[Учебный процесс в IT, Образование за рубежом, Биотехнологии, Химия] Какие образовательные возможности предлагает новый центр Инфохимии в Университете ИТМО

Ответить на тему

Автор

Сообщение

news_bot ^®

Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286

news_bot ^® написал(а)
07-Дек-2020 02:30

Цитировать

Ранее на Хабре мы обсудили тему молодежной робототехники и междисциплинарный подход к развитию в этой области. Сегодня сфокусируемся на несколько ином направлении и поделимся нашей беседой с Екатериной Скорб, директором центра инфохимии Университета ИТМО, приглашенным профессором в Гарварде и групп-лидером в институте Макса Планка.

На фото: профессор Екатерина Скорб. Источник: news.itmo.ru

Послушать беседу: Apple Podcasts · Яндекс.Музыка · Podfm · Аудиоверсия на YouTube.

Какими могут быть разработки в этой областиТаймкод — 00:24Екатерина: Мы занимаемся новым направлением — междисциплинарной инфохимией. Эта область затрагивает все, что связано с кодированием, хранением и обработкой информации на молекулярном уровне. Когда в таком контексте звучит слово «информация», вы понимаете, что химик должен находится там, где понимают, что такое теория информации, поэтому я работаю в Университете ИТМО. Здесь в какой-то момент проявили интерес к естественно-научному направлению, а потом интегрировали его с инженерной и математической базой.В нашем центре химики предлагают новые подходы к решению сложных проблем — занимаются информацией в самоорганизующихся системах, изучают их синтетические аналоги и проводят фундаментальные исследования в этой области. Одно из направлений — осциллирующие реакции и электрохимические системы. С ними удобно работать. Мы смотрим, как их запускать синхронно и настраивать систему так, чтобы получить «порядок из хаоса».Дмитрий: Как я понимаю, такие исследования пригодятся в целом спектре отраслей — от хранения данных до разработки новых вычислительных систем и медицинских гаджетов?Екатерина: Если мы перейдем к управлению на молекулярном уровне, применение будет очень широким. Мы надеемся, что сможем продвинуться в этом направлении. Пока работаем с биологическими системами — ищем те, на основе которых можем предложить предсказательные модели и новые подходы — например, занимаемся разными типами биопленок.

Когда возникла проблема бактерий, устойчивых к антибиотикам, ученые начали разбираться, как они живут и коммуницируют. Выяснилось, что они делают это с помощью небольших молекул — передают друг другу сигналы, запускающие процесс размножения, как только попадают в благоприятные условия. Мы можем взять подобную систему в качестве модели — допустим, запускать автокаталитическое размножение схожим образом, потом выделять такие молекулы [либо ингибиторы] периодически.

Так можно найти различные подходы для отправки «сигналов» биологическим системам. Но хорошо бы вообще делать большую часть всего этого математически. Тут можно вспомнить Алана Тьюринга и его работу по химическим основам морфогенеза, которую любят биологи. Поэтому сейчас мы разбираемся с этой темой с точки зрения теории информации, чтобы понять, сможем ли мы управлять и использовать такие системы для вычислений. Подобные исследования возможны только в связке с людьми, которые специализируются на данных областях знаний.Проектирование для потребителяТаймкод — 05:31Дмитрий: Вы работаете с темой на фундаментальном уровне, чтобы объяснить, как добиться такого эффекта и воспроизводить его?Екатерина: Я иногда говорю, что мы собираем биологические и химические системы, которые работают так же хорошо, как системы транзисторов. Например, мы делаем локальные градиенты и посылаем локальные сигналы, а потом смотрим, как происходит синхронизация в нашей химической и биологической системе, описываем математические зависимости. Какие-то процессы запускаем не на одном электроде, а одновременно — на 25-30 электродах. Находим состояния и режимы, когда несинхронные процессы приводят к синхронизации в системе.Если говорить простыми словами, то настраиваем все так, чтобы можно было использовать такую химико-биологическую систему в потребительском сегменте. Допустим, в диагностике.Дмитрий: Наклейка на кожу, которая будет показывать результат определенных измерений?Екатерина: Или будет мониторить концентрацию натрия и калия, которая связана с обменом веществ, а вы — будете понимать, все ли в порядке. Пока мы пытаемся выявить некие корреляции. Один из последних примеров показал, что у людей в арабских странах содержание меди ниже среднего. Возможно, это связано с рационом. Но если вы измеряете не только медь, но и цинк, кальций, магний, натрий и делаете это постоянно в формате носимого устройства, анализ с помощью систем ИИ позволит выявить закономерности и специфику целевых групп. Например, признаки определенных заболеваний или спортивных тренировок. От этих выводов можно отталкиваться для разработки тренировочных программ и стратегий лечения пациентов.Дмитрий: Такой подход упростит и сам процесс сбора данных.Екатерина: Да, мы работаем над этим. С коллегами мы занялись не только проектированием химических сенсоров, но и функциональных приборов — сделали прототип портативного потенциостата. Далее его можно миниатюризировать, переводить в гибкие форматы.Кто еще занимается такими задачамиТаймкод — 12:33Дмитрий: Получается, у вас в комплексе теоретические и практические разработки?Екатерина: Да. Как раз для этого и поддержали наш центр инфохимии. Теперь это не только моя группа, которая занимается фундаментальными проблемами. Есть весьма прикладные — цифровизация пищевых технологий, разработка и внедрение портативных устройств и другие.Дмитрий: Уже идет работа над продуктом.Екатерина: Да. Тут еще важно, что все это очень понятно для магистров и аспирантов. Они сами проявляют инициативу и подают заявки на гранты. Основное финансирование — РНФ и РФФИ, но я надеюсь, что в какой-то момент будет поддержка и от меценатов, которых заинтересуют амбициозные задачи, и они начнут инвестировать в исследовательскую деятельность.

