12 ноября в истории медицины отмечено несколькими значимыми событиями, повлиявшими на развитие здравоохранения.

В 1847 году венгерский врач Игнац Земмельвейс ввёл обязательное правило для врачей и студентов Венской общей больницы — мыть руки хлорным раствором перед осмотром рожениц. Это решение было продиктовано тревожной статистикой: уровень послеродовой лихорадки (сепсиса) в отделении, где работали врачи‑акушеры, достигал 25–30 %, тогда как в отделении, обслуживаемом акушерками, он составлял лишь 2–3 %. Земмельвейс предположил, что инфекция передаётся через руки медиков, которые до этого проводили вскрытия в анатомическом театре. Введение антисептической обработки снизило смертность от послеродового сепсиса до 1–2 %, что стало одним из первых доказательств роли микроорганизмов в развитии инфекций. Хотя современники не сразу приняли его идеи, работа Земмельвейса заложила основы современной антисептики.

В 1928 году, хотя официальное объявление об открытии пенициллина Александром Флемингом датируется 30 сентября, именно в ноябре учёный начал систематизировать наблюдения и готовить первые публикации. 12 ноября можно считать условной точкой, когда исследования вышли на этап активного документирования. Флеминг обнаружил, что плесень Penicillium notatum выделяет вещество, подавляющее рост бактерий Staphylococcus. Это открытие положило начало эре антибиотиков и радикально изменило подходы к лечению бактериальных инфекций.

12 ноября 1954 года в Бостонской больнице Питера Бента Бригама (США) хирург Джозеф Мюррей провёл первую успешную аллогенную трансплантацию почки между однояйцевыми близнецами. Операция стала прорывом в трансплантологии, доказав возможность преодоления иммунологического барьера при родственной трансплантации, долгосрочной выживаемости трансплантата без массивной иммуносупрессии и восстановления функции почек у пациента с терминальной стадией хронической болезни почек (ХБП). Мюррей был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1990 году за вклад в развитие трансплантологии.

В последние десятилетия 12 ноября нередко становится датой публикации клинических исследований в ведущих медицинских журналах (The Lancet, New England Journal of Medicine), проведения международных симпозиумов по актуальным проблемам здравоохранения (онкология, кардиология, нейрохирургия), а также регистрации новых лекарственных препаратов или медицинских устройств после завершения фаз клинических испытаний.

Эти вехи демонстрируют эволюцию медицины от эмпирических наблюдений к научно обоснованным методам: антисептика (Земмельвейс) ознаменовала переход от интуитивных мер к доказательной профилактике инфекций; открытие антибиотиков (Флеминг) произвело революцию в терапии инфекционных заболеваний; развитие трансплантологии (Мюррей) стало прорывом в хирургических технологиях и иммунологии. Каждый из этих шагов не только спас миллионы жизней, но и сформировал современные стандарты медицинской практики, основанные на принципах доказательной медицины, биоэтики и междисциплинарного подхода.

Добывающие отрасли сегодня сталкиваются с необходимостью оптимизации расходов и снижения экологической нагрузки. Это связано с тем, что условия разработки месторождений ухудшаются, а тарифы на электроэнергию, основную часть расходов предприятий, увеличиваются. Кроме того, инвесторы все чаще вкладываются в «зеленые» проекты, ужесточаются экологические требования, а также усиливается спрос на ответственный подход к природопользованию. Поэтому оптимизация процессов добычи полезных ископаемых стала для компаний не просто способом повысить эффективность работы, а необходимым условием для развития в современных реалиях.

Одним из самых энергозатратных процессов является разрушение горных пород, на которое может приходиться до 50% всего энергопотребления предприятия. В калийной промышленности России эта проблема стоит особенно остро. Технологические процессы в этой отрасли характеризуются высокими энергетическими затратами из-за производственной сложности.

Основной причиной низкой эффективности добычи считается неоптимальная конструкция резцов — сменных металлических «зубьев», которые являются главным рабочим инструментом комбайнов. Именно они «вгрызаются» в пласт породы и откалывают от него руду. И от того, насколько удачно сделана их форма, зависит, сколько энергии потребляет комбайн, как производительно он работает и сколько полезного ископаемого может добыть.

Современная калийная промышленность часто использует неповоротные типы резцов, которые имеют серьезные недостатки, ограничивающие эффективность добычи. К примеру, модели РС-14 из-за своей не рациональной формы разрушают руду с высокими удельными затратами энергии и значительным количеством мелких классов в руде. Это не только увеличивает нагрузку на оборудование, но и вынуждает чаще останавливать технику для замены изношенных деталей, что влияет на себестоимость добычи.

