Основные научные достижения

Основные научные и научно-технические достижения БГУ за 2020 год

Наиболее важными научными результатами, полученными подразделениями и учреждениями комплекса БГУ в отчетном году, были следующие:

На физическом факультете БГУ:

в области фундаментальных исследований:

установлено, что в рамках Пуанкаре калибровочной теории тяготения возможно решение фундаментальных проблем современной космологии – объяснение существования темной материи и темной энергии. Развит метод построения точного сферически-симметричого решения в 5-мерной проективной теории поля, который важен для описания движения систем вблизи черной дыры. Выполнено исследование процессов аннигиляции электронов и позитронов в лептон-антилептонные пары в рамках теории электрослабого взаимодействия с учетом продольной поляризации начальных пучков, соответствующие неминимальным расширениям Стандартной Модели для экспериментов в поисках проявлений новой физики (ГПНИ «Конвергенция-2020»).

в области прикладных научных исследований:

разработан и изготовлен модульный нелинейно-оптический лазерный комплекс по исследованию спектральной перестройки частоты на основе параметрических процессов. Лабораторный комплекс внедрен в учебный процесс – используется в лабораторном практикуме «Физика лазеров и нелинейная оптика» для студентов специальностей: 1-31 04 01 «Физика (по направлениям)», направление «Физика (научно-исследовательская деятельность)»; 1-31 04 07 «Физика наноматериалов и нанотехнологий»; 1-31 04 01-02 «Физика (производственная деятельность)». Разработка представлена на 19-й Международной конференции по лазерной оптике (19th International Conference Laser Optics (ICLO 2020), г. Санкт-Петербург, 02.11.2020‑06.11.2020). (ГНТП «Эталоны и научные приборы»).

На биологическом факультете БГУ:

в области фундаментальных исследований:

при выполнении НИР «Анализ особенностей биологии и экологии, оценка уровней вредоносности инвазийных видов минирующих и сосущих членистоногих в условиях декоративных зеленых насаждений регионов Беларуси» ГПНИ «Природопользование и экология» впервые дана количественная оценка вредоносности чужеродных для фауны Беларуси видов сосущих и минирующих фитофагов. Сформирован список инвазивных видов наземных беспозвоночных животных, который включен во второе издание «Черной книги инвазивных животных Беларуси» (2020 г). Данная разработка направлена на имплементацию обязательств Республики Беларусь по «Конвенции о биологическом разнообразии».

В рамках выполнения международного проекта «Установление молекулярных и клеточных основ протекторного влияния бора на растения, подвергнутые кислотному и алюминиевому стрессу» (БРФФИ № Б19КИТГ-006 по линии ГКНТ совместно с университетом КНР) продемонстрирована протекторная роль включения бора в состав среды культивирования сельскохозяйственных растений при стрессе, индуцируемом алюминием и повышенной кислотностью почвы.

Установлено, что присутствие в среде 100 мкмоль/л бора вызывает многократное снижение оттока ионов калия и других электролитов из клеток корня высших растений при алюминиевом и кислотном стрессе. Полученные результаты будут использованы для разработки новых удобрений и сресс-протекторных биорегуляторов на основе бора.

в области прикладных исследований:

в ходе выполнения задания «Разработка алгоритмов и программных средств глубокого аннотирования транскриптома клеток человека» подпрограммы «Объединение» ГПНИ «Конвергенция-2020» разработан новый пакет компьютерных программ ORFhunteR, предназначенный для автоматической идентификации и всесторонней аннотации открытых рамок считывания в полноразмерных молекулах РНК человека. Пакет представлен двумя версиями. Инсталируемая на локальный компьютер версия пакета зарегистрирована в репозитории GitHub (https://github.com/rfctbio-bsu/ORFhunteR), а также завершается ее регистрация в репозитории Bioconductor. Веб-версия пакета доступна на сервере http://orfhunter.bsu.by/ Разработанный пакет превосходит мировые аналоги по скорости расчетов, их точности и имплементированным возможностям по аннотированию. Данная разработка создана в рамках биоинформатической инициативы Open Sources. Область применения: медицина и здравоохранение.

