Роботы, предназначенные для работы в экстремальных условиях, например, при высоких температурах, при сверхнизких температурах или в большом температурном дипазоне, в агрессивных химических средах, при большом давлении или в условиях ионизирующих излучений, высоких напряженностей магнитных полей и так далее
Российские космонавты провели эксперимент на борту Международной космической станции, доказав, что с помощью 4D-биопринтера в условиях невесомости можно сформировать эквиваленты полых органов, таких как сосуды. С научной точки зрения, уникальность события в том, что на орбите впервые использовались материалы с эффектом памяти формы, которые под воздействием температуры и магнитного поля свернулись из ровной пластины в «трубочку».
Контейнеры с материалом возвращаются на Землю в таких оранжевых боксах. А отправляются в синих)
Магнитный 4D-биопринтер «Орган.Авт», разработанный российской компанией «3Д Биопринтинг Солюшенс», был доставлен на борт МКС в конце 2018 года. Тогда же космонавт Олег Кононенко провел на нём эксперимент по созданию эквивалентов щитовидной железы мыши и хрящевой ткани человека. Впервые в мире, между прочим. Новый опыт с формированием аналогов трубчатых органов является логичным продолжением исследования возможностей биофабрикации в космосе. И мы снова всех опередили!
На фото из лабы НИТУ МИСИС: боксы с кюветами, фото Олега Кононенко с биопринтером, сам "Орган.Авт" (их всего 4: один на МКС, один в музее космонавтики и два в НИТУ МИСИС)
25 марта ракета-носитель Союз МС-25 доставила на российский сегмент МКС специальные контейнеры для биопринтера, подготовленные специалистами компании «3Д Биопринтинг Солюшенс» и Университета МИСИС. В кюветах находились металл-полимерные пластины, содержащие на поверхности клеточный слой. Этот материал, обладающий эффектом памяти формы, возвращается к своему первоначальному виду под воздействием внешних сил, даже если он был предварительно деформирован. Влиять может температура, свет, влага или магнитное поле. От обычных материалов он отличается возможностью программирования под желаемую форму и время фиксации. Учеными на Земле был задан узкий температурный диапазон воздействия: при комнатной температуре пластины были плоскими, а в магнитном поле при достижении 36 градусов (как в человеческом теле) они сворачивались.
Распакоука кювет
Эксперимент «Магнитная биофабрикация» провели Олег Кононенко, рекордсмен по суммарной продолжительности пребывания в космосе, и первая белорусская женщина-космонавт Марина Василевская.
Сворачивание конструкции в магнитном принтере — первый этап эксперимента на МКС. Далее учёные на Земле проведут гистологическую и иммуногистохимическую оценку, а также исследуют морфологию конструкции.
Самое ценное лежит на донышке) То, что трубочка свернулась — большой успех. Значит, мы на верном пути!
Партнерами по космическому эксперименту выступают: Госкорпорация Роскосмос, ПАО «РКК «Энергия», АО «ЦНИИмаш» и ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина», АО «Организация "Агат"».
Команда Университета МИСИС на фоне ракеты. Передаем привет с Байконура!
Если появятся вопросы, то мы готовы ответить! Как всегда) Или встретиться лично на экскурсии в Институт биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС!
НАСА объявило набор добровольцев для имитации марсианской миссии сроком один год
Добровольцы провели год в условиях, имитирующих жизнь на Марсе. Шестеро добровольцев из Франции, Германии и США готовятся к окончанию эксперимента, имитирующего условия жизни на Марсе. Минувший год они провели в изоляции на острове Гавайи. Экипаж добровольцев жил в специальном куполе диаметром 11 метров и высотой – 7. Рядом с ним – маленькая солнечная электростанция. Примерно в таком же комплексе будут жить и работать участники марсианской миссии. Добровольцам пришлось на год расстаться со свежим воздухом. За пределы купола они выходили только в скафандрах. Привычную пищу на время эксперимента им заменили консервы, сублимированные и замороженные продукты. Воду приходилось экономить. За всеми участниками эксперимента наблюдали учёные. Предназначение миссии – понять, с какими психологическими и медицинскими проблемами может столкнуться экипаж длительной космической экспедиции. В состав экипажа добровольцев входят трое мужчин и три женщины – пилот, архитектор, врач, почвовед, физик и астробиолог. Эксперимент завершается 29 августа. Он стал четвёртым по счёту в серии экспериментов, проводимых НАСА и Гавайским университетом. Первые две команды добровольцев жили в изоляции по четыре месяца, третья – восемь. НАСА планирует отправить пилотируемый корабль на Марс в 30-х годах нашего столетия.
