Олег Фиговский, академик, департамент науки и технологий АНМ 

Не так давно малозамеченным прошло сообщение о том, что Индия стала новым лидером по численности населения в мире. Учитывая меньшую площадь, страна обогнала Китай еще и по плотности населения. Лет 15–20 назад трудно было себе представить, что экономика Индии станет третьей в мире по уровню национального ВВП в 2021-2022 году, уступая лишь КНР и США.

Действительно, такое достижение зафиксировано МВФ и ВБ с 2016 года. Здесь есть колоссальные залежи ископаемых, делающих страну одной из самых богатых в этом плане на планете. В 2022 году доля Индии в мировом ВВП равняется 3,28 %, что позволяет ей занимать седьмое место в рейтинге. Для сравнения, Россия находится на 11-м месте, обеспечивая 1,98 % в мировом ВВП.    

Индию называют «поставщиком талантов», ведь учёные из этой страны совершают открытия в самых разных областях. Так, за последние 20 лет 6 индийцев были удостоены Нобелевской премии. Самым развитым и престижным в Индии является техническое образование. Оно включает в себя программы по инженерии, технологиям, архитектуре, городскому планированию, фармацевтике, прикладным наукам и ремёслам, гостиничному менеджменту, кейтерингу. Такое образование самого высокого качества обеспечивают индийские институты технологии (Indian Institutes of Technology, IITs), их в стране 16.

А теперь ознакомимся с достижениям индийских науки и технологий за первые месяцы 2022 года. Так ученые из Индийского технологического института (IIT) в Мадрасе разработали новую технику, которая может обеспечить четкую и высококачественную визуализацию с помощью реконструированного ультразвукового изображения. Метод ультразвуковой визуализации используется для захвата изображений в реальном времени внутри человеческого тела. Он имеет широкий спектр клинических применений в диагностике и лечении заболеваний. Методика широко используется для диагностики причин болей, отеков и инфекции во внутренних органах, а также для исследования плода у беременных. Основным компонентом ультразвукового аппарата является «формирователь луча», который играет важную роль в окончательном качестве реконструированного изображения. За прошедшие годы было выявлено несколько методов улучшения качества реконструированного изображения путем изменения формирователя луча. Ученые утверждают, что разработали новый метод формирования луча, который превосходит другие существующие методы и обеспечивает лучшее разрешение изображения во всем поле зрения.

«Это исследование потенциально может решить сразу несколько задач, например — вопросы раннего обнаружения и более точной диагностики заболеваний, обнаружения] мелких аномалий в организме человека (в частности, камни в почках), более совершенные процедуры биопсии под визуальным контролем в реальном времени и приложения для мониторинга лечения», — рассказал профессор Арун К. Титай. Формирователь луча с задержкой и суммой (DAS) является наиболее часто используемым методом ультразвуковой визуализации в коммерческих системах из-за простоты аппаратной реализации. Однако он имеет низкое разрешение изображения. Недавно, с развитием вычислительных возможностей, был представлен альтернативный формирователь луча, основанный на методе умножения и суммирования с фильтрованной задержкой (F-DMAS), чтобы компенсировать недостатки DAS.

«Исходя из этого, в исследовательских лабораториях по всему миру разрабатываются несколько подобных методик. Однако у этих методов было несколько недостатков, включая “подавление низкого уровня шума”, во время которого изображения искажаются большим количеством шума, который усиливается мультипликативным эффектом этих существующих методов, а также “низкое отношение контраста к шуму”. Эти методы могут улучшить разрешение. , они ухудшают контраст, — объяснил Анудип Вайети, научный сотрудник IIT Madras. – Эти недостатки затрудняют обнаружение небольших изменений в тканях на захваченном изображении, что в противном случае может помочь в ранней диагностике заболевания. Поэтому мы разработали новый метод под названием “Умножение и суммирование с оптимальной задержкой с фильтрацией» (F-DowMAS), который позволит получать изображения более высокого качества по сравнению с существующими технологиями», — добавил исследователь.

