Южно-Уральский государственный университет - Наука

В ЮУрГУ пройдут Дни науки Челябинской области

Качко Сергей — Mon, 09 Nov 2026 18:30:00 +0000

10–11 ноября 2026 года в Челябинске состоятся традиционные Дни науки, организуемые при поддержке Министерства образования и науки Челябинской области. Площадкой выступит Центр «Школа 21» Южно-Уральского государственного университета. Форум станет пространством для диалога экспертов по вопросам внедрения искусственного интеллекта (ИИ) в научную и исследовательскую деятельность. Торжественное открытие и пленарное заседание «Наука будущего: искусственный интеллект как инструмент исследовательского прорыва» пройдут 10 ноября в конференц-зале «Школы 21». Для всех желающих будет организована онлайн-трансляция пленарного заседания и ключевых дискуссий, что позволит следить за событиями дистанционно. Подключиться к трансляции открытия и пленарного заседания можно по ссылке. Во второй половине дня 10 ноября работа продолжится в формате дискуссий и мастер-классов. На центральной площадке состоится обсуждение «Лучшие практики привлечения молодых ученых к задачам внедрения технологий ИИ в индустрию и создания кадрового потенциала для промышленности региона». Основными темами мастер-классов станут: создание ИИ-агентов на платформе GigaCowork; трансформация методов научного поиска и генерации знаний под влиянием ИИ; особенности применения технологий ИИ в корпоративных медиакоммуникациях вуза; правовые и этические аспекты использования нейросетей в социальных и гуманитарных исследованиях; возможности совместных разработок МГТУ и АО НПО «Андроидная техника», основанных на использовании ИИ; работа с открытыми данными при подготовке исследовательского отчёта. Завершат первый день Science Slam «ИИ меняет индустрию» и экскурсия в Центр развития промышленной робототехники. Программа второго дня, 11 ноября, будет посвящена развитию научного потенциала и поддержке молодых исследователей. Запланирована отчётная конференция о стратегиях развития региональных молодёжных лабораторий с участием министра образования и науки Челябинской области Виталия Литке и руководителей вузов. Завершит программу открытый диалог министра с молодыми учёными. Форум призван содействовать внедрению технологий ИИ в исследовательскую практику, обсуждению подготовки высококвалифицированных кадров и укреплению сотрудничества между наукой, образованием и промышленными предприятиями региона. Ознакомиться с полной программой мероприятия и зарегистрироваться на мастер-классы можно по ссылке. Больше новостей на канале ЮУрГУ в МАКС

Ученые ЮУрГУ предложили самовосстанавливающийся бетон для тоннелей

Качко Сергей — Mon, 09 Nov 2026 17:00:00 +0000

Ученые Южно-Уральского госуниверситета совместно с коллегами из Чжэцзянского университета разработали новый способ ремонта микротрещин в бетоне. Вместо химических смол или цементных растворов они применили бактериальную эмульсию с добавлением альгината натрия – вещества из морских водорослей. Состав закупоривает трещины и выдерживает давление воды до 2 бар (что эквивалентно двадцатиметровому водяному столбу). Результаты опубликованы в международном журнале Construction and Building Materials. Бетонные тоннели со временем покрываются трещинами. Через них просачивается вода, что приводит к коррозии арматуры, просадкам грунта и даже обрушению конструкций. Традиционные способы ремонта становятся либо неэффективны для узких трещин (цементные растворы), либо плохо работают во влажной среде и токсичны для экологии (химические смолы). Ученые Архитектурно-строительного института ЮУрГУ предложили уникальную альтернативу – бактериальную эмульсию. Подселенная в состав бетона бактерия Sporosarcina pasteurii (в народе – «невидимый строитель»), выделяя уреазу, обладает способностью осаждать кальцит и затвердевать песок при наличии источника кальция и мочевины. Так в трещине образуются кристаллы кальцита, которые заполняют пустоты и перекрывают путь влаге. Но есть проблема – бактерии легко вымываются потоком воды, а их кристаллы получаются рыхлыми и быстро разрушаются под давлением. Чтобы нивелировать это, авторы работы добавили в бактериальную эмульсию альгинат натрия – вещество, получаемое из бурых водорослей. Оно повышает вязкость смеси, не дает бактериям и частицам карбоната кальция вымываться, а при реакции с ионами кальция образует гель – дополнительный заполнитель трещин. «Впервые в России мы объединили в одной эмульсии три компонента: бактерии, уже готовые кристаллы карбоната кальция и альгинат натрия, – пояснила профессор кафедры строительных материалов и изделий ЮУрГУ Тамара Черных. – Альгинат сразу формирует гель, который удерживает активные компоненты на месте, а бактерии постепенно наращивают новые кристаллы. Получается двухступенчатая система: быстрая герметизация плюс долговременное упрочнение. Это позволяет ремонтировать трещины даже под давлением воды». В лабораторных экспериментах исследователи сравнивали три типа составов: бактерии + альгинат, частицы карбоната + альгинат и полная эмульсия (бактерии + частицы + альгинат). Полная эмульсия снизила проницаемость бетона в 4-6 раз эффективнее, чем два других состава. Увеличение концентрации альгината и объема инъекции позволило снизить проницаемость еще два порядка. При испытаниях под высоким давлением (до 2 бар) ремонтный слой на основе полной эмульсии повреждался примерно на 20% меньше, чем у составов без бактерий или без частиц карбоната. Для высококонцентрированной эмульсии (с двойным содержанием бактерий и карбоната) повреждения составили всего от 0 до 40% от первоначального ремонтного эффекта. Электронная микроскопия показала, что в полной эмульсии гель альгината образует сетчатую структуру, которая «сшивает» кристаллы карбоната кальция между собой. Это повышает целостность и устойчивость ремонтного слоя к гидравлической эрозии. Повышение концентрации компонентов в смеси делает структуру материала еще более плотной. Разработка может быть применена для ремонта трещин в тоннелях, подземных парковках, гидротехнических сооружениях. В перспективе технология позволит продлить срок службы бетонных конструкций и снизить затраты на их обслуживание. Исследование выполнено при поддержке Национального фонда естественных наук Китая. Больше новостей в канале ЮУрГУ в МАКС