16 февраля НАСА объявило конкурс по набору добровольцев для участия в имитации марсианской миссии сроком один год. Она станет продолжением исследования здоровья и работоспособности экипажа, начавшегося в июне 2023-го.
Начало новой миссии запланировано на весну будущего года. В ней примет участие экипаж из четырех человек, который будет находиться в изолированном помещении площадью 158 кв. м., напечатанном на 3D-принтере. Отбор будет проходить на конкурсной основе, прием заявлений от участников начинается 2 апреля. Стоит уточнить: членам сформированного экипажа придется… заплатить за свое участие в эксперименте — правда, НАСА обещает по его окончании компенсировать им часть затрат.
Место эксперимента — расположенный в Космическом центре НАСА им. Джонсона объект под названием Mars Dune Alpha, где созданы условия, имитирующие марсианские. В настоящее время там находится первый экипаж в рамках 378-дневной миссии СНАРЕА, стартовавшей 25 июня прошлого года. Вновь прибывшей команде предстоит заниматься обслуживанием среды обитания и разведением сельскохозяйственных культур. Имитировать выход в открытый космос «астронавты» будут в специальной «песочнице» площадью 111 кв. м.
Кандидаты для участия в эксперименте должны соответствовать следующим критериям: гражданство США, хорошее владение английским, возраст от 30 до 55 лет, степень магистра в области естественных или точных наук, двухлетний профессиональный опыт, не менее 1000 часов налета на самолете или два года в докторантуре
Взять с собой побольше вкусняшек, запасное колесо и знак аварийной остановки. А что сделать еще — посмотрите в нашем чек-листе. Бонусом — маршруты для отдыха, которые можно проехать даже в плохую погоду.
В США тоже проводился подобный эксперимент. В 1991м году. Эксперимент был рассчитан на 2 года. И, там, в отличие от нашего, были и женщины и мужчины. Всего 8 человек. И пространства для жизни было хоть отбавляй.
Назывался этот эксперимент "Биосфера 2". Каждому человеку выделялось по 33 квадратных метра. Сам эксперимент проводился в пустыне, от внешней среды экосистему (она была полностью замкнутой) отделял герметичный купол.
Основная фишка была в том, что среда должна была быть полностью замкнутой. Там было более тысячи видов растений, так же насекомых и животных.
В целом, эксперимент провалился и его пришлось прекратить досрочно. В процессе выявилась масса проблем.
Несмотря на то, что пространства было немало, замкнутый объем давил на людей. Кроме того, обнаружилась нерассчетная нехватка кислорода. Потом выяснили, что его потребляли не в меру расплодившиеся насекомые, плюс - бетон. Бетон окислялся и потреблял кислород, это не было учтено. Вымерло много полезных насекомых. Зато расплодились мадагаскарские тараканы.
Начались проблемы с питанием. И, в отличие от нашего эксперимента, людей проблемы не объединили, а ожесточили. В определенный момент, кто-то спер общие бананы - виновника так и не нашли. Все члены "экипажа" настолько рассорились друг с другом, что не хотели общаться даже спустя долгие годы после эксперимента.
Здравствуй, любознательный читатель! Сотрудники Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС решили не нарушать добрую традицию и подготовили ответы на вопросы дорогих сердцу пикабушников. Погнали!
- Потому что качественный результат можно получить только благодаря технологии роботической печати. Она позволяет напечатать сложную решётчатую структуру (с точным диаметром пор и их верным расположением в пространстве, а не на плоскости), которая доставляет питательные вещества до клеток, находящихся в гидрогеле. Также такая структура помогает отводу экссудата, что крайне важно при заживлении кожи. Распылять клетки нельзя, так как они погибнут в полете. Сама суть биопечати заключается в правильном расположении живых клеток в пространстве, чтобы получился орган (кожа, кстати, самый большой по площади орган человека). Таким образом, ни один другой метод, кроме печати геля с помощью роботической руки по 3Д-модели раны, не позволить достичь желаемого результата. Печать эквивалентов кожи - это первый шаг в биопечати. Может когда-нибудь мы научимся и распылять на рану биочернила, но скорее всего наука пойдет по пути создания не спрея, а медицинских капсул. Типа той, которую нам показали в фильме "Пассажиры" Мортена Тильдума.
