг в этом направлении — возможность персонализации. Если мы научимся использовать для биопечати клетки опухоли конкретного пациента, то с помощью персонифицированных моделей сможем заранее оценивать, какая терапия окажется наиболее эффективной.

От лаборатории к медицинской практике

Биопечать на всем пути своего развития остается областью, где инженерия сталкивается с фундаментальными ограничениями живых систем. Так, даже при строгом соблюдении параметров добиться полной повторяемости результатов сложно, ведь живые клетки вариабельны и могут по-разному реагировать на одинаковые условия. При этом именно воспроизводимость во многом определяет, сможет ли технология выйти за пределы лаборатории.

Стандартизация протоколов — отдельная научная задача, которую дополнительно усложняет междисциплинарный характер области. Ответом на этот и другие вызовы становятся в том числе новые образовательные программы, которые готовят необходимые индустрии кадры. Одна из них — магистратура «Нейроинженерия и тераностика», которая реализуется у нас в МИСИС в рамках пилотного проекта по совершенствованию национальной системы высшего образования. Ее задача — подготовить специалистов, которые понимают одновременно биологию клетки, химию материалов и путь от лабораторного результата до медицинского изделия.

В работе и обучении мы с коллегами ориентируемся не только на фундаментальные исследования, но и на конкретные прикладные результаты: разработку продуктов и их последующую коммерциализацию. Это задает иной горизонт планирования и меняет логику исследовательского подхода.

«В Университете науки и технологий МИСИС реализуется программа гражданско-патриотического воспитания, сохранения исторического наследия, преемственности поколений. „Встреча с Героем“ — один из ключевых проектов, в рамках которого студенты и сотрудники вуза могут пообщаться с выдающимися людьми. Визит Героя Российской Федерации, кавалера двух орденов Мужества Сергея Николаевича Бойко, приуроченный к 81 годовщине Великой Победы, — важное и запоминающееся событие для наших обучающихся, яркий и вдохновляющий пример служения Отечеству», — открыла мероприятие ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.

Встречу со студентами открыл проректор по молодежной политике НИТУ МИСИС Григорий Ревняков. Он рассказал о развитии студенческих инициатив и формировании среды для самореализации обучающихся, о текущих проектах и форматах вовлечения студентов в общественную и патриотическую деятельность. В своём выступлении Сергей Бойко рассказал о приоритетных направлениях государственной молодежной политики, реализуемых при поддержке Минобрнауки России, и подчеркнул роль университетов как ключевых площадок для формирования профессиональных и личностных компетенций студентов. По его словам, российская молодёжь всё активнее вовлекается в значимые проекты, проявляет неподдельный интерес к истории страны и несёт ответственность за её будущее.

«Я побывал во многих университетах за время работы в должности директора департамента, но НИТУ МИСИС — это особый случай. Здесь занимаются настоящей наукой и создают инновации. Студенты и юные исследователи, которых я сегодня встретил, — это и есть та молодёжь, на которую опирается страна. Горжусь тем, что старт нашего проекта даётся именно в этом вузе. Уверен, что с таким подходом — со стороны руководства, преподавателей и самих студентов — всё получится», — сказал Сергей Бойко.

Проект «СВОй путь» направлен на интеграцию ветеранов СВО в сферу молодежной политики и воспитательной деятельности, а также на формирование у студентов правдивого, неискаженного образа защитника Отечества. Более 160 лекций пройдут в университетах по всей стране. По итогам встреч студенты сформируют рейтинг лекторов: 50 лучших смогут пройти педагогическую подготовку в Тамбовском государственном университете имени Державина. Проект реализуется Минобрнауки России совместно с Государственным фондом «Защитники Отечества» и Ассоциацией студенческих патриотических клубов «Я горжусь».

«Коллектив исследователей Университета науки и технологий МИСИС — лидера в области материаловедения в стране — разработал и запатентовал инновационный сплав на основе алюминия, в котором сочетаются такие механические свойства, как прочность, пластичность, теплопроводность и устойчивость к коррозии. Вариации соотношения добавок — скандия и циркония — позволяют проектировать материалы с заданными свойствами под конкретные задачи», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.