На фото: профессор Екатерина Скорб. Источник: news.itmo.ru

Здесь я чуть больше двух лет. До этого долго работала в институте Макса Планка, где у меня была научная группа. Еще — в Гарварде, у самого цитируемого химика современности Джорджа Уайтсайдса. Занималась фундаментальным направлением, таким как возникновение жизни на Земле. Эту работу поддерживал фонд Саймонса.Будет отлично, если у нас появятся похожие примеры. Допустим, инвесторы заинтересуются разработкой искусственной клетки и самовоспроизводящихся систем.Такие задачи можно решать только с помощью усилий междисциплинарных групп. Как только нам вместе удается выявить зависимости и построить предсказательные модели для сложных систем, мы их подтверждаем и запускаем дальнейшие разработки.

Дмитрий: Расскажите, пожалуйста, подробнее о центре, различиях специалистов по профилю и о том, как вы вовлекаете младших коллег в свою деятельность.Екатерина: Наша группа выросла из химико-биологического кластера — там есть две образовательные программы. Мы пропагандируем подход, который условно можно назвать «образованием через науку». У ребят есть серьезные исследования, каждый ведет свой проект и отвечает за него. Магистры — это основа, но есть и аспиранты, и постдоки.Тем, кто хотел бы присоединиться к одной из группТаймкод — 15:36Я готова работать с любым человеком, кому интересна инфохимия. Задачи найдем. Мы ждем хороших химиков и математиков, если у них есть интерес к междисциплинарной работе. На текущий момент коллектив вырос до нескольких независимых групп. Два моих постдока получили свои РНФ-гранты на запуск научных групп. Потом выделилась еще пара групп — химометрики и биомиметики. Сейчас все они оформились в научных центр инфохимии.Еще у нас появилась группа вычислительной химии. Она помогает транслировать студентам многие вопросы, которые невозможно решить с моделями. Все, что в водных растворах; выпадение осадка; изменения системы в процессе адаптации. Можно говорить и о разработке «самозалечивающихся» материалов и о том, как собрать имплантаты внутри живых организмов. Взаимодействие с медиками привело к тому, что мы запустили группу биоэлементологии, занялись функциональным питанием. Все это у нас происходит достаточно органично.

Все-таки альтернативы текущим разработкам всегда нужны, и я решила, что мне было бы интересно что-то предложить и сделать в направлении инфохимии. В мире мало кто этим занимается, потому как нужен тесный контакт со специалистами разного профиля, но как раз здесь — в Университете ИТМО — такая возможность есть. Допустим, если вы хотите заняться темой наноструктурирования поверхностей, системами умной доставки, которые можно регулировать светом, током, а они самоадаптируются в целевой среде — например, очищаются от бактерий. Ресурсы для этой работы и научные группы у нас есть.

На фото: профессор Екатерина Скорб. Источник: news.itmo.ru Дмитрий: Могли бы вы что-то порекомендовать с точки зрения пререквизитов и бэкграуда для тех, кто хотел бы присоединиться к вам? Каких людей вы ждете в своем новом центре?Екатерина: Мы ждем тех, кто готов доводить дело до конца — публиковаться в высокоимпактных журналах или выводить на рынок и условные прилавки аптек свои сенсоры. Если это хороший химик, у нас есть возможность научить его современным подходам в математике и программировании. В обратной ситуации — покажем модельные биологические и химические системы, дадим базис для решения сложных проблем. Нужно быть готовыми учиться.Дмитрий: Возможны оба исходных направления?Екатерина: Да. Мы хотим распространить такой подход и на бакалавров, а потом и школьников. Чтобы они знакомились с научными проектами. Так, в школе 239 уже есть химбио-направление. Мы хотим видеть выпускников таких образовательных учреждений у себя в университете.Дмитрий: Приличный горизонт планирования для подготовки новых специалистов.Екатерина: Если вы понимаете, что прорывы ожидаются в междисциплинарных областях, то это перспективный подход. Но в Университете ИТМО мы предлагаем не только это, а еще и обширную инфраструктуру для развития софт-скиллз и личностного роста.Больше возможностейТаймкод — 26:58Дмитрий: Все-таки междисциплинарный подход во многом подразумевает обучение на лету и передачу знаний из рук в руки. Учебников по последним достижениям, конечно, не бывает.Екатерина: Поэтому мы и говорим, что это — образование через науку. Мы вовлекаем наших учеников в подготовку публикаций для высокоимпактных журналов, еще они могут поехать на практику. Одни уже поработали в Гарварде, другие — взаимодействовали с коллегами из института Макса Планка. Это — стажировки в топ-10 вузах мира, если необходимо для проекта.