Более подробно о механизме нанесения геля и послеоперационном процессе заживления (с фотографиями не для слабонервных) вы можете прочитать в нашей статье “Commercial articulated collaborative in situ 3D bioprinter for skin wound healing”, Aleksandr A. Levin, Pavel A. Karalkin, Elizaveta V. Koudan, Fedor S. Senatov, Vladislav A. Parfenov , Vladislav A. Lvov.
- Существуют исследования, доказывающие, что робот перемещается в пространстве примерно в 10 раз быстрее и точнее, чем человек. Более подробно прочитать про преимущества данной технологии можно в следующих статьях: “Criteria for Comparison of Robot Movement Trajectories and Manual Movements of a Doctor for Performing Maxillofacial Surgeries”, Andrei A. Vorotnikov, Daniil D. Klimov, Elena A. Melnichenko and Yuri V. Poduraev
“A Robotic System for Hydrogel 3D Printing on Complex Surfaces”, Levin Aleksandr, Vorotnikov Andrei, Parfenov Vladislav, Hesuani Usef, Mironov Vladimir & Poduraev Yuri.
- Печатающая головка устроена сложнее, чем кажется. На фланце робота установлен дозатор, автоматически управляющий положением штока шприца. На фото виден только медицинский шприц с биочернилами.
- Шаг в клиническую практику уже сделан. Это уже событие мирового уровня, факт свершился. Операция прошла успешно. Радоваться уже можно) Но в области роботической печати предстоит провести дальнейшие исследования: улучшать точность и скорость печати, переходить к более сложным дефектам, комбинациям ранений костей и мягких тканей. Тогда применение действительно станет массовым.
- Как и после любой операции, после заживления остается шрам.
- Лабораторным образцам официальные названия давать не принято. Внутри коллектива мы говорим просто “Рука”) Конкурс на новое имя пока проводить не будем, но если вы напишите в комментариях свои идеи - с удовольствием почитаем и может вдохновимся.
- Над реализацией работала большая мультидисциплинарная команда. Для разработки установки и ПО - инженеры-робототехники. Для разработки материала - биоматериаловеды и химики. Для подготовки клеточного материала - биологи. Для постановки хирургических задач - медики.
- Костную ткань также возможно нарастить, есть исследование по печати кости на кролике. Подробности в статье: “Robotic in situ 3D bio-printing technology for repairing large segmental bone defects”. Lan Li, Jianping Shi, Kaiwei Ma, Jing Jin, Peng Wang, Huixin Liang, Yi Cao, Xingsong Wang, Qing Jiang.
- Робот-манипулятор производит компания РобоПро, рабочий орган и ПО - НИТУ МИСИС совместно с 3Д Биопринтинг солюшенс.
- 3D Bioprinting Solutions – отечественная лаборатория биотехнологических исследований, которая разрабатывает и производит биопринтеры, материалы в области трехмерной биопечати, новые технологии в биофабрикации, а также лекарственные препараты. Они создали биопринтер Орган.Авт, с помощью которого на Международной Космической Станции в 2018 году впервые в мире были напечатаны органные конструкты, а также в 3D Bioprinting Solutions под руководством пионера мировой биопечати проф. Владимира Миронова в 2015 году напечатан первый в мире функциональный орган - щитовидная железа (для мышки).
На этом пока всё, спасибо вам за вопросы и поддержку! Нам очень приятно! Мы пошли патентовать нейроимплантат для восстановления спинного мозга после травмы. Можете пока сюда кидать вопросы, если интересно из чего же, из чего же, из чего же он сделан. Как зарегистрируем - ответим. Пока все секретики раскрывать не будем. Кто дочитал до конца и хочет пообщаться лично - милости просим в наш уютный канальчик (да, простите, мы понимаем, что на Пикабу такое не любят, но как вы еще нас найдете?), у нас там есть бот, куда вы можете скидывать ваши вопросы и узнавать научные новости только по биоинженерии. Мы на связи) Кстати, 20 апреля 2024 г. в Университете МИСИС пройдёт День открытых дверей, приходите пообщаемся лично! До скорых встреч!