Ученые заявили, что разработанный метод F-DowMAS может одновременно улучшить как разрешение, так и контрастность изображения, и параллельно снизить уровень шума в реконструированном изображении. «Эти усовершенствования помогут клиницистам замечать мельчайшие изменения в анатомии, тем самым способствуя ранней и более точной диагностике заболеваний. Кроме того, разработанная методика может быть легко интегрирована в существующие коммерческие платформы ультразвуковых сканеров без каких-либо дополнительных аппаратных изменений, что делает это решение экономичным и осуществимым», — уточнил специалист.

Новая технология, разработанная индийским ученым, позволит ремонтировать и восстанавливать пресс-формы, лопатки турбин и аэрокосмические компоненты. Рамеш Кумар Сингх, профессор кафедры машиностроения Индийского технологического института Бомбея, разработал технологию управления процессом реставрации и ремонта деталей при помощи лазера. Использование этого метода значительно повышает качество ремонтных работ. Технология, разработанная в рамках программы поддержки передовых производственных технологий Департамента науки и технологий, прошла валидацию и испытания. Метод предполагает использование роботизированной системы восстановления и предназначен для автономного функционирования на всех ключевых этапах ремонта: планировании пути сканирования, обнаружении повреждений, осаждении, отделки и проверки качества.

Согласно этой технологии, лазерный сканер будет сканировать дефектный компонент на наличие повреждений, а специально заданные алгоритмы будут автоматически определять путь наплавки. Метод лазерно-направленного энергетического осаждения (LDED) будет использоваться для осаждения материала, после чего будет проведена отделка и автоматизированный контроль восстановленного продукта. Внедрить технологию Сингха в производство планируют компании Bharat Forge, Aditya Birla Science and Technology Company и Interface Design Associates.

По словам Сингха, у новой технологии огромный рыночный потенциал: она очень эффективна и меняет правила игры в отрасли восстановления и ремонта обрабатывающей промышленности. Уровень точности ремонта, который она обеспечивает, значительно выше, чем у всех нынешних методов ремонта — сварки или термического напыления. Использование традиционных методов ремонта требует ручного вмешательства человека: получается, что качество выполнимых работ в значительной степени зависит от квалификации специалиста. Новая технология, разработанная индийским ученым, может вывести индустрию реставрации и ремонта на новый уровень, обеспечив передовую экосистему лазерного производства.

Мир ищет альтернативные виды топлива, которые могут помочь человечеству остановить глобальное потепление. Среди экологичных видов, водород обладает наибольшим потенциалом для удовлетворения постоянно растущей мировой потребности в топливе. Этот простейший элемент, являющийся переносчиком энергии, состоит всего из одного протона и одного электрона. Благодаря нулевым (ну или почти нулевым) выбросам от конечного использования и постоянно пополняемыми запасами ископаемого топлива, водород может быть идеальным устойчивым энергоносителем и играть огромную роль уже в ближайшем будущем. Ученые из индийского Международного центра перспективных исследований порошковой металлургии и новых материалов (ARCI), разработали метод, сочетающий в себе процессы электролиза и риформинга, для получения водорода из смеси метанола и воды путем электрохимического риформинга метанола при повышении атмосферного давления и температуры (ECMR). Основное преимущество этого процесса заключается в том, что электрическая энергия, необходимая для производства водорода, составляет всего 1/3 электролиза воды (электролиз воды требует 55–65 кВтч/кг водорода). 

Водород привлекает большое внимание из-за его энергетической ценности в 40 кВтч/кг. Это намного больше, если сравнить эти показатели с показателями таких химических топлив, как бензин, дизель или сжиженный нефтяной газ — их энергетическая ценность ограничена диапазоном в 12–14 кВтч/кг. Водород содержится в воде, но присутствует также в газе, нефти и многих других природных материалах. Одним из самых распространенных методов производства водорода являются электролиз воды или преобразование углеводородов — например метана. Сейчас весь мир, а особенно Европа, делает все возможное, чтобы перейти на экологически чистое топливо. Принятие зеленого водорода из возобновляемых источников энергии и интегрированный процесс электролиза воды для выработки энергии окажут значительные преимущества в борьбе с изменением климата. Основные компоненты электролизера ECMR на основе PEM ученые изготовили из расслоенного графитового материала.

