Первые идеи о том, что ультразвук может влиять на распространение света, были выдвинуты учёными ещё в 20-х годах прошлого века.

Михаил Сергеевич Афанасьев. Фото Татьяны Врацкой.

Наука и жизнь // Иллюстрации

В феврале 2025 года научные сотрудники НТЦ УП РАН Милана Шарикова и Павел Никитин стали лауреатами премии Правительства Москвы молодым учёным за 2024 год. Премия присуждена за совместную работу «Акустооптические приборы и методы инфракрасного и терагерцового диапазонов». Дипломы лауреатам вручал мэр Москвы Сергей Собянин.

Методику проведения эксперимента на стенде для измерения параметров модуляторов терагерцового излучения обсуждают старшие научные сотрудники Илдус Хасанов, Павел Никитин и заместитель директора по научной работе Дмитрий Чуриков.

Заведующий лабораторией Демид Хохлов и аспирант Андрей Белых проводят юстировку и отладку составных элементов эндоскопического спектрометра комбинационного рассеяния. Фото Татьяны Врацкой.

С помощью автономной гиперспектральной камеры аспирант Олег Кананыхин и техник Антон Сударев исследуют распределение интенсивности света, отражённого от тест-объекта. Фото Татьяны Врацкой.

На стенде мультиспектральной цифровой голографической микроскопии младший научный сотрудник Ольга Польщикова и техник Антон Сударев выполняют препаратоподготовку и юстировку оптической системы. Фото Татьяны Врацкой.

Стенд для контролируемого выращивания растений с различными биофизическими параметрами листа. Наблюдения проводит младший научный сотрудник Анастасия Золотухина. Фото Татьяны Врацкой.

— Михаил Сергеевич, для каких целей в Академии наук потребовалось создать научно-технологический центр?

— Научно-технологический центр уникального приборостроения был создан ещё в советское время, в 1957 году, для ускорения внедрения разработок Академии наук в промышленность и науку. Результаты многих исследований в области спектроскопии, лазерных систем и акустооптики легли в основу новых приборов, которые затем были успешно использованы в научной практике. Это подтвердило эффективность комплексного подхода: от фундаментальных исследований к прикладным разработкам. Учитывая многолетний опыт координации с Российской академией наук, мы продолжаем совершенствовать и развивать эти идеи.

— Какой смысл вы вкладываете в понятие «уникальное приборостроение»?

— Для нас «уникальное приборостроение» означает создание оборудования, которое не просто соответствует высоким стандартам, но в первую очередь основано на новых оригинальных идеях, обладает возможностью дальнейшего развития, широкой функциональностью и, самое главное, ориентировано на решение конкретной актуальной научной или практической задачи.

— И какие задачи приходится вам решать?

— Например, с прошлого года на базе Центра при поддержке Минобрнауки России функционирует молодёжная лаборатория, её возглавляет научный сотрудник нашего Центра, кандидат технических наук Демид Хохлов. Тематика работы лаборатории — оптические зондовые методы, приборы технической диагностики. Специалисты работают над созданием малогабаритных зондовых систем технического зрения — миниатюрных устройств, которые позволяют «видеть» важные параметры окружающей среды. Одно из направлений применения подобных устройств — это медицина, неинвазивная диагностика заболеваний. В частности, мы сотрудничаем с Сеченовским университетом, который предоставляет нам доступ к экспертизе, клиническим испытаниям, появляются возможности для внедрения разработок в практику.

Перед нашим Центром президентом РАН академиком Геннадием Яковлевичем Красниковым был поставлен ряд стратегических задач по развитию отечественного приборостроения. Это чрезвычайно важно для технологической независимости во многих критических областях.

— Какие основные научные направления развиваются в Центре?

— Это фундаментальные, поисковые и прикладные исследования в области разработки приборов и систем измерения, управления и анализа, основанных на различных физических принципах. Мы скорректировали план научных исследований на ближайшие годы в рамках выполнения государственных заданий. Наши проекты направлены на создание новых классов спектральных приборов — гиперспектрометров и мультиспектральных камер, устройств неинвазивной визуализации и анализа параметров кровотока в тканях животных и человека. Разрабатываем акустические, оптические, ультразвуковые и лазерные приборы, проводим фундаментальные исследования по изучению и моделированию поведения вещества в экстремальных условиях, близких к условиям в ядре Земли.

— Что такое гиперспектрометры и мультиспектральные камеры, для чего они используются?

— Гиперспектральные камеры позволяют получать набор снимков объектов в узких спектральных диапазонах. С их помощью можно анализировать распределение спектральных характеристик растений и почвы, что предоставляет, например, новые возможности для диагностики и мониторинга состояния сельскохозяйственных культур. Гиперспектральные камеры дают возможность эффективно определять состав микро- и макроэлементов, проводить диагностику пигментного состава растений и выявлять у них стрессовые состояния, обнаруживать на ранних стадиях заболевания или дефицит микроэлементов. Использование гиперспектральной съёмки в современных агротехнологиях значительно расширяется за счёт интеграции с алгоритмами искусственного интеллекта для автоматической обработки данных, создания высокоточных видовых карт и мониторинга больших площадей с помощью беспилотных летательных аппаратов. Это позволяет оптимизировать и расширять область применения для разных культур, повышать продуктивность и устойчивость сельского хозяйства.