Если не так давно вы ощутили дискомфорт, находясь с семьёй дома на самоизоляции, вам определённо стоит узнать об эксперименте, в ходе которого был имитирован полёт на Марс длиною в год, а три советских парня — добровольца оказались заперты в пространстве размером с небольшую комнату. Пятьдесят лет назад в Москве в солнечный предпраздничный ноябрьский день, в огромном здании без единого окна за бетонным забором недалеко от метро «Полежаевская», в обстановке строгой секретности трое парней в одинаковых спортивных костюмах пожали руки провожающим их людям в белых халатах и друг за другом скрылись в кабине космического корабля. За ними затворили тяжеленную стальную герметичную дверь. И тут же её опечатали. И был дан старт. Однако корабль никуда не улетел, потому что старт был дан уникальному эксперименту, по ходу которого добровольцы провели внутри гермокамеры год. Длинный, високосный год в 366 дней. Они жили и работали в условиях частично замкнутого круговорота веществ. И в почти полной изоляции от внешнего мира. В пространстве размером с хрущёвскую кухню. Сергей Королёв намеревался отправить экипаж к Марсу в 1974 г. Полёт, согласно его расчётам, должен был длиться примерно один год. Чтобы узнать, способны ли люди выдержать столь длительное путешествие в стеснённых условиях, на территории Института медико-биологических проблем был построен прототип жилого отсека межпланетного корабля. И 5 ноября 1967 г. В нём были изолированны три добровольца – врач Герман Мановцев, биолог Андрей Божко и инженер Борис Улыбышев. Своим родным они объяснили, что отбывают в годичную командировку на Северный полюс. Проект проходил под грифом совершенно секретно.
Какая медицина без анализов?
Жилой модуль «звездолёта» напоминал комнату в квартире хрущёвского образца – всего 12 квадратов, половину пространства которого занимало оборудование. На остальной площади разместили три откидные полки для сна, откидной столик, плита, малогабаритный санузел и велотренажёр. Вместо душа, выделялось ведро воды на 10 суток. Воды, которая, добывалась из мочи «космонавтов» – в гермокамере функционировала замкнутая система жизнеобеспечения. Эту воду пили, ей разбавляли сублимированные продукты, на ней же варили первые блюда. Днём и ночью регенерированный воздух в отсеке гоняли вентиляторы, создавая жужжание, как в метро. В такой обстановке „космонавтам“ предстояло жить и выполнять свои обязанности год, при этом находясь под постоянным наблюдением видеокамер.
Физическая тренировка в «полёте»
Назначенный командиром Мановцев, должен был вести наблюдение за здоровьем коллег и проводить медико-биологические опыты. За научную работу отвечал Борис Улыбышев, биолог Андрей Божко трудился в оранжерее, которую «пристыковали» к гермокамере через несколько месяцев, а также вёл бортовой журнал (впоследствии он станет основой его книги «Год в «звездолёте»).
Связь с «Землёй»
Связь с внешним миром шла через радиопередачи – действия экипажа направлял мини-ЦУП. Научной целью эксперимента была отработка систем жизнеобеспечения и подготовка к перелёту на другую планету. Но самым трудным для членов команды оказались не быт, не аварийные ситуации, не круглосуточный шум вентиляторов, не дефицит воды и еды, а внутренние конфликты и борьба за лидерство. Взаимная неприязнь порой доходила до ненависти.
Самоконтроль
Уже через два месяца на борту «корабля» зреет бунт: Улыбышев и Божко игнорируют Германа Мановцева, не обращая внимания на указания командира. Мановцеву приходилось тяжело вдвойне: у него на большой земле осталась беременная жена, и он даже не был уверен, сообщат ли ему о рождении ребёнка.
Проверка самочувствия под нагрузкой
Затем ситуация меняется: Улыбышев стал терять в весе, по этому ему была разрешена добавка к питанию в виде капсул с маслом, и вот уже он оказывается в меньшинстве – два других члена экипажа ему начинают завидовать. Обстановка осложняется, и в какой-то момент испытуемые готовы наброситься друг на друга, но это ознаменовало бы провал эксперимента и конец „межпланетной миссии“. У космонавтов и полярников такое состояние психики именуется экспедиционным бешенством.