Использование углеродных материалов в качестве биполярных пластин стало одним из значительных достижений в замене их титановых аналогов, которые обычно используются при сборке электролизеров, предлагающих довольно сомнительное соотношение цены и качества. Команда ARCI разработала собственный процесс изготовления основных компонентов, таких как сборка мембранных электродов (MEA), биполярные пластины и ряд технологического оборудования. Этот процесс должен значительно снизить стоимость водорода по сравнению с методом электролиза воды, а также может быть легко интегрирован с возобновляемыми источниками энергии.

Команда программистов из TCS Research в Индии создала новую модель, которая может генерирует очень реалистичную анимацию говорящего лица. В последние годы компьютерная анимация животных и людей становится все более детализированной и реалистичной. Но в этой области все еще есть куда расти: важно правильно сочетать ряд аудио- и видеоэлементов. Именно в этом направлении продвинулись авторы новой работы. Новую разработку можно использовать, чтобы создать реалистичный виртуальный аватар, цифрового помощника или анимированный фильм. Чтобы человек правильно воспринимал аватар или персонажа, тот должен быть реалистичным. Важно правильно синхронизировать движение губ, речь, моргание, движения головы и другие мимические особенности, – Броджешвар Бхоумик, один из авторов работы. 

Большинство существующих речевых методов создания анимации лица сосредоточены на обеспечении хорошей синхронизации между движениями губ речью, а также на правильном моргании. Ранее авторы новой работы создали архитектуру на основе генеративной состязательной сети (GAN), которая генерирует анимацию говорящих лиц. Метод был многообещающим, но он работал только в том случае, если голова говорящего не двигалась. Теперь мы разработали полный алгоритм для создания реалистичной анимации лица, основанный на речи. Происходит синхронизация губ, лицо естественно моргает и двигает головой, – текст исследования.

Новая модель эффективно генерирует движения головы для анимированных говорящих лиц. Модель также сделана на основе GAN — это класс алгоритмов машинного обучения, который оказался перспективным для создания искусственного контента. Авторы оценили свою модель на основе ряда эталонных наборов данных, они сравнивали ее производительность с современными методами, разработанными в прошлом. В результате выяснилось, что алгоритм может создавать очень убедительную анимацию с отличной синхронизацией губ, естественным морганием глаз и с согласованными с речью движениями головы.  

Изобретена стиральная машина, способная справиться с 10 парами одежды за 80 секунд  - исследователь инженерного факультета Читкарского университета (Индия) Рубала Гупты , изобретение будет полезно тем, кто находится в путешествиях, студенческих общежитиях или больницах. Кстати, для полноценной стирки машине достаточно всего одного стакана воды.  Студенты рассказали, что прототип их новой стиральной машины — это уже второй вариант изобретения. Первый образец мог за те же 80 секунд постирать пять пар одежды. Тогда же машина и получила свое название — 80 Wash. Как отметил научный руководитель Рубала Гупты, заместитель декана по исследованиям доктор Нитин Кумар Салуджа, работа по созданию машины, шла два года. «Во время пандемии коронавируса перед больницами возникла большая проблема: персоналу нужно было часто менять простыни и униформу. Стирка и сушка одежды в обычной стиральной машине занимала несколько часов или даже несколько дней. Наше же изобретение способно справиться с задачей гораздо быстрее, сэкономив не только время, но и воду», — рассказал доктор Салуджа. 

Как отметил Рубал Гупта, производство 80 Wash может начаться уже в ближайшее время. Правительство штата Химачал-Прадеш пообещало выделить место в городе Бадди для строительства небольшого завода по производству этой уникальной стиральной машины уже к 27 января 2022 года. Ранее другой индийский инженер Навджот Сони создал недорогую уникальную стиральную машину, которая смогла помочь женщинам из иракского лагеря беженцев Мамрашан в Индии. Ноу-хау Навджота не требует электричества и, как и разработка Гупты, потребляет очень мало воды. Кроме того, она умеет сушить одежду. Инновационная разработка получила несколько грантов, наград и поддержку со стороны корпораций и некоммерческих организаций по всему миру. На данный момент изобретатель получил уже более 2000 предзаказов на машину из 15 стран.               