Author:

Екатерина Больных

Лингвисты ЮУрГУ научат ИИ понимать, что скрыто между строк

Качко Сергей — Fri, 06 Nov 2026 16:00:00 +0000

Коллектив ученых Южно-Уральского государственного университета впервые получил грант Российского научного фонда на разработку подхода к автоматическому извлечению из текстов оценочных мнений, которые выражены неявно – через описание фактов. Руководитель проекта – кандидат филологических наук, заведующая кафедрой лингвистики и перевода Ольга Бабина рассказала, в чем суть исследования, какой задел уже есть у коллектива и почему нейросетей недостаточно. – Считаете вы себя опытными или новичками в получении грантов РФ? Есть ли у коллектива задел по выбранной теме или вы «с нуля» вторгаетесь в эту область? – Грант РНФ наш коллектив выиграл впервые, однако назвать нас полными новичками в этой сфере было бы неверно. Ранее члены коллектива участвовали в реализации грантовых проектов под руководством ученых ЮУрГУ. Также неоднократно подавались заявки по смежным тематикам в области автоматической обработкой естественного языка. При подготовке заявки мы учли полученные ранее рекомендации экспертов, выбрали направление исследований, в котором фундаментальная составляющая неотделима от прикладного аспекта, расширили команду, включив в нее студентов-магистрантов, имеющих подготовку в области прикладной лингвистики, что позволило заявке по теме «Разработка подхода к автоматическому извлечению из текстов оценочных мнений, выраженных имплицитно через описание фактологической информации» получить поддержку РНФ. Для разработки темы у коллектива имеется исследовательский и практический задел. На протяжении почти пятнадцати последних лет в рамках НОЦ «Лингво-инновационные технологии» ЮУрГУ под руководством Светланы Олеговны Шереметьевой проводились исследования по созданию сервисов текстовой аналитики и систем автоматизированного перевода. За это время была накоплена довольно большая методологическая база для проведения исследовательских работ в области компьютерной лингвистики, создан ряд программных инструментов конечного пользователя – системы машинного перевода, реферирования, тренажер академического письма. Кроме того, в ходе деятельности НОЦ созданы инструменты лингвиста-разработчика – экстрактор лексики, редактор лексиконов, платформа по разметке текстов, позволяющие автоматизировать обработку текстовых единиц. В состав коллектива входят сотрудники бывшего НОЦ, и созданные в нем разработки станут существенной поддержкой при проведении текущего исследования. В фокусе нашего исследования находится автоматическое распознавание оценочных смыслов в тексте. Участники коллектива уже ранее вели работу в этом направлении. Был создан сервис Linguametrics, позволяющий извлекать оценочные мнения с опорой на эксплицитно (явно, открыто) выраженные оценки, данные в отношении частной системы здравоохранения. Поэтому предметная область, коммуникативно-речевая практика в этой сфере, лингвистическая специфика этого дискурса и связанные с этим сложности автоматической обработкой языка уже довольно хорошо нам знакомы. Именно в процессе анализа языкового материала мы обнаружили новое направление, связанное с моделированием процесса понимания имплицитных оценочных смыслов, которые транслирует высказывание на естественном языке. Как получается, что единицы языка, не содержащие в своем значении оценки, при совместном использовании в речи вдруг начинают выражать отрицательное или положительное отношение к объекту? Какие когнитивные процессы обусловливают извлечение смыслов, не выраженных явно на уровне отдельных слов? Эти вопросы побудили нас обратиться к данной тематике и поставить амбициозную задачу – «научить» машину безошибочно идентифицировать скрытую в тексте информацию. В данной работе мы стремимся исследовать мыслительные механизмы, которые позволяют понимать смысл, изначально не заложенный в значениях языковых единиц, но проявляющийся в речи. Для решения этой задачи мы планируем использовать инструментально-методологическую базу компьютерной лингвистики и искусственного интеллекта, позволяющую моделировать осознаваемые и неосознаваемые когнитивные процессы при обработке языка. – Какую пользу принесет грант вашему научному коллективу? Поездки на конференции, коллаборации с другими вузами, приобретение лабораторного оборудования? – Грант дает ресурсную и организационную поддержку, необходимую для планомерной и сосредоточенной работы над научной темой. Прежде всего, грант создает условия для адресной поддержки молодых ученых, работающих в составе нашего коллектива. Для магистрантов это возможность увидеть перспективу профессионального роста в науке, почувствовать личную причастность к решению интересной научной задачи. Работа в рамках грантовой деятельности позволяет осуществить организационное управление научной работой как производственным процессом, с распределением функций и обязанностей участников, при этом дает возможность молодым ученым заинтересоваться исследовательской работой и на конкретной задаче увидеть, как фундаментальное знание работает на решение прикладных задач. Грант, безусловно, создает условия для академической мобильности и научного обмена: в план работы по нашему гранту включены участия в профильных конференциях и семинарах, представление результатов широкому профессиональному сообществу, обсуждение промежуточных итогов с коллегами из других вузов и научных организаций. Мы рассчитываем на развитие коллабораций в формате обмена идеями и методиками с научными коллективами, занимающимися вопросами компьютерной лингвистики, когнитивными исследованиями и разработкой моделей интеллектуальной обработки текста. Мы полагаем, что грант не только дает возможность сконцентрировать усилия на теме и получить качественный результат в рамках текущего проекта, но и позволяет создать долгосрочный задел для коллектива, укрепив исследовательскую инфраструктуру, расширив партнерские связи и создав основу для последующих заявок и научных разработок. – Расскажите о сути исследовательского проекта, поддержанного грантом. Расскажите о прикладных аспектах, чем тема может быть полезна науке, промышленности, обществу. – Поддержанный грантом проект направлен на исследование возможности автоматического извлечения субъективного отношения говорящего к объекту речи из высказываний, в которых оценочный смысл не выражен явно. Задача извлечения оценочных мнений решается в рамках анализа тональности текста. Современные подходы к анализу тональности позволяют уверенно распознавать лексически выраженные оценки – семантика слов «хорошо», «плохо», «доволен», «не устроило» явно указывает на мнение говорящего. Однако в реальной коммуникации значительная часть мнений коммуницируется иначе. Так, высказывание «Позвонил записаться на прием, сказали, что мест нет, и положили трубку» не содержит ни одного явного маркера оценочного мнения, однако негативное отношение к вежливости и корпоративной культуре персонала учреждения в ней совершенно очевидно. Однозначное понимание в ходе коммуникации выражаемого отношения неразрывно связано со стереотипами, культурным и институциональным нормами, определяющими «правильное», с точки зрения говорящего, развитие событий в типовых условиях. Соответствие или несоответствие нормам, которые, в свою очередь, обусловлены ценностями, сложившимися в определенной культуре и обществе, обусловливает формирование оценочного мнения в отношении объекта. Именно на исследование этих механизмов и построение вычислительной модели когнитивных процессов ориентировано наше исследование. Последние достижения в области искусственного интеллекта дали новый импульс развитию обработки естественного языка. С появлением систем генеративного искусственного интеллекта все более убедительными выглядят результаты порождения текстов, обладающих высокой формальной связностью и согласованностью языковых форм, что еще недавно казалось практически недостижимым. Однако за внешней убедительностью таких результатов стоит лишь иллюзия собственно интеллектуального речевого поведения: генеративный ИИ нередко нарушает фактическую достоверность и допускает логические ошибки. В результате становится все более очевидным, что нейросетевой подход к обработке текста сам по себе, при всех его преимуществах, способности учитывать нечеткость в языке в ходе обработке значений и умении порождать грамматически корректные высказывания, демонстрирует интеллектуальность лишь на весьма ограниченном уровне, поэтому вряд ли пригоден для применения в чистом виде в областях, где велика цена ошибки. Мы исходим из положения о том, что использование средств автоматизации обработки текста в общественно-гуманитарной сфере возможно в случае, когда модель обладает свойством экспланаторности и верифицируемости, может обосновать принятое решение, объяснять логику своих рассуждений, корректность которых способен проверить человек. Поэтому перспективным представляется объединение обработки текста нейросетями на субконцептуальном уровне, который позволяет учитывать нечеткость языкового выражения смыслов, и обработки средствами символьного ИИ на концептуальном уровне, который позволяет моделировать оперирование