Борис Улыбышев в ходе эксперимента рассматривает пищевые добавки
«Я вспомнил рассказ врача, участвовавшего в полярной экспедиции в Антарктиде: воды у них сколько угодно, пищу готовили повара, они обменивались «визитами» с пингвинами. Очень захотелось обменять наш комфорт и уют на невзгоды, пережитые ими во время пребывания на ледовом материке», – писал Андрей Божко в своём дневнике.
Будни экипажа
Испытуемые начинают общаться друг с другом всё реже и реже, каждый замыкается на своей работе. Но, одним из главных открытий эксперимента стало то, что когда организаторы ещё больше усложняют условия и вводят аварийную ситуацию, экипаж капсулы объединяется и мобилизуется. Так случилось, когда в камере подняли температуру до 35°С, и уменьшили подачу кислорода. Кроме того, «космонавтам» запретили готовить горячую еду и вполовину сократили суточный рацион воды. Вопреки опасениям испытатели не рассорились, а стали поддерживать друг друга, введя термин – «оздоравливать отношения». «Мы договорились при трениях откровенно и спокойно обсуждать предмет ссоры и вникать в её суть, при этом соблюдая одно правило: каждый должен говорить о своих собственных ошибках, критика другого запрещалась», – вспоминали члены экипажа потом.
«Видеосвязь» с «Землёй»
На 121-е сутки у Бориса Улыбышева стали появляться галлюцинации: ему казалось, что во время общего отдыха кто-то ходит по отсеку. Так продолжалось три ночи, пока Борис не включил свет и не увидел, что в роли призрака выступает Герман Мановцев. Выяснилось, что командир втайне принимает обезболивающее, пытаясь скрыть гнойную кисту за ухом и повышенную температуру. Ведь если бы он это рассказал, эксперимент бы остановили. В конце концов, врач Мановцев проводит себе операцию сам – лекарства ему уже не помогают.
Мониторинг состояния здоровья «космонавтов»
Но если галлюцинации Улыбышева оказались надуманными, то кошмарные сновидения для «космонавтов» становятся реальными ночными спутниками. «Мне снилось, что чёрная громадная кошка кидается мне на грудь. Я пытаюсь связать её, но она вырывается и вновь бросается на меня. Я проснулся в холодном поту», – так пересказывал очередной сон Андрей Божко в своём дневнике.
Кают-компания модуля «Год в «звездолете»
Несмотря на сложные условия эксперимента, нелёгкие будни «астронавтов» иногда перемежались радостными событиями. К примеру, 25 февраля 1968 г. в полночь неожиданно включилась громкая радиосвязь. Руководство сообщило командиру экипажа, что у него родилась дочь. Правда, увидеть жену и ребёнка он смог только через 8 месяцев. Единственному из испытуемых, кому удаётся, хоть и тайне, вести личную жизнь, – это Андрей Божко.
Божко А.Н. и Улыбышев Б.Н. на откидных спальных местах
22 января к гермокамере присоединили оранжерею. Экипаж был очень рад, так как это было дополнительное жизненное пространство и источник натуральных витаминов, так необходимых в изоляции. Примерно в это же время в «Центре управления полётом» появилась новая дежурная-оператор. «Доброе утро, ребята!» – будила она «космонавтов» приятным голосом. Андрею Божко её голос казался ангельским, и он стал строить планы, как привлечь внимание девушки по имени Виолетта, которую и увидеть-то можно лишь изредка, через не до конца задёрнутую шторку иллюминатора.
Завершение эксперимента «Год в «звездолете»
Влюблённый «космонавт» пишет ей записку и через шлюз оранжереи, в которой он распоряжается на правах биолога, передаёт её, закопав в грунт. Почтальоном выступает знакомый инженер «с Земли», помогающий Божко в опытах с растениями. После мучительных ожиданий Андрей получает ответ от Виолетты, и они начинают переписываться.
Обложка книги Андрея Божко и Виолетты Городинской «Год в „звездолёте“
Негласная переписка биолога с дежурной центра управления длится полгода – девушка ждёт своего «космонавта», словно из реального полёта. «Я счастлива, – скажет она спустя много лет. – Господь за что-то меня так вознаградил. У нас прекрасные сыновья, уже доктора наук».