Современная электроника и электротранспорт требуют материалов, которые при малом весе эффективно отводят тепло. Новые тенденции в автомобилестроении предполагают получение одной большой детали сложной формы методом литья вместо набора мелких частей, требующих сборки, что значительно ускоряет производство. Эту технологию уже успешно применяет компания Tesla для изготовления алюминиевых деталей массой до 150 кг на установках Giga Press. В этом случае традиционные литейные сплавы неприменимы, поскольку не обеспечивают высокой теплопроводности.

За основу исследователи взяли алюминиевый сплав с добавками цинка и кальция. Ранее он уже показал хорошие результаты: высокую проводимость тепла, устойчивость к коррозии и пригодность для технологии литья. Из него можно получать детали сложной формы в больших объёмах, но его прочность оставалась сравнительно низкой, что ограничивало применение.

«Чтобы решить эту проблему, мы добавили в сплав небольшое количество скандия и циркония — элементов, способных увеличивать прочность материала без снижения теплопроводности. В ходе эксперимента мы варьировали их соотношение и изучали, как это влияет на свойства материала», — сказала аспирантка кафедры литейных технологий и художественной обработки материалов (ЛТиХОМ) НИТУ МИСИС Анастасия Лыскович.

«Сложность разработки материала одновременно технологичного для изготовления деталей методом литья и обладающего высокой теплопроводностью заключается в том, что, как правило, все литейные сплавы содержат большое количество добавок, которые её снижают. В предлагаемом сплаве литейные свойства обеспечивают кальций и цинк, которые практически не влияют на способность алюминия отводить тепло. За высокие механические свойства отвечают скандий и цирконий, добавляемые в очень небольшом количестве и эффективно упрочняющие алюминиевый сплав в ходе термической обработки», — отметил д.т.н. Андрей Колтыгин, заведующий кафедрой ЛТиХОМ, директор инжинирингового центра литейных технологий и материалов НИТУ МИСИС.

Выяснилось, что увеличение доли циркония немного снижает прочность и теплопроводность, но делает материал более пластичным, заметно повышает его устойчивость к коррозии и снижает стоимость.

Полученные результаты открывают возможности для создания новых алюминиевых сплавов для электроники, энергетики и транспорта — там, где требуется изделия сложной формы, которое должно одновременно эффективно отводить тепло и выдерживать механические нагрузки.

Подробности исследования опубликованы в научных журналах Materials (Q2) и Transactions of Nonferrous Metals Society of China (Q1). Работа проведена при поддержке Российского научного фонда (проект № 24-29-00682).

Церемония награждения победителей «лохматого Оскара» прошла в г. Зеленоградске. Коллектив университета выиграл спецприз за разработку прототипа ортопедического имплантата, предназначенного для проведения артродеза у животных. Конструкция выполнена из биорезорбируемого полимерного композита с эффектом памяти формы и усилена минеральными наполнителями — гидроксиапатитом и диоксидом кремния. Такое сочетание обеспечивает необходимую прочность материала и его совместимость с костной тканью.

«Традиционно для операций используются металлические конструкции, которые могут вызывать осложнения и нередко требуют повторного вмешательства. Лабораторные исследования нашего полимерного имплантата показали, что клетки эффективно взаимодействуют с поверхностью материала, а продукты его распада безопасны», — отметил к.ф.-м.н. Владислав Львов, доцент Института биоме­ди­цин­ской инженерии НИТУ МИСИС.

Рекрутеры нередко подвержены когнитивным искажениям, которые могут привести к необъективному восприятию и оценке информации о кандидате. Для решения этой задачи учёные разработали интерпретируемый мультимодальный метод оценки лидерского потенциала кандидатов с помощью когнитивной видеоаналитики. Подход позволяет анализировать речь, мимику и поведение, а затем рассчитывать индекс лидерского потенциала.