Биоразлагаемая, хорошо пропускающая воздух моющаяся маска демонстрирует высокую эффективность против вируса Covid-19, а также ряда других вирусных и бактериальных инфекций. Ношение масок в общественных местах — это наиболее эффективная мера для снижения распространения вируса Covid-19. Однако на индийском рынке продаются дорогие маски, которые не обладают ни противовирусными, ни антибактериальными свойствами — особенно в местах скопления большого количества людей — в больницах, аэропортах, вокзалах, торговых центрах, где вирусная нагрузка очень высока.    

«При нынешнем сценарии, когда быстро появляются новые мутации коронавируса, нам было необходимо разработать недорогую противовирусную маску. Для этого мы использовали самодезинфицирующую наночастицу на основе меди» — рассказали сотрудники Министерства науки и технологий Индии. Ученые Международного центра перспективных исследований разработали наночастицы на основе меди размером около 20 нанометров с помощью установки для пиролиза с распылением пламени (FSP). Процесс FSP подразумевает преобразование раствора в нанопорошок путем высокотемпературного пиролитического разложения. Стабильная суспензия наночастиц была получена путем оптимизации содержания твердых веществ и водородного показателя. Ткань с новым покрытием показала эффективность против бактерий более 99,9%.

«Промышленный партнер исследования — компания Resil Chemicals — сейчас производит обыкновенные двухслойные маски. Они лишь задерживают вирусы путем фильтрации, но не убивают их и, следовательно, не могут предотвратить передачу вирусов, если маски не используются должным образом», — отметили ученые. Также, по их словам, в Индии, как и во всем мире, научное сообщество выражает огромную озабоченность по поводу утилизации использованных масок. Большинство обычных масок, используемых против Covid-19, предназначены для одноразового использования и не поддаются биологическому разложению, что создает серьезные экологические проблемы и проблемы с утилизацией отходов. Новая противовирусная маска, изготовленная из биоразлагаемой хлопчатобумажной ткани, поможет решить и эти задачи.

Из-за торговых войн с США у Китая нет иного выхода, как стать полностью независимым от иностранных поставщиков чипов. И вот сейчас примерно то же самое делает Индия. «Почти» — потому что она не под санкциями Соединенных Штатов, а значит, может без проблем работать с производителями компонентов. Сейчас правительство ведет переговоры с крупнейшими компаниями мира, приглашая их открыть свои фабрики в Индии. Сейчас активные переговоры проходят не менее, чем с 12 разными компаниями. Индия предлагает им открыть производственные линии на территории страны в течение 2–3 лет. За это время правительство страны подготовит необходимую инфраструктуру для запуска производств такого типа. 

Непосредственное участие в переговорах принимает министр железных дорог, связи, электроники и информационных технологий Индии Ашвини Вайшнау (Ashwini Vaishnaw). К сожалению, он не назвал компании, с которыми сейчас договаривается правительство, но сообщил, что это международные организации, крупные игроки рынка. По мнению экспертов, сейчас правительство страны пытается договориться действительно с крупнейшими корпорациями мира, включая Samsung и TSMC. Последняя давно планирует развернуть дополнительные линии производства для увеличения объёмов поставок чипов. Ну а сейчас, насколько можно судить, ситуация для этого просто идеальная.       

Ударные беспилотники есть на вооружении лишь у немногих стран в мире, хотя их разрабатывают несколько десятков государств. Индия с переменным успехом пытается создать такой аппарат с начала нулевых. Первый индийский ударный беспилотник — Rustom-II — впервые взлетел в 2016 году, а спустя год пошел в серийное производство.  О программе по созданию малозаметного беспилотника Ghatak стало известно в 2010 году. Он подойдет для разведывательных миссий, но в первую очередь разрабатывается как беспилотный бомбардировщик. SWiFT — это демонстратор Ghatak, примерно в восемь раз его меньше по размерам. Он выполнен по схеме летающее крыло и весит 1050 килограмм. Длина SWiFT — четыре метра, размах крыла — пять метров. Аппарат оснащен турбореактивным двигателем от российской компании «Сатурн» и может летать на расстояния до 200 километров.

Индийская организация космических исследований (ISRO) планирует совершить в 2022 году два испытательных запуска беспилотных космических кораблей на орбиту Земли. За этим последует еще одна миссия без экипажа и, наконец, миссия с экипажем в 2023 году, которая сделает Индию четвертой страной, отправившей людей в космос.  