Ученые Пермского Политеха разработали и испытали новую конструкцию резцов для горнодобывающих комбайнов. Исследователи доказали, что оптимизированная конструкция инструмента позволяет снизить удельное энергопотребление на добычу калийных руд на 15-30% и значительно увеличить срок службы оборудования.

Чтобы разработать новую модель резцов РС-55, эксперты создали чертеж инструмента и изготовили реальный образец. Он был сконструирован с выпуклыми режущими поверхностями. Это необходимо для того, чтобы, когда одна сторона затупляется, резец можно просто перевернуть в держателе, и в работу вступит не затупленная часть.

Для всесторонней проверки эффективности перспективного образца был использован разработанный учеными в рамках исследования лабораторный стенд – физическая модель процесса резания, которая позволяет имитировать работу промышленного оборудования. Эксперты оснастили его высокоточными датчиками, которые фиксировали малейшие изменения силы резания с частотой 1000 измерений в секунду.

В качестве тестируемого материала ученые выбрали строительные гипсовые плиты, поскольку они более доступны, чем калийная руда, но имеют аналогичный характер разрушения. Это позволило значительно удешевить и ускорить процесс испытаний, сохранив при этом достоверность результатов.

— Для исследования готового инструмента в держатель лабораторного стенда вставляли изготовленный резец. Далее перед ним надежно закрепляли блок гипса, выполнявший роль более доступного заменителя калийной руды. Стенд с огромной силой толкал резец, а в этот момент установленные датчики в реальном времени измеряли, какое усилие требуется, чтобы прорезать материал. Эти данные и позволили нам объективно оценить эффективность конструкции, — отметил Дмитрий Шишлянников, доктор технических наук, профессор кафедры «Горная электромеханика» ПНИПУ.

После создания нового резца ученые начали испытания и проверяли инструмент в разных режимах работы. В процессе они меняли два основных параметра: толщину стружки (насколько глубоко резец внедряется в породу за один проход) и шаг резания (расстояние между соседними резами). Главной задачей было найти рациональное сочетание показателей, при котором сила резания на инструменте и удельные затраты энергии на разрушение породы будут минимальными.

— Мы проводили испытания по двум широко используемым на практике схемам резания. Первая — последовательная, когда инструмент каждый раз проходит по одному и тому же следу. Вторая — шахматная. Это более совершенная схема, при которой каждый новый рез делается между двумя предыдущими. Это позволяет эффективнее отделять породу, так как инструмент разрушает материал по наведенным трещинам, — дополнил Дмитрий Шишлянников.

В ходе каждого эксперимента фиксировались не только параметр усилия резания, но и собирались все продукты разрушения для последующего взвешивания. На основе этих данных ученые рассчитали, сколько энергии тратится на один кубометр породы.

В результате, резец РС-55 продемонстрировал снижение среднего усилия при работе и энергозатрат на 15-30% по сравнению с традиционными типами резцов. Такой разброс в проценте указывает на то, что максимальный эффект достигается при определенных режимах, но положительный результат наблюдается всегда.

Внедрение резцов РС-55 позволит горнодобывающим предприятиям существенно снизить операционные расходы за счет экономии электроэнергии и сокращения затрат на приобретение режущего инструмента. Уменьшение нагрузок на комбайны также повысит их общую надежность и сократит время простоев промышленного оборудования.

Как разработать материал с противоречащими свойствами? Ключ к решению таких сложных задач кроется во внутренней архитектуре материала — его микроструктуре. Однако проектирование оптимальной трёхмерной структуры вручную сталкивается с фундаментальной сложностью: количество возможных комбинаций и взаимосвязей между элементами настолько велико, что их анализ традиционными методами становится крайне трудоёмким и длительным процессом.

Современные подходы к решению этой проблемы основаны на компьютерном моделировании, но и они имеют существенные ограничения. Наиболее распространенный метод — топологическая оптимизация — работает по принципу "разумного упрощения". Компьютер анализирует виртуальную модель детали, которая изначально представляет собой сплошной массив материала, и вычисляет, в каких областях напряжение минимально. Эти "спокойные" зоны считаются избыточными — подобно тому, как архитектор может убрать лишние перегородки в здании, не снижая его прочности. Система постепенно удаляет такой материал, оставляя только те элементы, которые действительно необходимы для сопротивления нагрузкам.