осознаваемыми концептуальными категориями. Возможность интеграции методов нейросетевого и символьного ИИ для решения задачи понимания высказывания и исследуется в рамках данного проекта. Существенной особенностью разрабатываемого комплексного подхода к извлечению смысла языковых единиц должна стать его когнитивная прозрачность: наша вычислительная модель не ограничится вынесением готового вердикта об отношении субъекта к объекту, а сможет показывать логику рассуждения, которое приводит к воссозданию структуры выражаемого в языке оценочного мнения. Отдельный фокус внимания в проекте составляет кросс-культурное сопоставление способов выражения оценки в русском и английском языках, выявление и сравнение аксиологических категорий в разноязычных лингвокультурах, определение нормативных значений по различных оценочным шкалам для представителей этих лингвокультур, формализация и онтологическое моделирование различающихся языковых картин мира в базе знаний разрабатываемой модели и машинное понимание смысла высказываний на разных языках с учетом лингвокультурных различий. Итогом работы станет методология извлечения имплицитных оценок, лингвистические базы знаний, размеченные корпусы текстов и прототип интерактивного сервиса, извлекающего имплицитные оценочные смыслы из текстов на различных языках. Значимость проекта обусловлена возможностью повышения семантической силы систем анализа тональности за счет их способности к достоверному извлечению оценок, выводимых из описания фактов. При этом значимость темы выходит за рамки собственно анализа тональности. Для науки проект важен тем, что расширяет представления о механизмах косвенной передачи смысла, также предлагает методологию достоверной автоматической идентификации имплицитной информации в тексте. Такая методология имеет прикладное значение при использовании в системах автоматизированного мониторинга обратной связи клиентов, так как позволяет принимать информированные управленческие решения на основе оперативно получаемой картины мнений клиентов с возможностью отслеживать ситуацию в режиме реального времени, что должно способствовать снижению репутационных рисков. Применение методологии возможно при проведении исследований общественного мнения в социально значимых сферах. Разрабатываемая методология может быть расширена на различные типы дискурса – медийно-политический, предвыборный, экстремистский, террористический и другие, которые могут представлять интерес для задач лингвистической экспертизы. Разработка темы вносит вклад в компьютерную и когнитивную лингвистику, лингвокультурологию, лингвоаксиологию, а также в развитие объяснимого ИИ. Результаты проекта направлены на создание отечественных импортонезависимых лингвистических ресурсов и программных решений, что напрямую работает на технологический суверенитет страны в области искусственного интеллекта. Результаты проекта мы планируем внедрять в образовательный процесс ЮУрГУ, укрепляя подготовку специалистов по прикладной лингвистике и анализу текстовых данных. – Расскажите, как устроен ваш (пусть даже небольшой) научный коллектив. Как распределяется работа по гранту? (Например, кто-то с пробирками, кто-то моделирует на компьютере, кто-то пишет отчёты), сколько статей и где вы планируете опубликовать по итогам? – Наш коллектив небольшой – в проекте заняты четыре исследователя. При этом у участников уже есть опыт совместной работы, совместные публикации и РИД. Работа распределена по зонам ответственности с учетом компетенций каждого. Проекта начинается с определения исследовательского подхода к моделированию понимания языковых высказываний через интеграцию нейросетевой обработки текста с лингвистически мотивированным представлением знаний о предметной области. Определением методологической рамки исследовательской работы, построением лингво-когнитивной модели оценки и модели механизмов когнитивной обработки языка, разработкой подхода к организации декларативного и процедурного знания модели, направленной на извлечение оценочного смысла высказывания с учетом структуры оценки, а также общей координацией работ занимается руководитель проекта. Исследование выполняется в рамках языкознания, поэтому ключевым этапом моделирования является лингвистический анализ текста. Управляет процессом анализа языкового материала кандидат филологических наук, доцент Евгения Дамман, специалист в области фундаментальной лингвистики, лингвокультурологии и межкультурной коммуникации. Ей предстоит трудоемкая работа по выявлению языковых средств репрезентации в текстах имплицитных оценок и реализация кросс-культурного вектора исследования – выявление универсалий и различий в способах выражения мнений в русскоязычном и англоязычном материале. Чтобы вся эта работа обрела форму, информацию о лингвистических особенностях текстов необходимо формализовать – и здесь весьма ценным является опыт магистранта ИЛиМК Алексея Петрова, который уже выполнял работы по онтологическому моделированию на других предметных областях. В его зону ответственности входит определение фреймов оценочных событий, представление знаний на языке онтологического моделирования, ключевая роль в подготовке лексического компонента базы знаний, интегрируемого с онтологией. Реализация экспериментов с нейросетевой идентификацией и классификацией компонентов высказывания и разработкой программного интерфейса, интегрирующего все компоненты базы знаний и алгоритмы обработки текста, который позволит протестировать предлагаемую методологию на реальных текстах, реализует программист Андрей Полев. Кроме того, Андрей осуществляет поддержку, связанную с автоматизацией различных исследовательских этапов работы лингвистов проекта. Результаты работы планируется представить на профильных международных и всероссийских конференциях, а также в виде статей в журналах, входящих в перечни рекомендуемых ВАК и индексируемых в международных базах научного цитирования. Конкретные площадки для представления результатов работы будут определяться по мере получения научных результатов с учетом тематического профиля изданий. – Расскажите о своем пути в науку. Как вы выбрали именно эту специальность? Как было принято решение поступать в аспирантуру, докторантуру, какую роль сыграл научный руководитель? Что вас больше всего увлекает в вашей исследовательской работе? – Один из заметных векторов развития современной науки – междисциплинарность, поиск точек соприкосновения между традиционно существовавшими изолированно областями знания. Мой собственный интерес к интеграции знаний из, казалось бы, далеких друг от друга сфер возник еще в студенчестве и предвосхитил эту тенденцию. Обучаясь в университете на специальности «Информатика и английский язык», я задавалась вопросом, есть ли возможность в моей будущей профессиональной деятельности как-то объединить эти столь различные направления и совершенствоваться в обоих, но не в ущерб один другому. И тогда мне посчастливилось познакомиться с профессором ЮУрГУ доктором филологических наук Шереметьевой Светланой Олеговной, которая на протяжении все своей научной карьеры занималась проблемами обработки естественного языка. Имея опыт работы в зарубежных лабораториях, выполняющих исследования в сфере автоматической обработки текста и искусственного интеллекта, она и меня познакомила с этой научной областью и увлекла перспективой научного творчества, результат которого вполне осязаем и воплощается в виде компьютерных приложений, выполняющих интеллектуальный анализ текстов. Плодотворная работа под руководством Светланы Олеговны сначала в рамках кандидатской диссертации, затем в рамках деятельности НОЦ «Лингво-инновационные технологии», полученные знания, которыми научный руководитель щедро делилась со мной, а также нашими коллегами и студентами, только укрепляли меня в мысли о том, насколько интересна область компьютерной обработки языка. Поэтому решение заниматься научной деятельности в сфере вычислительной лингвистики для меня было вполне естественным. Работа в НОЦ дала опыт исследовательской деятельности, который сегодня позволил пройти серьезную процедуру отбора - наша заявка выдержала экспертизу и получила поддержку РНФ. Эксперты признали, что постановка задачи и предлагаемое направление ее решения обладает фундаментальностью и новизной, и наше исследование заслуживает поддержки. Что меня больше всего увлекает в работе над этой исследовательской задачей? Пожалуй, сама возможность применения инструментов и подходов из разных областей знания. При этом в конечном счете исследовательский фокус находится в области изучения человека, его мыслительной способности и способности осуществлять коммуникацию на естественном языке. В рамках темы нам предстоит исследовать, как зарождается мысль, как языковое описание трансформируется в ментальный образ, как за выбором слова проступает культурная норма, как в ходе коммуникации возможно понимание идеи одного человека другим, и как можно воспроизвести эти процессы в вычислительной модели – поиск универсального решения, позволяющего свести воедино весь этот комплекс исследовательских задач, делает исследование по-настоящему увлекательным. Больше новостей на канале ЮУрГУ в МАКС