«Когнитивная видеоаналитика — перспективный инструмент для оценки кандидатов на собеседованиях. Разработанная нами система позволяет получить объективную картину личностных качеств соискателя, анализируя поведенческие паттерны и вербальные ответы. Это принципиально новый подход, который сочетает достижения в области ИИ с фундаментальными исследованиями в психологии личности», — рассказала профессор Института компьютерных наук НИТУ МИСИС Ирина Шошина.

Полученные показатели объединены в три группы: профессионально-когнитивная компетентность, наблюдаемое лидерское поведение и личностная предрасположенность к лидерству. На их основе рассчитывали интегральный показатель — Top Potential Score, отражающий управленческий потенциал кандидата. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Big Data And Cognitive Computing (Q1).

«Мы доказали, что система способна эффективно различать кандидатов с высоким управленческим потенциалом: все представители топ-менеджмента были отнесены к верхним 20% рейтинга», — поделилась Ирина Шошина.

Разработка не заменяет экспертов, но дополняет их работу, обеспечивая структурированную и прозрачную оценку кандидатов. Предложенный подход актуален для решения задач корпоративного подбора персонала, формирования внутреннего кадрового резерва и систем оценки управленческого потенциала.

Ректор Алевтина Черникова сказала: «Сегодня в НИТУ МИСИС обучаются студенты из всех регионов России и более 80 стран мира, каждый пятый — иностранный гражданин. Вуз уделяет особое внимание созданию комфортных условий для получения качественного образования, научно-исследовательской деятельности, занятий творчеством, спортом. В университете активно работает Клуб интернациональной дружбы, который проводит дни культур и международные молодежные конференции, участвует в реализации нашей комплексной программы по адаптации зарубежных обучающихся».

В рамках мероприятия прошла акция солидарности с жителями Дагестана, пострадавшими от стихийного бедствия. Состоялся парад национальностей и флешмоб: участники исполнили национальные танцы, продемонстрировали традиционные костюмы и символику своих народов. На выставке «Культура без границ» студенты представили предметы быта, национальные атрибуты и элементы культуры разных стран и регионов. Среди участников — землячества России, стран СНГ и дальнего зарубежья: от Армении, Казахстана и Узбекистана до Китая, Вьетнама, Индии, Ирана, Пакистана, стран Африки и Латинской Америки.

В концертной программе приняли участие творческие коллективы и сольные исполнители из разных стран: ансамбли национальных танцев, вокалисты и музыканты. На сцене были представлены номера, отражающие культурное разнообразие мира: танцы народов Кавказа, Центральной Азии и Ближнего Востока, вокальные композиции и инструментальные выступления. Финалом фестиваля стало общее выступление представителей всех землячеств.

«В Университете МИСИС по госпрограмме „Приоритет-2030“ реализуется стратегический технологический проект „Энергия материалов“: научный коллектив под руководством молодого талантливого доктора технических наук Данилы Саранина разрабатывает технологии и материалы для альтернативной энергетики, ведёт изыскания в области увеличения срока эксплуатации и коэффициента полезного действия солнечных элементов нового поколения. Исследователи повысили устойчивость перовскита к нагреву с помощью добавления в структуру материала трифениламин-пиридиновых молекул: благодаря этому время эффективной работы устройств увеличилось почти в 3 раза. Предложенный метод может стать одним из ключевых для последующего масштабирования солнечных панелей», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.

На сегодняшний день перовскитные солнечные элементы значительно превосходит кремниевые аналоги по эффективности в пасмурную погоду или при искусственном освещении. Однако широкое внедрение таких панелей пока ограничено, так как под воздействием негативных факторов окружающей среды тонкие плёнки быстро разрушаются.

Одна из актуальных задач учёных-материаловедов — увеличить срок службы перовскитных модулей при высокой температуре, которая значительно ускоряет коррозию металлических контактов и образование структурных дефектов. Существующие методы стабилизации — например, поверхностная пассивация — часто работают только в мягких, близких к комнатной температуре условиях, но оказываются недостаточно эффективными при стандартных рабочих температурах солнечных панелей — 80-100°C.