В рамках выполнения задания «Разработать технологию феномного анализа саженцев древесных растений» подпрограммы «Инновационные биотехнологии – 2020» ГП «Наукоемкие технологии и техника» разработана технология биоинформационного анализа физиологических, таксономических и сортовых характеристик декоративных растений на основе подходов машинного обучения. Технология включает обученную модель нейронной сети для определения видосортовой принадлежности и выявления заболеваний декоративных растений в открытом грунте на основе таксономической тренировочной базы и тренировочной базы с более чем 40 тыс. аннотированных изображений декоративных растений, пораженных важнейшими фитопатогенами. Точность определения видосортовой принадлежности и заболеваний декоративных растений в открытом грунте с использованием релиз-кандидат-стадии нейронной сети составила 97 %.

В результате выполнения задания «Разработать и внедрить технологию получения биопрепарата, обеспечивающего стимуляцию роста корней овощных сельскохозяйственных растений» ГНТП «Промышленные био- и нанотехнологии – 2020», разработан биопрепарат «Корнеплюс», фитостимулирующее действие которого основано на способности бактерий естественной микрофлоры ризосферы растений и их метаболитов стимулировать рост корней, увеличивать всхожесть семян, индуцировать устойчивость сельскохозяйственных культур к заболеваниям и другим негативным воздействиям. Преимуществами разработанного препарата по сравнению с лучшими зарубежными аналогами является дешевизна и высокая его эффективность. Применение биопрепарата «Корнеплюс» позволит получать экологически чистую продукцию, пригодную также для производства диетического и детского питания.

На факультете радиофизики и компьютерных технологий БГУ:

в области прикладных исследований:

в рамках подпрограммы «Исследование и использование космического пространства в мирных целях» ГП «Наукоемкие технологии и техника» впервые в республике разработаны:

лаборатория удаленного доступа по аэрокосмическим направлениям;

экспериментальный образец наземной системы связи с университетскими МКА и СМКА (стационарной и мобильной версии) и экспериментальный образец наземной системы БНО университетского наноспутника;

опытный образец образовательной подсистемы приема и обработки оперативной космической информации;

разработаны, изготовлены и испытаны в лабораторных условиях две летные модели наноспутника БГУ типоразмера Cubesat 3U, планируемого к запуску в 2021 году.

Разработана, освоена в производстве и внесена в Государственный реестр средств измерений Республики Беларусь многофункциональная быстродействующая измерительная станция для научных и учебных задач Alma Meter-2, получившая на выставке HI-TECH (Санкт-Петербург, 19.09.2020) золотую медаль конкурса «Лучший инновационный проект и лучшая научно-техническая разработка года в области приборостроения»;

Разработан R-пакет ORFhunterR и веб-приложение для автоматического определения ОРС кодирующих молекул РНК человека. Работоспособность программных средств подтверждена на примере анализа молекул РНК из баз данных NCBI RefSeq и Ensemble. R-пакет размещен на веб-сервере GitHub (https://github.com/rfctbio-bsu/ORFhunteR) и подготовлен к публикации во всемирно известном проекте по биоинформатике Bioconductor (https://github.com/Bioconductor/Contributions/issues/1620).

R-пакет может быть использован в фундаментальных и прикладных биомедицинских исследованиях, связанных с изучением транскриптомов нормальных и измененных (например, раковых) клеток человека.

В результате научно-технического сотрудничества Белорусского государственного университета с Институтом сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники им. В.Г. Мокерова РАН, Национальным исследовательским ядерным университетом «МИФИ», Институтом физики микроструктур РАН впервые успешно осуществлено проектирование и практическая реализация полного технологического цикла производства квантово-каскадных лазеров терагерцового диапазона в СНГ. 

Созданные лазеры могут найти применение в области лазерной спектроскопии, нефелометрии, медицины, создания систем контроля технологических процессов в промышленности, энергетике, на транспорте, для мониторинга окружающей среды и специальных приложений, что поможет решать задачи импортозамещения как в Республике Беларусь, так и в странах СНГ.

В учреждении БГУ «Научно-исследовательский институт прикладных проблем математики и информатики» (НИИ ППМИ)

в области фундаментальных исследований:

в рамках ГПНИ «Конвергенция – 2020», подпрограмма «Методы математического моделирования сложных систем» предложен новый вероятностно-статистический подход к малопараметрическому моделированию и прогнозированию дискретных временных рядов, основанный на цепях Маркова высокого порядка, позволивший разработать эффективные методы и программные средства точечного и интервального прогнозирования динамики эпидемиологических показателей заболеваемости COVID-19 в Республике Беларусь.

