Статьи

О применении алгоритмов ИИ для создания промышленных технологий нового поколения, важности научных грантов для проведения исследований и преимуществах фотокатализа в производстве препаратов мы поговорили с академиком РАН, заведующим лабораторией Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН Валентином Ананиковым.

Трем выдающимся российским ученым 12 декабря 2023 года вручили научную премию Сбера.

О применении алгоритмов искусственного интеллекта (ИИ) для создания промышленных технологий нового поколения, важности научных грантов для проведения исследований и преимуществах фотокатализа в производстве препаратов мы поговорили с одним из лауреатов премии, академиком Российской академии наук, заведующим лабораторией Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН Валентином Ананиковым.

- Расскажите о своей научной работе, которая была отмечена премией. В чем ее важность?

В работах нашей лаборатории открыто и исследовано явление динамического катализа, представляющее собой уникальное сочетание гомогенного и гетерогенного катализа в одном процессе.

Традиционно гомогенный катализ осуществляется с использованием катализаторов, которые находятся в одной фазе с реагирующими веществами, обычно в жидкой, тогда как гетерогенный катализ происходит на границе разных фаз - например, между твердым катализатором и газом или жидкостью.

Динамический катализ объединяет эти два подхода, создавая систему, где катализаторы могут переключаться между различными формами, повышая тем самым эффективность реакций.

Динамический катализ открывает новые возможности для тонкого органического синтеза, включая производство лекарств и других биологически активных веществ.

В этих процессах катализаторы не только помогают формировать новые связи между атомами углерода или углерода и других элементов, но и способны адаптироваться к изменяющимся условиям реакции, что делает их особенно полезными для сложных химических превращений.

Перспективы использования динамического катализа в химии крайне обширны.

Он предлагает более высокую эффективность и селективность химических реакций, что важно для разработки новых лекарственных средств и других сложных химических соединений.

Также он открывает путь для более экономичных и экологически устойчивых производственных процессов, поскольку позволяет сократить количество отходов и повысить уровень использования ресурсов.

Открытие динамического катализа обещает революционизировать подходы к химическому синтезу, делая его более гибким, эффективным и экологически безопасным.

- На что направите свою премию?

На поддержку науки. Обдумываю различные варианты для продолжения текущих исследований и для реализации инновационных тем, для которых сейчас открыто много возможностей.

В частности, сейчас активно развивается проект по применению алгоритмов ИИ для разработки усовершенствованных катализаторов и создания промышленных технологий нового поколения.

С помощью ИИ можно, к примеру, предсказать физические, химические и биологические свойства молекул без необходимости проведения реальных экспериментов.

Внедрение такой технологии в перспективе существенно ускорит и удешевит исследования.

Дугой важный аспект применения ИИ связан с возможностью проанализировать большие наборы данных для выявления оптимальных реагентов для химических реакций - задача, требующая больших затрат реактивов, которые в настоящее время очень трудно покупать и сроки поставки которых существенно выросли.

В конечном итоге при сохранении нынешних темпов развития приложений ИИ в химии можно ожидать и определенного экономического эффекта за счет помощи в управлении и оптимизации производственных процессов, уменьшения отходов химической промышленности и повышения эффективности.

Кроме того, ИИ способен ускорять процесс открытия новых материалов, включая разработку более эффективных и экологически чистых энергетических решений, таких как солнечные батареи или водородные топливные элементы.

Быстрый анализ больших объемов данных, который может провести ИИ, позволяет идентифицировать наиболее перспективные соединения и материалы, что ранее было бы невозможно без многолетних экспериментов.

С точки зрения экологической устойчивости ИИ может помочь в создании более чистых производственных процессов, минимизируя выбросы и отходы.

Использование ИИ для моделирования и оптимизации химических реакций и процессов может привести к сокращению потребления энергии и сырья, а также к уменьшению вредных выбросов в окружающую среду.

В конечном итоге интеграция ИИ в химическую промышленность обещает не только улучшение экономической эффективности, но и значительный вклад в достижение устойчивого развития и борьбу с глобальными экологическими вызовами.