В течение последних нескольких десятилетий Индия непрерывно ведёт исследования в области термоядерного синтеза. Достигнутые наработки в этой области позволили Индии в настоящее время стать полноправным участником проект международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Ключевой организацией в Индии, занимающейся термоядерными разработками, является Институт исследования плазмы (IPR) в Гандхинагаре. Его куратором является Департамент по атомной энергии Индии (DAE). Основателем нынешней программы термоядерных исследований в Индии был ныне покойный Предхиман Кау (Predhiman K Kaw), который выдвинул инициативу сосредоточиться в первую очередь на технологии токамаков и не тратить силы на менее эффективные пути осуществления термоядерной реакции. Под его руководством IPR, который ранее был второстепенным научным учреждением, стал одной из ключевых организаций ядерной науки в Индии. В 1989 году там был введён в строй первый в Индии токамак под названием «Адиться» (Aditya). В январе 2020 года он отметил 30-летний юбилей безаварийной эксплуатации.    

Для магнитного удержания плазмы в токамаке «Адитья» используются медные катушки внешним радиусов 0,75 м и внутренним радиусом 0,25 м, которые генерируют тороидальное магнитное поле напряжённостью 0,75-1 тесла (Тл) и с максимальным током в плазме 250 кА и длительностью импульса до 250 миллисекунд. Основным результатом его работы стали как формирование большого количества человеческих ресурсов для продолжения термоядерных исследований, так и реальные научные результаты. В частности, экспериментально выяснилось, что строение термоядерный плазмы и способы её удержания сложнее, чем первоначально представлялось в теории. Это, в свою очередь, позволило провести наработку технических средств для удержания плазмы, которые вносятся в том числе как научный вклад в проект ИТЭР.  

Философия, заложенная в проект реактора «Адитья», состояла в том, что на токамаках малой и среднем мощности (каковым он и является), можно тестировать различные новые концепции, технологии и материалы перед тем, как реализовывать их на крупных устройствах. В рамках его дальнейшего развития к концу 2016 года была проведена модернизация – реактор был разобран, а затем собран заново с дополнением новых устройств и изменением конфигурации магнитного поля и дивертора.

Усовершенствованный токамак под названием Aditya-U (буквально Aditya-Upgrade) начал свою работу в январе 2017 года. Одним из результатов его работы, который может быть применён и для ИТЭР – это электромагнитная система впрыска гранул Li2TiO3, которая предотвращает флукутации плотности плазмы и делает её более устойчивой.    Следующим, более крупным токамаком, стал расположенный в том же IPR токамак SST-1 с магнитным полем напряжённостью до 3 Тл, внешним радиусом 1,1 м, внутренним радиусом 0,2 м и током плазмы 220 кА. В нём изначально были применены сверхпроводящие катушки и усовершенствованная конфигурация дивертора, а также был учтён опыт работы других существовавших в мире аналогичных токамаков, например японского TRIAM, что позволило создавать плазменные импульсы длительностью до 650 миллисекунд.  

В декабре 2005 года Индия стала полноправным седьмым участником проекта ИТЭР. Вклад Индии в этот международный проект осуществляется в основном в натуральной форме поставки оборудования. В общей сложности со стороны Индии планируется около 150 различных поставок. Так, индийская компания Larsen & Toubro поставила для ИТЭР криостат, который является крупнейшим в мире сосудом из нержавеющей стали для работы в вакууме. Его масса составляет 3850 тонн, высота - 30 м, диаметр - 30 м. Криостат был установлен на ИТЭР в 2020 году. Кроме того, планируется, что Индия поставит для ИТЭР ещё ряд важнейших элементов оборудования, как, например, криогенные устройства, системы внутреннего экранирования, система охлаждения воды и отвода тепла, ряд систем для диагностики плазмы, источники питания для ряда подсистем, а также оптические волокна, детекторы, спектрометры и оптико-механические компоненты.  

