Финалистка «Лидеров России 2020» работает над созданием уникальной нейросети

11 февраля во всем мире отмечают Международный день женщин в науке. Этот праздник был утвержден резолюцией ООН в 2015 году. В 2020 году к основному конкурсу «Лидеры России» – флагманскому проекту президентской платформы «Россия – страна возможностей» – были добавлены профильные специализации, в том числе «Наука». Среди 214 полуфиналистов трека «Наука» 2020 года 178 – мужчины (83%) и 36 – женщины (17%). Участница конкурса «Лидеры России» рассказала о своей работе, прорывных открытиях и роли женщины в современной российской науке. Финалист специализации «Наука» конкурса «Лидеры России 2020», профессор, директор научно-образовательного центра инфохимии (НОЦ Инфохимии) Университета ИТМО Екатерина Скорб из Петербурга работает в России с 2017 года. До этого ее карьера развивалась за рубежом, в частности в Германии и США. В Россию Екатерина вернулась потому, что считает лучшим местом для внедрения междисциплинарных специальностей. После переезда стала работать на должности профессора в Университете ИТМО и основала группу «Инфохимии». В прошлом году эта группа после получения Екатериной и ее коллегами большого числа научных грантов выросла в НОЦ Инфохимии, где Екатерина стала директором. По словам молодого профессора, в раннем детстве она хотела пойти по стопам родителей и стать врачом. Вместе с отцом-хирургом присутствовала на операциях, а с мамой акушер-гинекологом – на родах. Но после побед на олимпиадах по химии, решила пойти на химический факультет. Екатерину подключили к различным проектам в лаборатории, решению интересных вопросов создания фотоуправляемых химических систем, фотокатализаторов. В 2005 году окончила с красным дипломом химический факультет БГУ. В 2008 году с отличием защитила диссертацию по физической химии после аспирантуры в БГУ и Макс Планк Институте Коллоидов и Межфазных Поверхностей. С 2009 по 2013 года была постдоком и стипендиатом Гумбольдта в MPIKG (кафедра Межфазных поверхностей), работая под руководством профессора Хельмута Мевальда. С 2013 года руководила группой в MPIKG на кафедре Биоматериалов, где директор – профессор Питер Фратцл. В 2016-2017 годах была приглашенным профессором в группе одного из самых цитируемых химиков современности профессора Джорджа Уайтсайдса в Университете Гарвард. Сейчас основное направление работы группы под руководством Екатерины – изучение химических процессов и создание функциональных материалов, способных перестраивать свою структуру как отклик на внешние воздействия. Данные процессы и технологии позволили предложить очень широкий спектр систем – от самозалечивающихся покрытий и гелей, капсул для лекарств и «умных» имплантатов, материалов солнечной и водородной энергетики до создания фотоуправляемых искусственных ионных каналов, позволяющих модулировать поведение бактериальных биопленок и продвинуться в создании химического компьютера. По мнению Екатерины Скорб, сегодня существует тенденция рассмотрения важных проблем с привлечением интердисциплинарных областей. Эта проблема привела к тому, что в Университете ИТМО, возник НОЦ Инфохимии, где одно из основных направлений деятельности – информационные технологии – рассматривается в совершенно для него новом направлении: на молекулярном уровне и в химических системах. Как рассказывает профессор, работы команды НОЦ печатают в ведущих мировых изданиях, ее и коллег выдвигают на различные премии. В прошлом году, Екатерина стала финалистом специализации «Наука» конкурса «Лидеры России 2020», получила премию им. Д.И. Менделеева Правительства Санкт-Петербурга за выдающиеся научные результаты в области науки и техники, а именно, за изучение реакционно-диффузионных процессов на границе полимеров и полупроводников для создания систем биомедицинского назначения. Также профессор была награждена медалью «Памяти академика Н.М. Эмануэля» за выдающиеся научные достижения в области химической и биохимической физики, где было отмечено, что работы ее команды внесли значимый вклад в исследование механизмов светоуправления свойствами наноразмерных полиэлектролитных планарных слоев, расположенных на поверхности широкозонных полупроводников. «В частности, можно отметить, что впервые продемонстрировано обратимое увеличение толщины полиэлектролитных слоев от 100 нм до 800 нм, сопровождающееся изменением модуля Юнга покрытий более чем на 2 порядка за счет протекания фотохимических процессов на поверхности диоксида титана. Разработанные методы дают новый стимул к развитию физической химии поверхностных явлений и нелинейных процессов, происходящих на границе раздела фаз при активировании и релаксации системы внешними электромагнитными полями», – пояснила Екатерина Скорб. В настоящий момент команда Екатерины успешно завершила разработку химической гибкой платформы, способной работать как несколько электронных компонентов. Профессор разъясняет, что современные твердые электронные компоненты не могут изменять свои характеристики. Разработанные НОЦ Инфохимии Университета ИТМО гибкие гидрогелевые платформы могут быть перепрограммированы и работать как конденсатор, резистор, диод и мемристор. Такое динамическое нелинейное поведение и способность запоминать информацию, записанную электрическим током, в мемристивном состоянии дает возможность использовать эти платформы как материальную нейросеть – химический перцептрон. Таким образом, сейчас команда Екатерины сосредоточена на создании физического воплощения нейросети для записи и обработки информации на ней. Аналогов подобных систем на данный момент существует крайне мало. «Разработка таких систем требует интердисциплинарного подхода и кооперации ученых из различных университетов с многогранным опытом. В Университете ИТМО созданы все условия для благоприятного развития подобных проектов. Перцептрон является прототипом работы человеческого мозга. Он состоит из слоев с узлами, которые имитируют нейроны, в данных узлах происходит обработка информации в соответствии со значимостью и весом информации, которые выражаются коэффициентами. В нашем химическом перцептроне такими слоями будут являться электроды из жидкого сплава галлия и индия, соединенные гидрогелями, в которые будут добавлены различные молекулы. Стремительно развивающаяся область обработки больших данных требует дорогостоящих вычислительных мощностей. Химический перцептрон откроет путь к использованию альтернативных методов вычислений и обработки информации. Это позволит упростить и удешевить такие расчеты, переведя их из бинарного языка в химический», – прокомментировала директор НОЦ Инфохимии Университета ИТМО Екатерина Скорб. Другая глобальная задача, которую сейчас решает команда Екатерины, это предсказание свойств новых функциональных материалов. Как отмечает профессор, создание дизайна новых материалов в настоящий момент осуществляется строго эмпирически. Появление моделей, предсказывающих свойства новых материалов на основе химической информации, позволит значительно ускорить развитие химии и материаловедения, а также даст ученым мощный инструмент для нахождения ответов на сложные вызовы современности. Для Екатерины наука – это и работа, и хобби. Поэтому 24 часа семь дней в неделю, она доступна для обсуждения различных идей и вопросов. По ее мнению, лучший отдых – смена активности, и в науке, это возможно. В лаборатории, она включается в обсуждение и планирование экспериментов, законченные результаты оформляет в научные статьи для изданий, новые идеи подает на получение грантов, с индустриальными партнерами обсуждает их проблемы и как научные подходы, могут помочь их решить, периодически представляет с командой работы на научных конференциях, готовят лекции и семинары для талантливых ребят с фокусом на «Образование через науку». Дополнительная информация на официальном сайте: ЛидерыРоссии.рф.