в области прикладных исследований:

при выполнении НИР «Апатит» разработан стандарт СТБ 34.101.31-2020 «Информационные технологии и безопасность. Алгоритмы шифрования и контроля целостности». Стандарт вступает в действие 1 сентября 2021 г. Он расширяет СТБ 34.101.31-2011, дополнительно определяя алгоритмы шифрования широкого блока, дискового шифрования, шифрования с сохранением формата, новый режим аутентифицированного шифрования, квоты ключей шифрования данных;

при выполнении НИР «Акмит» разработан стандарт СТБ 34.101.77-2020 «Информационные технологии и безопасность. Криптографические алгоритмы на основе sponge-функции». Стандарт вступает в действие 01 сентября 2021 г. Он расширяет СТБ 34.101.77-2017, дополнительно определяя криптографический автомат, с помощью которого можно задавать (программировать) алгоритмы на основе sponge-функции, а также программируемые алгоритмы хэширования и аутентифицированного шифрования.

В Научно-исследовательском учреждении «Институт прикладных физических проблем имени А.Н. Севченко» БГУ (НИИПФП)

в области фундаментальных исследований:

найдены режимы получения ионных потоков из эрозионной лазерной плазмы, при которых происходит травление поверхности подложки, внедрение ионов в поверхность подложки и таким образом можно создавать псевдодиффузионный слой, а также наносить плёнку из материала лазерной мишени на поверхность подложки. Изучены режимы лазерно-плазменного источника напыления нанопленок при различных плотностях мощности воздействующего лазерного излучения. Определены режимы без вторичной ионной эмиссии и с эмиссией с подложки вторичных ионов. При этом обратный ток вторичных ионов искажает экспериментально измеряемый ток первичных ионов, падающих на подложку. Предложен метод восстановления реального ионного потока, падающего на мишень. Предложен метод контроля потока вторичных ионов, который эффективен даже в условиях больших коэффициентов травления. Лазерно-плазменный источник позволяет предварительно произвести травление поверхности подложки при умеренных потенциалах промежутка сетка – подложка, создать псевдодиффузионный слой, внедряя ионы мишени в приповерхностный слой подложки при высоких потенциалах промежутка сетка – подложка, и нанести плёнку из материала лазерной мишени на поверхность подложки при минимальных потенциалах промежутка сетка – подложка. Всё это производится без разгерметизации вакуумной камеры, а за счёт создания псевдодиффузионного слоя на поверхности подложки, появляется возможность получения стерильных высокоадгезионных покрытий. Проведенные эксперименты показали, что однородность плотности ионных потоков на подложку увеличенных размеров (~200 см2) в лазерноплазменном источнике нанесения нанопокрытий можно повысить, подавая ускоряющий потенциал на подложку, по отношению к сетке. Минимальная разница между плотностью ионного потока в центре мишени может быть доведена до 5 %. В результате технологически можно производить очистку поверхности подложки ионами материала лазерной мишени (вторичная эмиссия), создавать псевдодифузионный слой материала мишени в приповерхностной области подложки, наносить на подложку материал лазерной мишени. При этом все эти операции можно делать последовательно не разгерметизируя вакуумную камеру. Это позволит получить нанопокрытия с высокой адгезией и на подложках увеличенных размеров. /Лаб. лазерной плазмодинамики. (ГПНИ «Энергетические системы, процессы и технологии» подпрограмма «Эффективные теплофизические процессы и технологии»).

в области прикладных исследований и разработок:

по Научно-технической программе Союзного государства «Разработка комплексных технологий создания материалов, устройств и ключевых элементов космических средств и перспективной продукции других отраслей» (шифр «Технология-СГ») для Института тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси (Минск) разработана технология создания маломассогабаритных оптических датчиков научной аппаратуры малых космических аппаратов для исследования малых газовых составляющих тропосферы Земли. Разработан и создан опытный образец (ОО) трехдиапазонного маломассогабаритного спектрорадиометра МСР-09, предназначенный для исследования малых газовых составляющих атмосферы Земли с борта наноспутников типа Cubesat. Разработка отмечена Дипломом на конкурсе «Лучший инновационный проект и лучшая научно-техническая разработка года», который проводился в рамках Петербургской технической ярмарки и выставки HI-TECH 19 сентября 2020 года в г. Санкт-Петербург. Получен патент Республики Беларусь на полезную модель «Устройство для исследования спектров атмосферы из космоса». ОО МСР-09 успешно выдержал все испытания по живучести и стойкости к внешним воздействиям в условиях, приближенных к космическим, на стендах ОАО «Пеленг».