- Как идет взаимодействие с коллегами из других стран? Связи не оборвались? Есть совместные работы, о которых можно рассказать?

Реализация ряда международных проектов существенно затруднилась, и некоторые проекты сейчас заморожены.

Тем не менее, даже несмотря на все сложности текущей ситуации, научные контакты сохранились и коллеги из зарубежных стран сохраняют позитивный настрой на продолжение работ в будущем.

Очень активно развиваются совместные научные проекты с китайскими учеными.

Связи между Российской академией наук и Китайской академией наук всегда были прочными, и сейчас этот наработанный годами опыт взаимодействия оказался очень востребован.

В ситуации нынешнего дня очень важную роль играют международные гранты Российского научного фонда (РНФ), которые помогают не только проводить исследования по уже устоявшимся коллаборациям, но и начинать новое сотрудничество.

Поддержанный грантом РНФ наш международный проект с китайскими коллегами нацелен на развитие фотокаталитических технологий.

Фотокатализ представляет собой процесс, в котором световая энергия используется для ускорения химической реакции с помощью катализатора.

Отличие фотокатализа от традиционного катализа заключается в источнике энергии: в обычном катализе для активации реакции обычно требуется тепловая, химическая или механическая энергия, тогда как фотокатализ опирается на энергию света.

Это не только расширяет возможности управления реакциями, но и позволяет использовать обновляемые источники энергии, такие как солнечный свет.

Внедрение фотокатализа в химическую промышленность предлагает замену многих традиционных химических процессов.

Фотокаталитические реакции могут происходить при более мягких условиях, чем требуется для многих стандартных химических процессов.

Это означает, что можно снизить или даже исключить необходимость в высоких температурах или давлениях, которые обычно требуются для катализа, сокращая энергетические затраты и улучшая безопасность процессов.

Такой подход открывает новые возможности для более устойчивого и экономичного производства химических веществ.

Преимущества фотокатализа особенно заметны в контексте снижения себестоимости продукции. Низкие температуры реакции и возможность использования солнечного света как источника энергии делают фотокатализ экономически привлекательным для промышленности.

Это не только уменьшает энергетические затраты, но и снижает воздействие на окружающую среду, делая процессы более экологически устойчивыми.

Таким образом, фотокатализ представляет собой перспективное направление для инновационного развития в химической промышленности, открывая новые горизонты для создания более эффективных и экологичных производственных процессов.

Фотокатализ предлагает ряд значительных преимуществ для фармацевтической промышленности, особенно в области разработки и синтеза лекарственных препаратов.

Особенно важно, что фотокатализ обеспечивает высокую степень селективности в химических реакциях.

Это принципиально важно в фармацевтике, где точный контроль над химическими реакциями необходим для получения желаемых молекулярных структур.

Фотокатализаторы могут быть настроены на специфические виды химических связей, что позволяет производить сложные молекулы с высокой точностью. За фотокатализом будущее каталитических технологий XXI века!

- Как вы считаете, что необходимо сделать, чтобы наука в нашей стране развивалась еще больше и появлялись новые открытия?

Ответ на этот вопрос весьма многогранный. Что касается химической науки, то камнем преткновения являются медленные сроки закупки и поставки химических реактивов и оборудования.

Потребуется примерно три - шесть месяцев, чтобы получить требуемый реактив или прибор.

Это старая и общеизвестная проблема, связанная с ограничениями в оформлении и проведении закупочных процедур, на которые сейчас накладываются еще и логистические сложности.

Для сравнения: наши зарубежные коллеги получают заказанный реактив примерно через три дня.

Существенным фактором является доступность передового научного оборудования, которое непросто установить и поддерживать в работоспособном состоянии.

Одним из ключевых факторов является стабильность траектории в развитии научно-образовательных кадров.

Увлеченным наукой студентам и аспирантам нужна стабильная траектория для обучения, интеграции и закрепления в научной среде.

Уверенность в собственном будущем и возможность двигаться вперед, решая самые сложные научные задачи, помогут привлечь и закрепить в научной среде самых талантливых учеников, чтобы наука в нашей стране развивалась активнее и было больше новых открытий.

Беседу вёл Андрей Резниченко