Мы не говорим о «научном туризме». Наши подопечные вовлечены в значимые проекты и осознают свою ответственность, а мы — показываем им передний край науки.

Дмитрий: Они продолжают заниматься своей научной работой и расширяют базу за счет таких стажировок. Не меняют направление, не переключаются ради какой-то разовой поездки.Екатерина: Да, но это требует согласования. Например, моя группа сотрудничает с NUS, и мы всегда обсуждаем со студентами, как сделать такое взаимодействие максимально продуктивным. Допустим, с точки зрения научных публикаций. Хотя по большей части многим и не требуется куда-то обязательно ехать. У нас можно сделать все, что связано с электрохимией и аналитической химией — лаборатории прекрасно оборудованы. Необходимость стажировок определяется с помощью индивидуального подхода к тому, чем занимается каждый из студентов.Дмитрий: Пока все это возможно при поддержке государства.Екатерина: Фонды государственные. Но вообще-то это фактически мы — налогоплательщики. Поэтому я считаю, что нужно рассказывать о науке, а проекты, нацеленные на продукт, могут заканчиваться выгодными конкурентными разработками с привлечением соинвесторов.У нас есть опыт таких переговоров, хотя формальностями больше занимаются юристы, а мы — специализируемся на том, что до нас мало кто делал в этой области. Наша группа — третья из тех, что занимаются инфохимией, помимо группы Джорджа Уайтсайдса и польских коллег.

Прорывы ожидаются именно в таких — естественнонаучных направлениях. В мире понимают, что подобный подход перспективен. Так, в научный совет нашего центра входит Жан-Мари Лен, нобелевский лауреат и основоположник супрамолекулярной химии. Я думаю, что такое взаимодействие необходимо для развития.

Мы работаем над контролируемыми электрохимическими осциллирующими системами и системами доставки веществ, когда есть каскад реакций и периодическое выделение. К прикладным и фундаментальным исследованиям в этих областях в мире есть большой интерес.Как выглядит рабочий день Екатерины СкорбТаймкод — 37:38Дмитрий: Если смотреть на ваше взаимодействие с международным сообществом и коллегами здесь, как выглядит ваш рабочий день? Как вам удается найти время, чтобы разобраться, чем занимается каждый из ваших подопечных?Екатерина: Даже если я что-то не успеваю, я делаю все по максимуму. Зачастую мне хватает и четырех часов сна. В начале дня в лаборатории мы проводим общее совещание или обсуждаем тематические проекты. До этого ребята присылают все свои наработки к текущему моменту — мы смотрим, что сделано, планируем развитие. Далее идут индивидуальные встречи. Мы садимся и думаем, что уже можно оформить в научную статью, как она будет выглядеть и так далее.Какая-то часть времени уходит на написание научных проектов и административные моменты. Иногда бывают интервью. Как то, которое мы записываем сейчас. Я считаю, что это важно.Еще мы организуем встречи в духе Art&Science со специалистами из других сфер деятельности.Извините, данный ресурс не поддреживается. :( По мере завершения рабочего дня — это чтение и подготовка своих статей, какие-то переговоры. Кроме меня у студентов есть менторы на уровне других групп-лидеров, постдоков и аспирантов. Но мне всегда нужно понимать, что у всех есть задачи, как минимум, на две-три недели. Тогда можно оценивать прогресс и видеть, что человек делает максимум из того, что можно было бы осуществить, исходя из имеющихся ресурсов. Мы действительно много вкладываем в наших учеников. На этот счет моя совесть чиста. Мы делаем общее дело, и я надеюсь, что все, кто идут рядом, делают для этого максимум. Тогда и получаются интересные результаты.Другие интервью в нашем подкасте:

===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:

Теги для поиска: #_uchebnyj_protsess_v_it (Учебный процесс в IT), #_obrazovanie_za_rubezhom (Образование за рубежом), #_biotehnologii (Биотехнологии), #_himija (Химия), #_universitet_itmo (университет итмо), #_ekaterina_skorb (екатерина скорб), #_infohimija (инфохимия), #_himikobiologicheskie_sistemy (химико-биологические системы), #_magistratura (магистратура), #_aspirantura (аспирантура), #_obrazovanie_zarubezhom (образование зарубежом), #_nosimye_ustrojstva (носимые устройства), #_blog_kompanii_universitet_itmo (
Блог компании Университет ИТМО
), #_uchebnyj_protsess_v_it (
Учебный процесс в IT
), #_obrazovanie_za_rubezhom (
Образование за рубежом
), #_biotehnologii (
Биотехнологии
), #_himija (
Химия
)

Профиль ЛС

Ответить на тему

Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы

Текущее время: 22-Ноя 08:58
Часовой пояс: UTC + 5