По Программе Союзного государства «Совершенствование системы защиты информационных ресурсов Союзного государства и государств-участников Договора о создании Союзного государства в условиях нарастания угроз в информационной сфере», (шифр «Паритет») для Оперативно-аналитического центра при Президенте Республики Беларусь (Минск) разработаны и переданы Заказчику специализированные радиопоглощающие покрытия. /Лаб. прикладной электродинамики/.

По Государственной программе «Наукоемкие технологии и техника» на 2016–2020 гг., подпрограмма 7 «Исследование и использование космического пространства в мирных целях» для Министерства образования РБ разработан и создан опытный образец модульного комплекса мультиспектральной съемки (МКМС) «Мультискан». В 2020 г. на модульный комплекс «Мультискан» получен Патент на полезную модель Республики Беларусь. Разработка также отмечена золотой медалью на конкурсе «Лучший инновационный проект и лучшая научно-техническая разработка года» в области приборостроения, который проводился в рамках Петербургской технической ярмарки и выставки HI-TECH 19 сентября 2020 года в г. Санкт-Петербург. Конструктивно МКМС выполнен в виде отдельных оптических модулей, объединенных в блок датчиков (БД), и соединенных по Bluetooth с блоком электроники (БЭ) – управляющим компьютером. БД включает в свой состав: модуль гиперспектрометра; модуль ИК изображений; модуль цветной цифровой камеры; модуль авиационного поляриметра; модуль навигационный GPS/GLONASS; кронштейн установочный. Для защиты от внешних воздействий (пыль, влага, удары) устанавливается защитный кожух, закрывающий все модули БД МКМС. В 2020 г. проведены лабораторно-отработочные испытания МКМС «Мультискан», а также проведены летные испытания на самолете «Diamond DA-40 NG» Авиационного учебного центра «Даймонд», подтверждающие работоспособность и отказоустойчивость МКМС «Мультискан». /Отдел аэрокосмических исследований/; Разработаны методы и системы повышения точности результатов аэрокосмического мониторинга природных ресурсов Республики Беларусь /Отдел аэрокосмических исследований/; Разработаны функциональные материалы для аэрокосмических систем и комплексов /Лаб. элионики/;  Для Объединенного института проблем информатики НАН Беларуси (Минск) разработана концепция полнофункциональной ИАС «Природные ресурсы Беларуси» и реализована ИАС «Природные ресурсы Беларуси» в составе комплексов программных средств по мероприятию «Создание информационно-аналитической системы поддержки принятия решений по использованию природных ресурсов и охраны окружающей среды на основе ГИС- и Web-технологий и данных дистанционного зондирования Земли /Лаб. информационных технологий/.

По государственной научно-технической программе «Эталоны и научные приборы» на 2016–2020 гг., подпрограмма «Научно-учебное оборудование» для БГУ разработана и изготовлена оптико-механическая схема полихроматора с системой регистрации. /Лаб. спектроскопии/; разработан и изготовлен учебно-научный аппаратно-программный комплекс и компактная безэховая камера для проведения лабораторного практикума и исследования электродинамических характеристик слоистых сред, материалов и структур. / Лаб. информационно-измерительных систем, лаб. прикладной электродинамики/.

По государственной научно-технической программе «Природопользование и экологические риски», подпрограмма «Устойчивое использование природных ресурсов и охрана окружающей среды» для РНИУП «Центральный научно-исследовательский институт комплексного использования водных ресурсов» (Минск) создана современная автоматизированная система контроля радиационной обстановки окружающей среды (АСКРО) на базе имеющихся автоматизированных систем радиационного контроля (АСРК), функционирующих в зонах влияния Игналинской, Ровенской, Чернобыльской АЭС. /Лаб. полупроводниковой электроники/.