Для решения этой проблемы учёные НИТУ МИСИС совместно с коллегами из Института синтетических полимерных материалов РАН предложили эффективный способ защитить перовскитный модуль от разрушения при нагреве. Исследователи добавили в материал специальные органические молекулы, которые формируют тонкие плёнки непосредственно в структуре перовскита. Они стабилизируют материал изнутри, защищая интерфейсы между слоями устройства, и замедляют возникновение дефектов.

«Добавленные нами трифениламин-пиридиновые молекулы устроены так, что одна их часть отдаёт электроны, а другая — притягивает. Благодаря этому они хорошо взаимодействуют с перовскитом и создают внутри материала небольшие электрические поля, которые меняют энергитические уровни на границах кристаллов. Это снижает потери энергии и повышает выходное напряжение до 1,14 В. Молекулы увеличивают энергию активации диффузии критических дефектов, что увеличило время эффективной работы солнечного элемента более чем в 3 раза при температуре 80°С», — рассказала инженер лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Екатерина Ильичева.

Новые молекулы блокируют перемещение ионов внутри материала — один из главных факторов разрушения/распада перовскитов со временем. Благодаря этому срок стабильной работы при температуре 80°C увеличился почти в три раза. С подробностями исследования можно ознакомиться в журнале Solar RRL (Q1).

«Термическая деградация оставалась главным барьером на пути коммерциализации перовскитных солнечных элементов. Наша стратегия объёмной пассивации с помощью молекулы TPA-Py не только сохраняет высокую эффективность, но и радикально повышает устойчивость устройств к реальным условиям эксплуатации», — объяснил инженер научного проекта лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Лев Лучников.

Работа выполнена в рамках стратегического технологического проекта НИТУ МИСИС «Энергия материалов» по программе «Приоритет-2030», а также поддержана грантом РНФ № 22-19-00812-P.

Многие сложные металлические детали получают из порошков. Для этого используют технологию горячего изостатического прессования: порошок помещают в герметичную металлическую оболочку — форму, которую затем сжимают и нагревают под высоким давлением. В результате частицы спекаются, образуя плотный материал.

«Форма — ключевой элемент этого процесса. Она должна быть прочной, герметичной, пластичной при высоких температурах и при этом легко удаляться после обработки. Обычно такие оболочки делают из металлических заготовок, сваривая их между собой. Однако этот способ не подходит для сложных форм. Альтернативой может быть 3D-печать, но она дорогостоящая и ограничена размерами оборудования», — сказал директор Института технологий НИТУ МИСИС Андрей Травянов.

Учёные НИТУ МИСИС и Лионского университета предложили другой подход — использовать холодное напыление. Это технология, при которой металлический порошок с высокой скоростью наносится на поверхность и формирует плотное покрытие. Такой способ позволяет создавать толстые слои металла без значительных внутренних напряжений.

Сначала создаётся модель будущей детали, например, из алюминия. Затем на неё наносят слой стали с помощью холодного напыления. После этого алюминиевую основу удаляют, и остаётся металлическая оболочка нужной формы. Чтобы укрепить временное покрытие, ученые провели термическую обработку. В результате свойства материала значительно улучшились: прочность выросла примерно в 4 раза, а способность к деформации — с 1% до 20%. После исследователи собрали полноценную капсулу, заполнили её порошком никелевого сплава и провели прессование. Оболочка выдержала весь процесс: трещины не образовывались, соединения остались прочными. Подробности исследования опубликованы в научном журнале Journal of Thermal Spray Technology (Q2).

«Мы продемонстрировали возможность создания оболочек сложной формы без сварки и дорогостоящей печати. В перспективе технология может найти применение не только для порошков, но и в аддитивном производстве. Например, она может использоваться для уплотнения деталей, полученных холодным напылением, что открывает новые возможности для создания прочных металлических изделий сложной формы», — отметил к.т.н. Максим Хомутов, старший научный сотрудник лаборатории гибридных аддитивных технологий НИТУ МИСИС.

По итогам экспертного отбора, проведённого Центром опережающей подготовки и переподготовки кадров для химической промышленности ТГУ, поддержку получили восемь программ различных вузов, ориентированных на приоритетные направления развития отрасли: от цифровизации химических технологий до создания новых материалов и промышленных решений. Набор преподавателей стартует в 2026 году. Планируется, что обучение пройдут не менее 400 представителей высшей школы из 70 университетов страны. Трудоёмкость программ составит 108 часов, формат — очно-заочный, продолжительность — 7 недель.

Эксперты Передовой инженерной школы МАСТ разработали программу повышения квалификации для преподавателей по решению актуальных задач химии и материаловедения с помощью применения цифровых технологий. Специалисты университета обучат слушателей компьютерному моделированию структуры и свойств веществ, прогнозированию характеристик материалов с помощью машинного обучения, а также цифровой обработке, инженерному анализу и интерпретации результатов с помощью специализированного ПО.

Дополнительно слушатели пройдут стажировку на предприятиях индустриальных партнёров университета: СИБУР ПолиЛаб, ТМК и др. В ходе практического обучения участники познакомятся с реальными производственными процессами, актуальными технологическими задачами и передовыми практиками. Полученный опыт будет интегрирован в образовательные треки и учебные дисциплины вузов России.

«Внедрение методов компьютерного моделирования, машинного обучения и работы с большими данными позволяет сократить сроки разработки новых материалов с 10-15 до 2-3 лет, оптимизировать производственные процессы и повысить конкурентоспособность отечественной продукции», — отметил руководитель программы, директор Института «Материаловедение, аддитивные и сквозные технологии», заведующий лабораторией «Гибридные наноструктурные материалы» МИСИС Александр Комиссаров.

Реализация программ повышения квалификации направлена на развитие современной системы подготовки кадров для химической отрасли, в которой университеты выступают не только образовательными центрами, но и активными участниками технологического развития.

Рынок инфракрасных технологий ежегодно растет на 7-8%. Ближний (1–3 мкм) и средний (3–5 мкм) диапазоны волн ─ основа для тепловизоров, систем ночного видения, медицинской диагностики и космических сенсоров. Однако масштабирование отечественного производства упирается в кадровую проблему: в сфере производства оптоэлектронных устройств отмечается дефицит квалифицированных кадров, главным образом инженеров, проектирующих и обеспечивающих производство фотоприемников и фотоприемных устройств, в том числе фотоэлектронных модулей второго и третьего поколений, работающих в областях спектра оптического излучения от ультрафиолетовой до дальней инфракрасной и выполняемых на основе фоточувствительных полупроводниковых материалов. Разработанная программа переподготовки ─ это ответ на вызовы российской высокотехнологичной экономики, где инфракрасные технологии становятся ключом к суверенитету в самых разных отраслях.

Программа готовит специалистов полного цикла: инженеров-конструкторов, разработчиков ИК-фотоприемников ближнего и среднего диапазона волн, выполняющих функции от моделирования топологии и характеризации их структур до сопровождения серийного производства. Такой подход будет не только способствовать интенсификации исследований в области физики полупроводников и инфракрасной фотоники, но и позволит оптимизировать технологические процессы, повысить технический уровень разработок и ускорит вывод технологий на промышленный рынок.

Обучение пройдёт в смешанном формате в период с 20 сентября по 30 ноября 2026 г.

По вопросам участия и записи на программу можно обратиться к доценту кафедры полупровод­никовой электроники и физики полупровод­ников НИТУ МИСИС Сергею Леготину (legotin.sa@misis.ru).

Международная конференция «Ломоносов» проходит в рамках одноимённого научного молодёжного форума и ежегодно объединяет молодых исследователей со всего мира. В этом году работа велась по 44 секциям и более чем 450 подсекциям, охватывающим ключевые направления современной науки — от фундаментальных исследований до прикладных разработок.

Студентки НИТУ МИСИС успешно выступили в подсекции «Инженерное материаловедение и новые энергетические технологии». В стендовой сессии первое место заняла Олеся Трошкова с работой, посвящённой исследованию микроструктуры и свойств сплавов системы алюминий-ванадий, полученных методом механического легирования. Третье место присуждено Алёне Завадской за исследование фазовых и структурных превращений в минеральных вяжущих на основе доменных гранулированных шлаков.

Во время устных выступлений второе место заняла Ирина Рысак. Её работа посвящена синтезу наночастиц кобальт-железо-оксидов, модифицированных нейроспецифичным лигандом харибтоксином.

Высокие результаты студенток подтверждают качество подготовки в области материаловедения и востребованность проводимых в университете исследований, ориентированных на решение задач современной науки и промышленности.

Когда игнорировать экологию стало невозможно

К концу XX века резко выросли экологические издержки отрасли и производители стали искать новые решения. Одним из первых шагов стало переосмысление отходов как ресурса. Металлурги научились использовать в производстве побочные продукты. Например, использование химического и физического тепла технологических газов для получения из пара электроэнергии.

Подобные технологии активно развивались в 1970–80-х годах в Японии и Европе, где вводились многоступенчатая очистка газов и замкнутые водные циклы. К середине 1980‑х японские комбинаты по энергетической эффективности обогнали весь остальной мир, а к концу XX века значительная часть стали в развитых странах уже шла из лома, а города превратились в «урбанистические рудники» — металл из отслуживших конструкций возвращался в промышленный цикл.

Именно тогда и зародились идеи экономики замкнутого цикла в металлургии: возврат шлаков в производство, рост доли электроплавки на металлоломе, полное закрытие водяных контуров. Этот опыт показал — металлургия способна эффективно беречь ресурсы.

Согласно национальному докладу о кадастре антропогенных выбросов парниковых газов (ПГ), предоставленному Российской Федерацией по Рамочной Конвенции ООН об изменении климата, в металлургии основной источник выбросов приходится на выплавку железа, чугуна и стали, которые в 2023 г. составили 89% от общего выброса парниковых газов в отрасли. Вторым по значению источником является производство первичного алюминия (6,9%). Третьим — производство ферросплавов (3,9%). На свинец и цинк приходится 0,1% суммарного выброса ПГ в металлургии.

Чтобы снизить углеродный след, нужно менять саму суть производства. По данным производителей и государственных органов, переход к «зелёным» технологиям в металлургии — сегодня не «мода», а вызов времени.

Прямое восстановление железа и переход на водород

Один из ключевых трендов в индустрии — внедрение технологий прямого восстановления железа (ПВЖ). Вместо выплавки чугуна из подготовленных рудных материалов можно напрямую получать железный полупродукт газообразными восстановителем. У перехода на ПВЖ двойной эффект: не нужно использовать кокс и одновременно можно заложить основы для водородной металлургии. Когда восстановителем железорудных материалов становится водород, а не углерод, углеродный след практически сводится на нет (при условии, что водород получают с помощью чистой электроэнергии). Такие проекты уже существуют: например, шведская компания HYBRIT с 2016 года экспериментирует с восстановлением железорудных материалов водородом, а крупнейшие сталелитейные компании Европы планируют полностью перейти на водород к 2050 году.

В рамках пилотного проекта по совершенствованию национальной образовательной системы Университет МИСИС совместно с Металлоинвестом открыл программу специализированного высшего образования «Зелёная металлургия», где ведутся исследования и опытно-конструкторские работы в области ПВЖ/ГБЖ, оценки реакционной способности брикетов и цифрового моделирования процессов. Технологии разрабатываются как ответ на производственные запросы крупных российских компаний.