Author:

Екатерина Больных, Полина Москаленко

В ЮУрГУ рассказали, как охлаждать суперкомпьютеры и ядерные реакторы

Качко Сергей — Thu, 05 Nov 2026 19:00:00 +0000

Может ли достаточно сильный магнит влиять на движение жидкости? Да, есть два известных параметра. За скорость потока отмечает число Гартмана – «сила магнитного торможения». Чем оно больше, тем сильнее магнитное поле «давит» на поток, прижимая его к стенкам. Число Бринкмана отвечает за «саморазогрев» жидкости. Оно показывает, сколько тепла выделяется внутри потока из-за внутреннего трения (вязкости) и электрического сопротивления, таким образом меняется температура потока. Парадокс в том, что магнитное поле может не только нагревать жидкость, но и охлаждать. Чем число Бринкмана выше, тем больше нагревается поток. Однако сильное магнитное поле может и охлаждать жидкость, когда она почти останавливается и перестаёт греться из-за трения. Так нагревается или остывает? Для того чтобы понять это, нужно решить непростую систему уравнений. Учёные Политехнического института ЮУрГУ Евгений Соломин, Константин Осинцев и Никита Пшениснов вместе с коллегами из Москвы и Багдада создали программу на языке Python, которая позволяет оценивать соотношения этих двух важных параметров и всесторонне исследовали ситуацию для двух моделей – жидкости, бегущей по круглой трубе или по прямоугольному каналу. Оказалось, что в прямоугольном канале магнитное торможение проявляется сильнее, потому что «тормозные слои» (гартмановские) возникают у обеих стенок, и они как бы складываются. В круглой трубе профиль скорости сглаживается мягче. Зато по теплоотдаче круглая труба выигрывает — при одинаковых условиях она отводит тепла на 20–30 % больше. Поэтому для мощных теплообменников лучше выбрать круглые трубы. Если настраивать магнит и учитывать внутренний нагрев, можно найти «золотую середину» – диапазон, где эффективность теплоотдачи максимальна, а риск перегрева минимален. Для прямоугольного канала в этом случае число Гартмана должно находиться в диапазоне 8-12, а число Бринкмана – 0.05…0.3, для круглой трубы это диапазоны 10-15 и 0,1…0,4 соответственно. Когда число Бринкмана становится больше 0,5, система входит в опасную зону – внутреннее тепловыделение растёт лавинообразно, и даже сильный магнит уже не спасает; а если оно превышает 2, возможно разрушение стенок из-за перегрева. Результаты исследования учёных могут пригодиться инженерам в самых разных областях: при оптимизации охлаждающих каналов для охлаждения суперкомпьютеров и иной мощной электроники, в термоядерных реакторах, при металлургической обработке и в передовых устройствах преобразования энергии. Работа учёных опубликована в международном журнале Energies издательства MDPI, входящем во первый квартиль научной периодики по версии Scopus. Больше новостей на канале ЮУрГУ в МАКС