Такой подход позволяет получить надежную конструкцию, но требует огромных вычислительных мощностей и времени для каждого нового случая. Более современные методы используют базы данных известных материалов и алгоритмы машинного обучения, которые ищут закономерности в уже существующих структурах. Однако такие системы могут предлагать лишь вариации известных решений, не создавая принципиально новых материалов с уникальными свойствами.

Большинство методов работают с двумерными моделями или требуют огромных вычислительных мощностей. Кроме того, они часто генерируют структуры с нарушенной целостностью — например, с "висящими" элементами, которые невозможно воспроизвести в реальности.

Перспективным направлением в решении этих проблем являются генеративно-состязательные сети (GAN) — это особая архитектура искусственного интеллекта, где две нейросети работают вместе, словно дизайнер и критик. Одна нейросеть (генератор) предлагает новые варианты структур, а вторая (дискриминатор) оценивает, насколько они реалистичны. В результате такой совместной работы система учится создавать все более совершенные структуры.

Ученые Пермского Политеха усовершенствовали ЭТОТ метод, создав первую в мире трехмерную версию известной архитектуры StyleGAN2. Если раньше подобные системы работали в основном с плоскими изображениями, то теперь алгоритм научился генерировать сложные объемные структуры. Их ключевое достижение — создание не просто случайных вариаций, а целого "пространства дизайна", где можно плавно менять параметры и получать работоспособные структуры.

Ученые провели первичное обучение нейросети на обширной библиотеке из 5000 моделей пористых материалов – одних из самых сложных в проектировании. В процессе система проанализировала и усвоила фундаментальные принципы их построения — распределение твердых и пустотных областей, варианты соединения внутренних элементов и типичные особенности. Этот этап позволил искусственному интеллекту сформировать базовое понимание внутренней архитектуры образцов.

Для нахождения наилучших решений применяется генетический алгоритм, работающий по принципу естественного отбора. Он последовательно анализирует варианты строений материалов, оценивая их по целевым параметрам — прочности и плотности.

— На этом этапе формируется набор структур, в которых невозможно одновременно улучшить оба показателя: если мы пытаемся увеличить прочность, неизбежно возрастает плотность, и наоборот. Такие результаты считаются предпочтительными, поскольку они предлагают наилучшие возможные компромиссы между противоречивыми требованиями, — рассказывает Михаил Ташкинов, кандидат физико-математических наук, заведующий научно-исследовательской лабораторией «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ.

— Наша нейросеть не просто копирует или смешивает известные образцы, а действительно изобретает. Но главное — она делает это не хаотично. Все созданные варианты система автоматически раскладывает как бы «по полочкам» — в упорядоченное цифровое пространство, где похожие структуры находятся рядом. Это позволяет легко находить и сравнивать разные решения, что раньше было практически невозможным, — рассказывает Евгений Кононов, инженер-исследователь.

Представьте, что вы покупаете машину: нельзя одновременно получить максимальную скорость и минимальный расход топлива. Алгоритм ученых ПНИПУ находит все такие "предельные" варианты. Например, он показывает: "вот самая прочная структура для заданной легкости, а вот самая легкая для заданной прочности". Дальше этого предела улучшить уже ничего нельзя.

Результаты исследования показали высокую эффективность метода. Разработанная система смогла создать трёхмерные микроструктуры, которые превзошли по характеристикам материалы из обучающей базы данных. При одинаковой плотности новые конструкции демонстрируют увеличение жесткости на 15-20% по сравнению с существующими аналогами.

Полученные результаты открывают новые возможности для создания современных пористых структур, которые могут применять в высокотехнологичных отраслях промышленности.

Ученые из Испании создали искусственные белки, которые могут накапливать и передавать электричество. Это не просто биология — это шаг к новому поколению безопасных источников энергии и медицинских имплантатов, полностью совместимых с организмом человека.

Испанские белки построены как LEGO-конструктор: из повторяющихся «кирпичиков», которые можно перестраивать под разные задачи. Ученые изменили его ДНК, чтобы внутри него могли двигаться ионы носители электрического заряда. В итоге получился живой проводник, который способен быстро накапливать и отдавать энергию, как мини-батарейка.

Такие материалы безопасны для организма и могут использоваться в кардиостимуляторах, нейроинтерфейсах и даже сенсорах уровня глюкозы.

Больше интересной информации про источники энергии и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм