Игра света: ученые из Приморья разработают растворимые имплантаты и проверят свои теории в космосе

Лазер называют одним из самых важных изобретений XX века. Сегодня он применяется, кажется, везде — от обработки материалов до косметологии и медицины. У дальневосточных ученых есть свои идеи насчет того, как оптический квантовый генератор может помочь в очистке корпусов судов от биообрастателей, в производстве медицинских имплантатов и деталей для космических аппаратов. «Приморская газета» рассказывает, как Центр лазерных технологий Института автоматики и процессов управления ДВО РАН не только решает фундаментальные научные задачи, но и делает ставку на технологические инновации.

В морях
Одна из разработок, над которой сегодня трудятся приморские ученые, связана с подводной лазерной очисткой корпусов судов от биообрастателей: бактерий, водорослей и беспозвоночных животных. Эта проблема сейчас остро стоит во всем мире, потому что каждый месяц в тропических водах мирового океана биообрастание замедляет скорость судна на 10%, а значит, оно становится менее маневренным и на его обслуживание требуется еще больше дизельного топлива. Плюс ко всему суда очищают в сухих доках, а это эксплуатационные затраты.

— От биообрастателей суда защищают краской. Но стоимость процедуры покраски предельно высока, например, для танкеров — около $1 тыс. за 1 кв. м. Однако если поверхность судна хотя бы чуть-чуть шероховата, производители уже не гарантируют, что краска прослужит весь заявленный срок. Мы хотим сделать так, чтобы подводную часть корпусов судов можно было периодически очищать прямо под водой и при этом не повреждать ценную краску, — рассказал технический директор Центра лазерных технологий Александр Никитин.

Макет корпуса щелевого сопла аппарата лазерной подводной очистки

Чтобы решить проблему, Центр лазерных технологий совместно с учеными Института проблем морских технологий ДВО РАН и Национального научного центра морской биологии ДВО РАН разрабатывают роботизированный комплекс. Главная его «фишка» — это лазер. Моряки смогут очищать корпуса своих кораблей прямо в пути. Нужно только нажать на компьютере парку кнопок и опустить запрограммированную машину в воду. Дальше — дело техники. Примечательно, что робот не будет касаться корпуса, а значит, краска останется в целости и сохранности. Пока что испытания проводят в лабораторном бассейне, который находится в Центре лазерных технологий. Но уже в мае прототип подводного робота будет полностью готов к проведению испытаний в Японском море.

— Сейчас в мире такой технологии не существует. Понятно, что в Северном Ледовитом океане особой нужды в ней нет, но в южных широтах с богатым биоразнообразием технология точно будет востребована. С таким запросом к нам уже обращались коллеги из Китая и Южной Кореи, — добавил Александр Никитин. 

Имплантаты на основе магния

В Центре лазерных технологий

Еще одна разработка дальневосточных ученых связана с разработкой технологии изготовления металлических медицинских имплантатов. Сейчас, когда человек ломает ногу или руку, ему заменяют поврежденную кость имплантатами из биосовместимых металлов — циркония, титана, ниобия. Этот метод проверенный и надежный, но у него есть подводные камни: спустя время имплантат нужно удалить, а значит, человеку снова надо лечь под хирургический нож. Наши специалисты предлагают использовать вместо титана магний. Он является неотъемлемым элементом метаболизма человека, а также обладает близкими человеческой кости механическими свойствами.
 

Читайте также:
Ученые из Приморья разрабатывают лекарства на основе бурых водорослей и пигментов морских ежей

— Наш имплантат легко растворяется в организме, потому что чистый магний принимает активное участие в жизнедеятельности физической структуры человека. Но вопрос о том, не сделает ли он это раньше, чем кость срастется, остается открытым. Над ответом сейчас работают наши коллеги из Института химии ДВО РАН, — отметил Александр Никитин. — Только около 10 лабораторий в мире пытаются применить такую технологию. Исследования, например, ведут американцы. Не буду раскрывать всех секретов, но могу сказать, что наши технологические решения сильно различаются. С магнием вообще в мире почти никто не работает, слишком это пожароопасный металл. 

Сейчас перед учеными стоит непростая задача: разработать технологию изготовления имплантатов из чистого магния по электронной геометрической модели методом лазерной порошковой наплавки. В мире это пока не удалось сделать никому.

Космические перспективы

Технический директор Центра лазерных технологий ИАПу ДВО РАН Александр Никитин рядом с лабораторно-исследовательским комплексом лазерной порошковой наплавки

В 2020 году Дальневосточный федеральный университет запустит на орбиту спутник, который разработали студенты. Его особенность в том, что он оборудован специальным контейнером, который по окончании срока эксплуатации аппарата автоматически раскрывает солнечный парус и вызывает естественное торможение. Студенты проверят на практике, как себя проявит их разработка. К проекту предложили подключиться и ученым Центра лазерных технологий ИАПУ ДВО РАН. Они, в свою очередь, будут изучать воздействие факторов полета на детали, полученные из порошковых материалов методом аддитивных технологий с использованием лазерного излучения. 

— У них осталось в спутнике место около 1 дм³. Мы отправим туда образцы из алюминия и магния, которые производим с помощью нашего лазера. Известно, что в глубоком вакууме структура взаимодействия в материале между ядром и электронами меняется. В космосе много факторов, в том числе и радиация, которые мы здесь на Земле не смоделируем, — отметил ученый.— Большие надежды возлагаем на магний. Он сегодня не активно используется в ракетостроении, а между тем этот металл очень перспективен — он полностью сгорает в плотных слоях атмосферы и превращается в пыль.

Времени у ученых будет достаточно: сеансы связи спутника с Землей планируется проводить дважды в день. Спутник сгорит минимум через год после отправления на орбиту. На основе полученных данных ученые могут сделать феноменальные открытия. Если их догадки подтвердятся, то все детали космического аппарата, которые сейчас делают на Земле, можно будет производить прямо в космосе. Нужно только отправить туда металлический порошок и небольшое лазерное оборудование.

— Например, те же самые солнечные батареи меняются раз в три года. Как выходят из этой ситуации во всем мире? Делают их на земле, а потом отправляют в космос. Соответственно, это многомиллионные затраты. Мы хотим понять, как это можно будет делать за пределами Земли при помощи металлического порошка и лазера. С этим легко справится любой космонавт, — заключил Александр Никитин.

Фото Глеба Ильинского