Author:

Остап Давыдов

Ученые ЮУрГУ адаптируют металл-воздушные батареи для применения в малогабаритном электротранспорте

Шерстобитова Юлия Андреевна — Thu, 05 Nov 2026 18:00:00 +0000

На площадке Молодежной научно-исследовательской лаборатории электромеханических, электронных и электрохимических систем ЮУрГУ стартуют исследования в рамках нового перспективного направления. Ученые лаборатории приступили к адаптации металл-воздушных (цинк-воздушных) химических источников тока для конкретных прикладных задач. В настоящее время коллектив лаборатории занимается разработкой цинк-воздушной батареи, обладающей высокой энергоемкостью, сопоставимой с емкостью литий-ионного аккумулятора, но при этом новый тип батареи отличается значительно более низкой стоимостью. Как отмечает инициатор исследования – руководитель лаборатории электромеханических, электронных и электрохимических систем Владимир Живулин, такая экономическая модель делает технологию перспективной, прежде всего, для применений, предполагающих однократное использование источника тока. «В настоящий момент мы занимаемся разработкой цинк-воздушной батареи. В силу того, что такой вид батарей имеет высокую энергоемкость, которая сопоставима с емкостью литий-ионного аккумулятора, но при этом в разы дешевле, она может быть выгодна для определенных применений – там, где планируется ее использование только один раз», – отмечает Владимир Евгеньевич. Переход к цинк-воздушной системе не приведет к принципиальной смене научной парадигмы лаборатории: коллектив не отказывается от цинк-ионного направления, а расширяет зону своих компетенций в создании химических источников тока. «В настоящий момент мы не переходим от одной технологии к другой. Мы расширяем зону наших компетенций в создании химических источников тока. Металл-воздушные батареи – это не наше изобретение, они известны уже давно. В настоящий момент мы пытаемся адаптировать такой вид батареи для конкретного применения», – подчеркивает Владимир Живулин. Исследователи разделяют два класса устройств. Металл-воздушные батареи как химические источники тока первого рода не подлежат перезарядке привычным способом – путем подключения к внешнему источнику тока; их перезарядка может осуществляться заменой безвозвратно расходуемого катода. Такой тип, по оценке коллектива, представляет интерес для промышленного электротранспорта. Электрически перезаряжаемые металл-воздушные аккумуляторы (secondary Zn-air) в настоящее время являются предметом актуальных научных исследований в мировой повестке. В ЮУрГУ их планируют разрабатывать в ближайшем будущем. Определенная материаловедческая преемственность в исследованиях лаборатории сохраняется. Основным технологическим барьером для коллектива остается изготовление газодиффузионного катода. Согласно данным научной литературы, эффективными катализаторами для работы такого катода могут выступать оксиды марганца и кобальта, сложные смешанные оксиды, а также углерод. С этими материалами ученые лаборатории уже плодотворно работают и намерены их использовать и в новых наработках. «Цинк-воздушная и цинк-ионная системы принципиально различны, и наработки для одной не могут напрямую применяться при проектировании другой – речь идет, прежде всего, о переносе общего опыта проведения исследований подобной тематики и создания прототипов, – поясняет Владимир Живулин. Перед коллективом поставлена задача – изготовить прототип батареи емкостью 18 А·ч и напряжением 24 В при условии, что стоимость изделия будет в пять раз ниже литий-ионного аналога при сопоставимой энергоемкости. Подобные батареи применяются в малогабаритном электротранспорте; наличие элемента с такими характеристиками позволит в дальнейшем создавать последовательные и параллельные сборки для достижения требуемых значений емкости и напряжения. Цинк-воздушная батарея рассматривается как альтернатива разрабатываемому цинк-ионному аккумулятору для применения в электротранспорте – направление вписывается в существующие планы молодежной лаборатории электромеханических, электронных и электрохимических систем, конечной целью которой заявлен прототип промышленного электротранспорта к концу 2027 года. При этом исследователи изучают возможность создания гибридной системы, в которой цинк-воздушная батарея будет обеспечивать непрерывный подзаряд цинк-ионного аккумулятора, а тот, в свою очередь, – необходимую мощность. Разработка гибридных систем, по оценке коллектива, находится на переднем крае науки в сфере электротранспорта. По словам ученых лаборатории, металл-воздушными батареями и аккумуляторами в настоящее время в России практически никто не занимается, что создает для ЮУрГУ возможность занять эту нишу. «Если все наши идеи подтвердятся экспериментально, ЮУрГУ имеет шанс стать лидером в этой области. Сейчас для этого есть практически все ресурсы», – отмечает Владимир Живулин, – «в настоящее время направление находится на стадии постановки задачи и первых экспериментов; с точки зрения уровня готовности технологии работы соответствуют УГТ-3 (УГТ – уровень технологической готовности – прим. ред.). По поводу начала выпуска батарей: нам нужно сначала доказать, что идея использования такого вида источника тока верна и рассчитать экономическую выгоду. Только после этого будет ставиться вопрос о том, будет ли она производиться или нет. Может оказаться, что это невыгодно с точки зрения бизнеса», – резюмирует руководитель лаборатории. Проект реализуется в рамках Грантовой программы В.Б. Христенко «Шаг в будущее». Это программа ежегодной финансовой поддержки программы развития Университета в рамках программы «Приоритет-2030». Гранты предоставляются на проведение перспективных исследований, формирование кадрового резерва и реализацию уникальных образовательных программ (компонентов), определяющих вектор развития ЮУрГУ и Челябинской области. Больше новостей на канале ЮУрГУ в МАКС