Также в МИСИС создаются технологии в рамках ESG-повестки. Например, наши учёные предложили использовать в доменной печи особые брикеты, которые содержат оптимальный состав руды и угля. По результатам исследований, если заменить такими брикетами около 10% железорудных материалов в шихте, можно сократить расход кокса на 52 кг, а агломерата на 101 кг на тонну чугуна. Это не только уменьшает выбросы углекислого газа, но и снижает затраты на топливо и подготовку сырья.

Утилизация шлаков и их вторичное применение

Раньше доменный и конвертерный шлак считался отходами, а сегодня это ценное сырьё. В первую очередь шлаки используют в строительстве: молотый гранулированный доменный шлак (GGBS) заменяет часть портландцемента, снижая расход клинкера и выбросы углекислого газа. Российские и зарубежные цементные компании включают такую добавку в стандартные смеси. По оценкам практиков, внедрение GGBS может улучшать долговечность бетона и значительно снижать тепловыделение при затвердевании.

Недавно российские учёные предложили нестандартный вариант утилизации доменного шлама и конвертерного шлака: использование шлаков в сельском хозяйстве. Их можно применять как удобрения для почвы. Урожай зерновых возрос более чем на 30%, а качество зерна осталось высоким. При этом в шлаках практически нет тяжёлых металлов (свинца или мышьяка), поэтому они безопасны в аграрном использовании.

Замкнутые водооборотные циклы и управление водными ресурсами

Предприятия постепенно налаживают повторное использование технологических вод: комплексные системы очистки позволяют её переиспользовать многократно.

Показательный пример — Новолипецкий металлургический комбинат (НЛМК). За 15 лет компания отказалась от сброса очищенных стоков в реку и перешла на систему замкнутого водооборота. Сейчас на комбинате постоянно циркулирует около 2 млрд кубометров воды — объём небольшого озера. В результате ежегодный забор речной воды уменьшился более чем в 5 раз, с 100 млн до менее 20 млн м³.

Такой подход существенно снижает нагрузку на водоёмы. Кроме того, экономят и сами предприятия: чем меньше свежей воды берётся из реки, тем меньше они платят за водопотребление и сброс. Аналогичные проекты с замкнутой схемой есть и на других металлургических площадках: инвестиции в очистные сооружения и рециркуляцию воды уже стали стандартом.

Цифровизация и «умное» проектирование

Новые технологии нередко сопровождаются и цифровыми решениями. В металлургии появляются цифровые двойники агрегатов, продвинутые системы автоматического управления и инструменты машинного обучения. Современные промышленные компании активно внедряют цифровые модели печей и конвертеров, в которых можно просчитать энергоэффективность, оптимальный баланс сырья и даже улавливание выбросов. Такие симуляторы позволяют протестировать новые режимы без риска остановки завода. Крупные международные поставщики промышленного ПО (такие как Siemens, ABB и др.) развивают платформы для умного управления сталеплавильным производством. Российские инжиниринговые центры, в свою очередь, начинают применять анализ больших данных и предиктивную аналитику: например, прогнозируют поломки оборудования и точечно улучшают нужные участки производства. Всё это снижает энергоёмкость и потери, делает процессы более предсказуемыми ещё на этапе проектирования.

Будущее отрасли и работа с кадрами

Современные технологии наглядно демонстрируют, что металлургия постепенно перестаёт быть проблемой для экологии и превращается в одного из ключевых участников её восстановления. Мы стоим в самом начале этого глобального перехода, но контуры будущего уже проступают отчётливо. Меняется производство — меняется и человек у руля. Сегодняшний металлург обязан сочетать в себе инженерную смекалку и понимание климатической повестки. Именно такие кадры станут драйверами перемен в охране окружающей среды.

Важно, что в России фундамент для этой новой реальности закладывается уже сейчас: появляются специализированные образовательные программы, наращивается научно-исследовательский потенциал. Уже в обозримом будущем перед нами предстанет индустрия, где технический прогресс идёт не вопреки природе, а за руку с ней.