Мультиспектральные камеры в свою очередь дают возможность получать изображения только на специально подобранных длинах волн. От гиперспектральных комплексов они отличаются меньшими габаритами, большим быстродействием и энергоэффективностью. Это важно для изучения динамичных сцен, контроля веществ и мониторинга природных процессов, в том числе с мобильных носителей. С их помощью можно оценивать состав объектов, их структуру и даже выявлять аномальные изменения, которые не различимы глазом. Основная сложность при разработке таких камер — создание миниатюрных прецизионных оптических систем и специализированного программного обеспечения, гарантирующих стабильность параметров и работу камеры в различных условиях.

Одна из технологий, использующаяся для создания и определения основных характеристик гипер- и мультиспектральных камер, — это акустооптические фильтры, позволяющие выделять из широкополосного оптического излучения узкую спектральную полосу. Акустооптикой называют метод управления светом с помощью звуковых волн. По сути, механические колебания за счёт периодического изменения плотности создают в среде динамическую дифракционную решётку, которая изменяет свойства проходящего света. Это даёт возможность контролировать интенсивность, направление и даже спектральный состав светового потока на выходе. В качестве среды наиболее часто используются кристаллы с высокими акустооптическими характеристиками, например парателлурит (TeO2), ниобат лития (LiNbO3), кварц и другие.

— Вы разрабатываете приборы под конкретного заказчика, под какую-то определённую научную задачу, или пользователи, наоборот, адаптируют уже готовые ваши решения под собственные нужды?

— Мы, скорее, придерживаемся гибкого подхода: часть приборов разрабатываются под конкретные задачи заказчиков, а часть создаются как универсальные решения, которые пользователи могут адаптировать под свои нужды. Постоянный диалог с заказчиками позволяет улучшать наши разработки, делая приборы практичными и удобными в эксплуатации в самых разных областях. Например, в числе наших индустриальных партнёров — Оптико-механическое КБ «Астрон», которое занимается разработкой и производством инфракрасной и терагерцовой оптики и приборов на их основе. Это ведущее отечественное предприятие, и партнёрство с ним осуществляется в рамках исследований по микроэлектронике. Этот проект нацелен на создание высокоэффективного пространственного модулятора терагерцового излучения с использованием жидкокристаллических структур. Он реализуется лабораторией терагерцовой и инфракрасной оптики под руководством доктора технических наук Алексея Никитина. Проект, кстати, поддержал Российский научный фонд.

— У вас работают в основном уже состоявшиеся исследователи, или вы больше стремитесь обучать молодых учёных?

— Самое главное, что в последние годы удалось сохранить коллектив наших учёных и сотрудников. Сейчас в Центре более 150 человек, специалистов с высокой квалификацией, при этом средний возраст научных работников — 39 лет. Это реализуется благодаря привлечению молодых талантливых исследователей и увеличению внебюджетного финансирования. Впервые его удалось увеличить на 48% по всем научным направлениям.

— Какие молодые специалисты вам нужны? Из каких областей наук?

— Мы подбираем специалистов с крепкой базой в области физики, оптики, электроники и информационных технологий. Это выпускники ведущих вузов, в том числе специалисты, обучающиеся по направлениям нанотехнологий, оптоэлектроники и биофотоники. Сейчас у нас проходят обучение 27 аспирантов. В 2024 году трое успешно защитились. Аспиранты занимаются проектами, связанными с разработкой новых методов измерений, обработки сигналов и созданием новых оптических и лазерных систем.

В ближайших планах — расширение направления подготовки кадров высшей квалификации по программе «Фотоника, приборостроение, оптические и биотехнические системы и технологии», дальнейшее развитие сети базовых кафедр в РТУ МИРЭА, МФТИ, МГТУ имени Н. Э. Баумана, МЭИ, МИСИСе. Стремимся создать комфортные условия для труда учёных, выполнили ремонт в здании Центра, развиваем информационную инфраструктуру, сейчас готовим к открытию современную лабораторию био- и агрофотоники, где будут разрабатываться системы для диагностики биологических тканей и мониторинга состояния растений. Всё это поможет создать стимулирующую академическую среду для участия в научной работе наших учёных и, что особенно важно, позволит сотрудникам получать достойную заработную плату.

— Как бы вы описали прибор будущего, разработанный в вашем Центре, скажем, через десять лет?

— Будущее приборостроения вижу, наверное, в создании многофункциональных и интеллектуальных систем, способных работать автономно и анализировать параметры окружающего пространства оперативно и с высокой точностью. Такие приборы объединят достижения в области оптики, акустики и информационных технологий. Современные системы искусственного интеллекта помогут улучшить точность измерений и оптимизировать работу приборов, сделав их более «умными» и адаптивными. Это особенно важно при работе с большими объёмами данных и в сложных условиях эксплуатации, например в Арктическом регионе. И, конечно, никуда не денется основная задача — повышение чувствительности и точности измерительных систем.

№4, 2025