Author:

Юлия Шерстобитова

Не просто магниты: ученые ЮУрГУ создают ферриты для высокочастотной электроники

Качко Сергей — Wed, 04 Nov 2026 19:00:00 +0000

«Не просто магниты» – именно так Дарья Шерстюк, научный сотрудник НИИ перспективных материалов ЮУрГУ, называет ферриты, с которыми работает ее команда. Сегодня мы беседуем с ученым, чья группа получила грант Российского научного фонда. О том, как устроен проект и что он даст промышленности, – в статье. – Считаете вы себя опытным или новичком в получении грантов РФ? Есть ли у вас задел по выбранной теме, или вы «с нуля» вторгаетесь в эту область? – В получении грантов РНФ я пока новичок, это моя первая выигранная заявка, хотя попыток было немало, и каждая дала мне опыт. При этом я не прихожу «с нуля»: по схожим направлениям я уже выступала исполнителем грантов, поэтому представляю логику заявки, требования к отчётности и специфику реализации. База есть, теперь я применяю её уже как руководитель проекта. – Какую пользу принесёт грант вашему научному коллективу? Поездки на конференции, коллаборации с другими вузами, приобретение лабораторного оборудования? – Запланирована закупка необходимых расходных материалов – это условие проведения экспериментов, без них выполнить работу в заявленном объёме и в сроки невозможно. Также запланированы поездки на конференции: они позволяют представить полученные результаты, получить обратную связь и обсудить работу с коллегами из других вузов, что может перерасти в совместные проекты и публикации, то есть, грант обеспечивает коллективу возможность выполнить запланированные исследования и показать их результаты научному сообществу. – Объясните, в чем суть исследовательского проекта, поддержанного грантом. Расскажите о прикладных аспектах, чем тема может быть полезна науке, промышленности, обществу. – Проект посвящён ферритам Ni-Zn-Co со структурой шпинели – магнитным материалам, которые востребованы в высокочастотной электронике: в датчиках положения, СВЧ-технике, элементах силовой электроники и других. У таких ферритов хорошая намагниченность, но недостаточно высокое удельное сопротивление, из-за чего на высоких частотах возникают заметные потери. При этом систематических знаний о том, как замещение железа на немагнитные катионы влияет на весь комплекс свойств этой системы, в литературе нет: данные фрагментарны и ограничены единичными составами. Идея проекта: двойное катионное замещение. Варьируется содержание кобальта, который управляет магнитной анизотропией, и часть железа замещается на немагнитные катионы. Такая схема позволяет разделить влияние этих факторов и установить количественные корреляции «состав - структура - свойства», а затем определить составы с наилучшим сочетанием характеристик. Новизна в том, что впервые три немагнитных катиона сравниваются напрямую в идентичных условиях синтеза и характеризации для одной и той же матрицы, а отдельно исследуется область малых концентраций, где возможны немонотонные изменения магнитных свойств из-за перераспределения катионов между подрешётками. Здесь мы закрываем конкретный пробел: по алюминию в таких ферритах есть отдельные работы, по галлию систематических исследований почти нет, а по индию в тройной системе данных практически не существует. В результате вместо разрозненных цифр появляются закономерности, позволяющие прогнозировать свойства новых материалов. Для промышленности проект ориентирован на конкретные применения, а в заявке названы потенциальные партнёры – предприятия Челябинской области, выпускающие датчики и контрольно-измерительную технику. Тема укладывается в нацпроект «Новые материалы и химия» и работает на снижение импортозависимости в радиоэлектронике: если удастся улучшить диэлектрические характеристики, это создаст задел для разработки отечественных высокочастотных изделий. – Расскажите, как устроен ваш (пусть даже небольшой) научный коллектив. Как распределяется работа по гранту (например, кто-то моделирует на компьютере, кто-то пишет отчёты)? Сколько статей и где вы планируете опубликовать по итогам? – Коллектив небольшой: три человека, включая руководителя, молодого ученого и аспиранта. Члены коллектива работают в НИИ «Перспективные материалы и технологии ресурсосбережения» университета, то есть это не сборная команда под проект, а люди, которые уже слаженно работают вместе не первый год. Все имеют опыт участия в проектах РНФ в качестве исполнителей. На руководителя возложена обязанность общего руководства проектом, контроля календарного плана и промежуточных результатов, а также подготовка отчётов и статей. По исполнителям разделена работа по синтезу и характеризации заявленных в проекте образцов. По итогам проекта планируется опубликовать не менее четырёх статей: по две в год. Часть из них в изданиях, индексируемых в Web of Science или Scopus, часть – в RSCI. – Каковы перспективы продолжения исследования по завершению гранта? – По завершении гранта у проекта есть несколько направлений продолжения. Первое – участие в более крупных конкурсах РНФ на развитие тематики: за два года будет накоплен задел, который можно представить уже в рамках более масштабного проекта. Второе – научная перспектива: проект даёт не только конкретные составы, но и методологию. Это создаст основу для дальнейших фундаментальных исследований и расширения тематики группы, в том числе с прицелом на прикладные разработки по итогам полученных результатов. Больше новостей на канале ЮУрГУ в МАКС

Author:

Светлана Бацан, Полина Москаленко

В ЮУрГУ создан новый жаропрочный сплав, устойчивый к окислению

Качко Сергей — Mon, 02 Nov 2026 19:00:00 +0000

Учёные ЮУрГУ продолжают создавать новые сплавы, имеющие высокую жаропрочность. Таков высокоэнтропийный сплав из алюминия, хрома, никеля, кобальта с небольшим добавлением платины. Сплав создан в рамках проведения исследовательских работ по гранту РНФ на тему «Жаростойкие высокоэнтропийные сплавы для использования в термобарьерных покрытиях в качестве металлического подслоя». Руководит проектом научный сотрудник кафедры материаловедения и физико-химии материалов Ольга Самойлова, над сплавом работали и учёные ЮУрГУ Евгений Трофимов, Наталья Шабурова, Мариапан Анандкумар, а также Светлана Працкова и Полина Плотникова. Высокоэнтропийными сплавами называют «коктейли» из пяти или более металлов, каждый из которых привносит в новый материал собственные уникальные свойства. В ходе эксперимента сплавы состава Al₀,₅CoCr₀,₅NiPt₀,₁ и AlCoCr₀,₅NiPt₀,₁ выплавились в вакуумной печи при 1670–1730 °C из чистых компонентов. Затем образцы выдерживали 100 часов при температуре 1100 °C на воздухе, каждые 10 часов взвешивая с точностью до 0,00001 грамма. Методами сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа и энергодисперсионной спектроскопии исследовали структуру и состав оксидных плёнок, формирующихся на поверхности металлических образцов при нагреве. Сплав с меньшим содержанием алюминия показал привес массы 0.965 мг/см2, а второй 0.675 мг/см2. «Чем меньше привес – тем менее сплав подвержен окислению. В окислительной атмосфере печи – при доступе кислорода – на нём образуется оксидная плёнка. Привес образцу даёт именно она. Этот процесс будет продолжаться всё время, пока изделие эксплуатируется при высоких температурах — например, в работающем газотурбинном двигателе», – рассказала Наталья Шабурова. Впрочем, у второго сплава даже оксидная плёнка – окалина оказалась «эксклюзивной». Плотная, из чистого корунда (оксида алюминия) она имела толщину всего 3-5 мкм. Согласно полученным данным большую роль в торможении процесса окисления играет добавка в сплав платины. Она замедляет диффузию кислорода, улучшает сцепление окалины с металлом, не образуя сама при этом «хрупких» фаз. Исследователи планируют продолжить эксперимент: увеличить время изотермической выдержки до 500–1000 часов, чтобы оценить долговременную стабильность оксидной плёнки, а также провести термогравиметрический анализ с контролируемыми нагревом и охлаждением. Кроме того, им предстоит изучить изменения механических свойств и размера зёрен сплава после длительной высокотемпературной эксплуатации. В перспективе разрабатываемый в ЮУрГУ материал может заменить никелевые суперсплавы в газотурбинных двигателях, теплозащитных покрытиях, а также найти применение в авиации, ракетной технике и энергетике. Он окисляется в 2-10 раз медленнее никелевых сплавов, не содержит железа и имеет пониженное содержание хрома, что также снижает скорость окисления. Работа опубликована в международном журнале Metals издательства MDPI, входящем во второй квартиль научной периодики Scopus. Исследование поддержано грантами Российского научного фонда и Правительства Челябинской области. Больше новостей на канале ЮУрГУ в МАКС

Author:

Остап Давыдов

Химики ЮУрГУ научились выращивать кристаллы с помощью ультрафиолета и СВЧ

Качко Сергей — Sun, 01 Nov 2026 19:00:00 +0000

Диоксиды циркония широко применяются в современной технике – от электроники до авиации. Материалы из них химически инертны (не вступают в посторонние реакции), устойчивы к экстремальным температурам, прочны. Однако ныне в век нанотехнологий потребителю важно получить материал с заранее «запрограммированной» кристаллической структурой. Для этого диоксиды циркония подвергают различным воздействиям: СВЧ, ультразвук, термообработка. Причём мощность прилагаемых воздействий очень высока и измеряется в сотнях киловатт. Заведующий кафедрой экологии и химической технологии Вячеслав Авдин и его коллеги Дмитрий Жеребцов, Алёна Куваева, Даниил Учаев из ЮУрГУ предложили альтернативный способ формирования кристаллической структуры таких материалов. «Необходимо всего лишь ультрафиолетовое (УФ) или сверхвысокочастотное (СВЧ) излучение, не особенно сильное, 15-30 ватт. При этом СВЧ должно быть особенным. Не таким как в микроволновке, а хаотически модулированным по амплитуде и частоте – подобное излучение в СВЧ диапазоне идёт к нам от Солнца. Аппарат для СВЧ воздействий был разработан и сконструирован специалистами по электронике Станиславом Даровских и Игорем Прокоповым, а для УФ облучения – мной», – сообщил Вячеслав Авдин. Учёные воздействовали излученим на растущий нанокристалл – на этапе «золь-гель» в процессе гидролиза. Золь – коллоидный раствор, в котором частицы металла равномерно распределены, а гель – погуще, в нём частицы уже начинают скрепляться друг с другом в трехмерную решетку. Здесь и нужно светить УФ или СВЧ лучом! Самый интересный результат учёным удалось получить при самом медленном (во всём эксперименте) гидролизе – 24 часа, когда рост кристаллов происходит наименее интенсивно. В этом случае сформировалась сложная иерархическая структура: наночастицы размером около 4 нанометра объединялись в агломераты по 16 нанометров, а те, в свою очередь, — в образования порядка 100 нанометров. Нанокристаллы, полученные при УФ облучении имеют округлые формы, при СВЧ – хорошо огранённые, без облучения чёткой огранки не имеют. Поясним, иерархические наноструктуры – сегодня популярное направление во всём мире. Недавно в ЮУрГУ Антон Абрамян защитил по ним кандидатскую диссертацию. Так что новый метод как раз кстати! Где это может пригодиться? Уникальные адсорбционные материалы, высокочувствительные датчики, замедлители разрушения пластмасс – вариантов много. Так бывает, что учёные предлагают решение, а практики уже сами находят задачу, к которой это решение подходит. Результаты работы учёных опубликованы в «Журнале структурной химии» – на русском языке и на английском – в международном издательстве Springer. Больше новостей на канале ЮУрГУ в МАКС

Author:

Остап Давыдов

Не всё полезно, что в горшке растет: эксперты ЮУрГУ рассказали, чем опасен сок алоэ из «бабушкиных рецептов»