Опираясь как на собственные результаты исследований, так и на научные результаты, полученные в проекте ИТЭР, Индия намерена построить следующий токамак под названием SST-2, который должен вступить в строй ориентировочно в 2027 году. Предполагается, что он будет иметь мощность 100-300 МВт и в нём будет использоваться отечественный свинцово-литиевый керамический бридер и керамический бридер с гелиевым охлаждением. Помимо собственно исследований термоядерных реакций, этот токамак планируется использовать также как источник нейтронов, которые будут использоваться для наработки делящегося изотопа урана-233 из тория-232, а также для трансмутации долгоживущих продуктов деления.    Наконец, следующим этапом индийской термоядерной программы должен стать демонстрационный термоядерный реактор DEMO (не путать с одноимённым проектом международного термоядерного реактора, который должен прийти на смену ИТЭР), строительство которого, возможно, с привлечением иностранных партнёров, намечено ориентировочно в 2037 году.

В долгосрочных планах Департамента атомной энергии Индии – к  2050 году начать строительство двух энергетических термоядерных реакторов мощностью 1000 МВт. В перспективе термоядерная энергетика должна будет стать одним из ключевых элементов в достижении нулевого уровня выброса парниковых газов, которого планируется достичь к 2050 году.

Важнейшее значение для страны имеет производство кристаллов чипов, а также процесс формирования микросхем из кристаллов. Кроме того, пригласят и производителей дисплеев. Сначала Индия планирует развернуть производство микросхем по давно освоенным крупными компаниями техпроцессу. Речь идет о техпроцессах 28–45 нм. Затем, по мере разворачивания производственных площадок разных компаний, Индия планирует стимулировать запуск производства и более современных чипов. Это, фактически, необходимость, поскольку Тайвань и Южная Корея уже освоили 4-нм техпроцесс. Сейчас у Индии большие проблемы с импортом чипов — из-за глобального их дефицита страна недополучает миллионы микросхем, что, конечно же, сказывается на промышленности и экономической ситуации. Правительство страны считает, что если производство будет развернуто внутри государства, то это решит проблему дефицита минимум на несколько лет. Для решения своей проблемы Индия готова выделить $10 млрд. 

Ручная уборка канализационных колодцев – это отвратительное занятие для многих, в то время как для других это единственный способ заработка. Более полумиллиона мусорщиков по всей Индии чистят и утилизируют отходы которые смывают в унитаз. Ежегодно сотни уборщиков в Индии умирают от удушья ядовитыми газами, связанных с канализационными колодцами. Итак, что хорошего в технологиях, если они не могут помочь спасти человеческие жизни? Группа инженеров из Кералы понимая эту проблему решила найти решение. Они запустили стартап Generonbotics, который пытается положить конец смертельным случаям при работе в канализации.  

Команда спроектировала и разработала робота в форме паука под названием Bandicoot, который тщательно очищает люки и канализационные трубы. Робот весит около 50 кг, и ему требуется 15 минут, чтобы прочистить небольшие канализационные трубы, и около 45 минут, чтобы прочистить более крупные.      

Вимал Говинд, генеральный директор компании, сказал – « Наша конечная цель – положить конец ручной уборке мусора в Индии». Робота с дистанционным управлением можно отправить в люк, где он раздвинет свои конечности и очистит сточные воды.«Все операции можно просмотреть на мониторе, – пояснил Говинд. – Робота также можно использовать для проверки сточных вод, помимо промывки канализационных линий. Bandicoot сделает жизнь очистителей канализаций более безопасной. Это поможет им зарабатывать на достойную жизнь, не опасаясь потерять работу».

Индия обладает третьим по величине научно-техническим персоналом в мире и занимает передовые места в области нанотехнологий. Создав мощный суперкомпьютер под названием Pratyush для прогнозирования и мониторинга погоды, Индия стала четвертой страной в мире.  В целях продвижения новых областей науки и техники в стране в году был создан Департамент науки и технологий, который играет роль узлового центра для организации, координации и продвижения научно-технической деятельности. Чтобы получить технические и научные навыки к 2035 году, Департамент науки и технологий также подготовил структуру под названием «Технологическое видение 2035».

Особое внимание должно быть уделено 12 различным областям, таким как образование, медицина и здравоохранение, продовольствие и сельское хозяйство, вода, энергия, окружающая среда. Правительство также отобрало несколько проектов, направленных на поощрение женщин-ученых и проведение исследований в области прикладных наук. Разработана Национальная суперкомпьютерная миссия с целью сделать Индию вычислительной мощью мирового класса. Существует еще множество инициатив по развитию науки Индии, которые помогут продвинуть страну на передовое место в мире.