Свадьбу сыграли после завершения эксперимента. За столом сидели товарищи по эксперименту, звучали тосты: «За покорение Марса!» А книга Андрея Божко «Год в «Звездолёте», написанная совместно с Виолеттой Городинской, до сих пор является учебным пособием при организации космических полётов.
Экипаж «Земного звездолета» спустя год
Научные результаты советского эксперимента и сегодня используются для составления рекомендаций орбитальным экипажам. Они помогают в разрешении конфликтных ситуаций, организации досуга космонавтов. Когда настанет время лететь на Марс, об опыте советских испытателей, имена которых и сейчас мало кому известны, вспомнят ещё неоднократно.
Привет, пикабу! Рассказываем вам о новом прорыве Института биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС!
В Главном военном клиническом госпитале им. академика Н. Н. Бурденко провели первую в мире операцию с использованием биопринтера, который в режиме реального времени печатал биочернилами прямо на человеке. Аппарат состоит из роборуки, системы биопечати и компьютерного зрения. Устройство разработано учеными НИТУ МИСИС и пионерами российской биопечати, компанией 3Д Биопринтинг Солюшенс.
У пациента была обширная рана в области плеча и лопатки. Особую сложность придавало не только то, что эта часть тела была подвижна на протяжении всей операции из-за дыхания пациента, но и рельеф глубокой раны. Однако устройство справилось с этими трудностями благодаря особой системе сканирования дефекта мягких тканей.
В классической 3D-печати органы и ткани создаются отдельно на недвижимой подложке, помещаются в биореактор для «дозревания», а уже потом пересаживаются пациенту. Но ведь лучшим биореактором все-таки является сам человек! Пропуская целую технологическую ступень, биопринтер НИТУ МИСИС напечатал эквивалент ткани сразу в организм пациента, используя его же клетки. Это называется биопечатью in situ - непосредственно в рану во время операции.
Построение 3D-модели раны, расчет траектории подачи биополимера in situ, и саму биопечать робот провел без участия человека! Никаких джойстиков и пультов управления, только код, только хардкор. Но контроль работы устройства, конечно, было необходим, так что за ним следил инженер-робототехник.
Подготовка к операции была такой: хирург забрал из костного мозга клетки пациента, их смешали со специальным гидрогелем на основе коллагена, полученные «биочернила» поместили в шприц внутри биопринтера, а сам биопринтер с системой сканирования был размещен на конце «роборуки». Возможно, в скором времени и забор клеток биопринтер будет способен осуществить вместо хирурга… Следите за новостями!
Немного истории. Вся мировая биопечать началась в 2003 году с первой в истории публикации о трехмерной биопечати. Автором статьи был наш соотечественник Владимир Миронов, который является научным руководителем лаборатории биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и профессором НИТУ МИСИС. Под его руководством компания, ставшая пионером отечественного биопринтинга, в 2014 году представила первый российский биопринтер – Фабион. Он до сих пор входит в топ-5 биопринтеров мира. Уже в 2015 году на нем напечатали первый в мире орган – щитовидную железу для мыши, которая в полной мере функционировала и продуцировала гормон. Затем стали развиваться разные ответвления биопечати, например, космическая магнитная биопечать. Космических магнитных биопринтеров в мире всего четыре – один на МКС, один в музее космонавтики на ВДНХ и два в Университете МИСИС.
Использование роботов для биопечати уже вылилось в отдельное направление биопринтинга. В ближайшие 10 лет станет возможной печать трубчатых органов (кровеносные сосуды, трахея и пр). В НИТУ МИСИС в рамках Передовой инженерной школы "Материаловедение, аддитивные и сквозные технологии", партнером которой является Госкорпорация "Росатом", разрабатываются несколько технологий магнитной биопечати, при которой с помощью магнитного или акустического полей создаются небольшие кусочки кровеносных сосудов. В России – Москве, Санкт-Петербурге, Самаре, Томске – начинают формироваться целые кластеры биопринтинга.
Квантовый компьютер Sycamore, разработанный компанией Google, справился с задачей, на решение которой традиционному компьютеру потребовалось бы почти полвека. Это достижение, основанное на законах квантовой механики, способно произвести революцию в таких областях, как научные исследования, благодаря беспрецедентным возможностям моделирования. Однако при этом возникают проблемы с безопасностью, поскольку такая вычислительная мощь может в один прекрасный день поставить под угрозу существующие системы шифрования. Квантовые вычисления - область, которая когда-то казалась научной фантастикой, — сегодня становятся реальностью. Эта технология, использующая необычные принципы квантовой механики, способна радикально изменить способы обработки информации и решения задач. На этом фоне компания Google, один из крупнейших игроков в этом секторе, недавно сделала заявление, которое привлекло внимание всего мира. Квантовый компьютер под названием Sycamore за несколько секунд выполнил вычисления, на которые обычному компьютеру потребовалось бы 47 лет. Этот прорыв, если он будет подтвержден, станет серьезным шагом в развитии квантовых вычислений. Он открывает путь к инновационным приложениям в различных областях - от научных исследований до компьютерной безопасности - и одновременно ставит новые задачи и вопросы. Исследование доступно на платформе arXiv.
Квантовый компьютер Google: необычная машина Квантовый компьютер Google под названием Sycamore - это машина, которая, как и ее конкуренты, раздвигает границы того, что мы считали возможным в области вычислений. Ключ к такой производительности лежит в принципе квантовой суперпозиции. Проще говоря, это означает, что квантовый бит, или кубит, может одновременно принимать значения 0 и 1. Это принципиальное отличие от обычных компьютеров, где бит в определенный момент может принимать значение 0 или 1. Это означает, что квантовый компьютер может одновременно обрабатывать множество возможностей, что позволяет ему выполнять вычисления с беспрецедентной скоростью. Однако важно отметить, что квантовая суперпозиция - очень хрупкое состояние. Кубиты чрезвычайно чувствительны к окружающей среде и могут быть легко нарушены, что может привести к ошибкам в расчетах. Это одна из многих проблем, которую предстоит решить исследователям, чтобы сделать квантовые компьютеры практичными для повседневного использования. Революция в научных исследованиях Потенциальное влияние этого прорыва огромно.
Для научных исследований квантовые компьютеры позволят моделировать сложные системы, такие как молекулярные взаимодействия, с беспрецедентной точностью. Это может открыть путь к крупным открытиям в таких областях, как химия, биология и физика. Последствия такого развития событий выходят далеко за рамки простого ускорения вычислений. Оно может изменить сам подход к научным исследованиям, позволив нам моделировать и понимать системы такой сложности, которая ранее была нам недоступна. В сочетании с искусственным интеллектом масштабы этой технологии просто поражают воображение. Так, недавно искусственный интеллект открыл самую мощную на сегодняшний день молекулу против старения.
Последствия для компьютерной безопасности Хотя прорыв Google, безусловно, впечатляет, он не лишен последствий. Одно из наиболее значимых последствий касается компьютерной безопасности. Вычислительная мощность квантовых компьютеров может сделать многие существующие системы шифрования неактуальными. Современные системы шифрования основаны на сложных математических вычислениях. Шифрование RSA, широко используемое для защиты транзакций в Интернете, основано на сложности разложения больших чисел на простые множители. Для обычного компьютера эта задача чрезвычайно сложна и занимает значительное время, что делает шифрование безопасным. Однако с помощью квантового компьютера, подобного Sycamore, эти вычисления могут быть выполнены гораздо быстрее. Фактически, современные системы шифрования могут быть расшифрованы за гораздо меньшее время. Это серьезный вызов для ИТ-безопасности. Поэтому исследователям и технологическим компаниям предстоит найти новые методы шифрования, способные противостоять мощности квантовых компьютеров. Для этого могут быть разработаны новые алгоритмы шифрования или использованы принципы квантовой механики для создания так называемого "квантового шифрования". Однако, для того чтобы сделать квантовые компьютеры доступными, предстоит проделать еще очень большую работу. Основные технические проблемы, такие как коррекция ошибок и стабильность кубитов, еще предстоит преодолеть. Кроме того, еще предстоит выяснить, каким образом эта технология может быть эффективно интегрирована в существующие компьютерные системы. Несмотря на эти трудности, заявление Google является важной вехой в развитии этой технологии.