Качко Сергей — Fri, 30 Oct 2026 17:00:00 +0000

В Высшей медико-биологической школе ЮУрГУ совместно с коллегами из Индии впервые провели детальное исследование биохимии алоэ и влияния его составляющих на здоровье человека. Оказалось, что всем знакомое комнатное растение алоэ-вера, в народной медицине применяемое как «средство от всего», содержит также и вредные вещества, потенциальные канцерогены. На молекулярном уровне доказаны его лекарственные свойства при наружном применении, в других же случаях риск может значительно превосходить пользу. Тропический гость – алоэ вера – в современной России не только распространённое комнатное растение, но и популярное народное средство традиционной медицины. Согласно «бабушкиным рецептам», его можно применять едва ли не от любых болезней. Так ли это? И насколько безопасен алоэ, не навредит ли он организму? Группа учёных Высшей медико-биологической школы ЮУрГУ под руководством доктора наук, директора ВМБШ Ирины Потороко не впервые анализирует народные средства, объясняет их свойства на молекулярном уровне с позиций современных программных продуктов биоинформатики. Недавно в журнале Food Research International, входящем в первый квартиль научных изданий по версии Scopus, был опубликован фундаментальный обзор, посвящённый свойствам алоэ вера. В нём вместе с учёными из Индии приняла участие старший научный сотрудник кафедры пищевых и биотехнологий, специалист в области фармакогнозии, PhD Вариша Анжум. Внутренняя мякоть листа – гель богатый полисахаридами, который на 99% состоит из воды, однако оставшийся 1% в нём – «золотой фонд». Полисахарид аацеманнан действует как «ключ», открывающий клетки нашей иммунной системы (макрофаги), заставляя их активнее заживлять раны и бороться с воспалением. Под кожицей алоэ проходят трубки, содержащие жёлтый млечный сок – латекс. Он содержит антрахиноны (алоин и алоэ-эмодин). Эти вещества могут тоже оказывать лечебное действие в определённых случаях, но могут и навредить, вплоть до влияния на ДНК и повышения риска онкозаболеваний. Так что очень важно, идёт ли речь о чистом соке алоэ или его экстракте вместе с кожицей. «Биоактивность алоэ обусловлена разнообразными соединениями, такими как полисахариды антрахиноны (в том числе барбалоин, алоин, алоэмодин), хромоны, ферменты (аллиаза, амилаза и брадикиназа) и гликопротеины (алоктин А и В), – комментирует старший научный сотрудник ЮУрГУ Вариша Анжум. – Важно помнить, что соединения гидроксиантрацена в латексе алоэ представляют для человека канцерогенный риск, они могут вызвать слабительный эффект, а также электролитный дисбаланс организма, так что в их отношении важно соблюдать осторожность». Чтобы понять, почему алоэ помогает, нужно заглянуть внутрь клетки. Учёные выделяют несколько ключевых «сигнальных путей», по которым действуют активные вещества. Первый – NF-κB и MAPK – «аварийные кнопки» воспаления. Когда мы обжигаемся или раним кожу, они запускают каскад реакций, вызывающий боль, отёк и покраснение. Ацеманнан и алоин блокируют эти сигналы, снижая производство цитокинов. Грубо говоря, алоэ не даёт воспалению «разгореться». Другой путь – трансформирующий фактор роста TGF-β. Это «строительный кран» для нашей кожи. Алоэ стимулирует этот фактор, заставляя фибробласты активнее производить коллаген. Благодаря этому раны затягиваются быстрее, а рубцы становятся менее грубыми. Ещё один путь – PI3K/AKT – отвечает за выживание клеток. В ране он помогает новым клеткам расти и делиться, ускоряя регенерацию. А вот в раковых клетках (в лабораторных экспериментах) те же самые вещества, наоборот, запускают механизм самоуничтожения – апоптоз. Это делает алоэ интересным объектом для изучения в онкологии, но пока только в пробирке. Обобщив десятки исследований, учёные объяснили, когда современная наука говорит алоэ как лекарству – да, а когда – «подождём». Алоэ – проверенное наружное противовоспалительное (антибактериальное, противовирусное, противогрибковое) средство, но даже тогда оно должно применяться не в качестве основного лекарства, а лишь как дополнение. Учёные также отметили антиоксидантные и антидиабетические свойства алоэ, однако эти утверждения остаются пока в основном в ранге гипотез и экспериментов ин-витро (в пробирке). В экспериментах на крысах и мышах отмечен положительный эффект алоэ при язве желудка. Эксперименты на людях начались совсем недавно и пока не многочисленны. Открытым остаётся и вопрос о соотношении противоопухолевых и наоборот канцерогенных свойств алоэ. Пока наука не дала точных ответов, самолечением онкозаболеваний с помощью алоэ заниматься нельзя! Зато учёными отмечены перспективы алоэ для создания пищевых консервантов и биоразлагаемых пленок. Больше новостей на канале ЮУрГУ в МАКС

Author:

Остап Давыдов

УНИД приглашает на экскурсии по научным и образовательным подразделениям ЮУрГУ

Качко Сергей — Thu, 29 Oct 2026 18:00:00 +0000

Управление научной и инновационной деятельности приглашает студентов, аспирантов и сотрудников принять участие в экскурсиях по научным и образовательным подразделениям университета. Это возможность увидеть, как устроена наука изнутри, познакомиться с современным оборудованием и узнать больше о проектах, над которыми работают исследователи ЮУрГУ. Во время экскурсии участники смогут: пообщаться с учеными и задать вопросы о направлениях их исследований; узнать о возможности использования оборудования для собственных исследований; познакомиться с проектами, выполняемыми по заказу крупнейших предприятий; узнать историю создания университета и формирования научных школ. Ближайшая экскурсия состоится 29 октября. В программе посещение РМЛ электромеханических, электронных и электрохимических систем, а также НОЦ «Нанотехнологии». Экскурсии проходят раз в две недели по четвергам. Информация о новой экскурсии появляется за неделю до её проведения. Для записи на экскурсию необходимо заполнить информацию в таблице по ссылке. По всем вопросам обращаться в информационно-аналитический отдел УНИД 267-94-67, unid2@susu.ru. Больше новостей на канале ЮУрГУ в МАКС