В учреждении БГУ «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем» (НИИ ФХП)

в области фундаментальных исследований:

при выполнении задания «Гибридные функциональные материалы на основе неорганических нанокристаллов, получаемых методами коллоидной химии» ГПНИ «Химические технологии и материалы» разработана методика химической функционализации полимерной оболочки квантовых точек и нанопластин CdSe различными заряженными группами. Получены конъюгаты CdSe с производными бетулиновой кислоты, являющиеся перспективными противораковами агентами с функциями носителя с управляемыми параметрами клеточного поглощения и флуоресцентной метки. Впервые экспериментально продемонстрирована высокая эффективность использования квантовых нанопластин в качестве флуоресцентных меток с двухфотонным возбуждением, что обеспечивает высокую чувствительность и уменьшает автофлуоресцентный фон во флуоресцентной иммунодиагностике ряда заболеваний. Установлено, что потенциал квантовых точек играет ключевую роль в механизмах связывания конъюгатов с клетками и их цитотоксичности; 

При выполнении задания «Разработка композиционных материалов, включающих наночастицы благородных металлов, стабилизированные в матрицах оксидов металлов, установление зависимостей между структурой и физико-химическими свойствами» ГПНИ «Химические технологии и материалы» синтезированы нанокомпозиты SnO2–Au с размерами частиц оксида dSnO2 5,5 нм и золота 1,9‒3,5 нм, выявлены особенности структуры нанокомпозитов, состояние поверхности SnO2 и валентное состояние золота. Установлен неожиданный эффект высокой чувствительности сенсоров SnO2–Au (dAu 1,9 нм) к CH4 в области температур, в которой отсутствует чувствительность к СО, что делает возможным селективное детектирование метана в присутствии оксида углерода.  Выявленный на сенсорах SnO2–Au (dAu 1,9 нм) эффект высокой чувствительности к метану в области высоких рабочих температур имеет важное практическое значение, так как может быть использован для селективного определения утечек метана в присутствии угарного газа, что чрезвычайно актуально при использовании резистивных сенсоров в быту.

В области прикладных исследований:

при выполнении заданий «Разработать составы и освоить технологии производства и применения новых отечественных средств для санитарной обработки сырных форм на предприятиях молочной промышленности» и «Разработать состав, режимы применения и производства технологического вспомогательного средства для обработки колбасных оболочек» ГНТП «Малотоннажная химия», разработаны составы и технологии изготовления  моющих средств с дезинфицирующим эффектом «Формодез Щ» и «Формодез К» для санитарной обработки сырных форм на предприятиях молочной промышленности, а также состав и технология получения средства «Валисан-О» для санитарной обработки колбасных оболочек (натуральных и искусственных) для придания им бактериостатического и противоплесневого действия в процессах изготовления и хранения колбасной продукции. На ООО «Химвей» изготовлены опытные партии моющих средств «Формодез Щ» и «Формодез К», проведен контроль на их соответствие требованиям технических условий. На ЧПУП «Белсанвет введен в эксплуатацию производственный участок по выпуску средства «Валисан-О» и наработана опытная партия. Проведены производственные испытания «Валисан-О» при изготовлении продукции агрокомбината «Колос» Минской обл., Оршанского и Борисовского мясокомбинатов.

В УП «УНИТЕХПРОМ БГУ»:

в области инновационной деятельности:

В соответствии с Указом Президента Республики Беларусь от 13 июня 2018 года № 236 УП «УНИТЕХПРОМ БГУ» как субъект инновационной инфраструктуры реализует 2 проекта Государственной программы инновационного развития Республики Беларусь (ГПИР РБ):

инновационный проект «Организация деятельности и развитие материально-технической базы УП «УНИТЕХПРОМ БГУ»»;

инвестиционный проект «Организация производства оригинальных биорезорбируемых полифункциональных лекарственных препаратов». Срок реализации проекта 2018–2026 гг.

Реализация инвестиционного проекта «Организация деятельности и развитие материально-технической базы УП «УНИТЕХПРОМ БГУ» окажет содействие в развитии научно-технологического парка и его резидентов, привлечении новых резидентов на конкурсной основе с целью коммерциализации результатов научно-технической деятельности и поможет развитию научных кластеров, созданных Белорусским государственным университетом.

.