Одна сцена в фильме «Интерстеллар» очень точно передает момент, к которому многие ученые стремятся всю жизнь. Мёрф бежит по коридору с записями в руках, бросает бумаги в воздух и кричит: «Эврика!», приводя в изумление своих коллег. «ЭТО ТРАДИЦИОННО», — смеется она. Что произошло дальше, показано лишь вскользь: из идеи Мёрф возникает космический корабль, достаточно большой, чтобы перевезти значительную часть населения Земли с умирающей планеты. Мучительный процесс разработки идеи — доказательство ее работоспособности, получение финансирования для масштабирования и бесчисленные часы инженерных работ, необходимые для ее реализации — изящно опущены в кинематографическом видении.
Если просмотреть новостные сообщения о научных исследованиях, то можно обнаружить целую галактику подобных моментов «Эврики». Открытий в лабораториях не хватает. Ученые, как с восторгом сообщают заголовки, нашли новые способы извлечения водорода (решение энергетического кризиса), новые методы извлечения CO2 из воздуха (борьба с глобальным потеплением), новые применения графена (суперматериала, который должен произвести революцию во всех отраслях — от полупроводников до электрических батарей). Но годы идут, а мы по-прежнему ездим на бензине, выбрасываем больше CO2, чем любая существующая машина может уловить, и производим графен по граммам.
По словам специалиста в области инноваций, проблема не в отсутствии инноваций. «Подумайте об этом в четырех этапах. Первый — это исследование, проводимое исключительно в режиме открытия, — говорит он. — Второй — это инновации — поиск нового применения для исследования. Третий — это предпринимательство — если вы нашли применение, можете ли вы сделать из этого бизнес? Четвертый — это развитие этого предпринимательского пути до чего-то, что может оказать большое влияние. Все эти четыре вещи не могут находиться в одном человеке». Он добавляет, что огромная разница между производством чего-либо в объеме 5 мл и 500 литров. Другими словами, ученым-исследователям необходимо работать с инженерами и промышленностью, чтобы воплотить свои идеи в жизнь.
Профессор хорошо знает эту проблему, когда он пытался масштабировать свое открытие «черного золота». Изменив как промежутки между золотыми наночастицами, так и их размер, его команда смогла синтезировать материал, который мог преобразовывать CO2 в зеленый топливный метан, используя солнечную энергию при атмосферном давлении и температуре. Его исследование было отмечено научным журналом в 2019 году. Перспектива? Искусственные деревья с листьями из высокоэффективных солнечных панелей, которые могли бы помочь в улавливании углерода и одновременно производить экологически чистое топливо. Проблема? Скорость преобразования CO2 в метан была недостаточно эффективной. Профессор говорит, что работает над решением, вводя в процесс еще один металл.
Исследования наноматериалов страдают от проблемы масштабируемости, как было отмечено в научной статье. Элементы проявляют новые и захватывающие свойства в нано-масштабе. Но их массовое производство известными методами не обязательно воспроизведет эти свойства. Профессор также отмечает еще одну проблему, с которой он сталкивается: превращение фундаментального открытия в бизнес — и получение необходимых разрешений и поддержки для этого. «Мы предложили создать некоммерческую компанию, поскольку не можем делать все в нашей лаборатории. Но нам не дали разрешения», — говорит он. Кроме того, ему трудно убедить промышленность инвестировать в эту идею — они хотят, чтобы он продемонстрировал исследование в масштабе, которого он не может достичь в своей лаборатории. «В идеале промышленность должна прийти и сказать: «Давайте сделаем это вместе», — говорит он. Но есть еще надежда: он ведет переговоры с крупной металлургической компанией. «Я сказал, что мне нужно не только финансирование. Это должно быть реальное сотрудничество. Мы должны сделать что-то вместе, что можно масштабировать и что будет коммерчески жизнеспособным. Мы начали переговоры, и они собираются посетить мою лабораторию».
Он отмечает, что научные институты начали добиваться успехов в поощрении создания большего количества стартапов внутри своих рядов, ссылаясь на успех одного из институтов. Масштабирование — это инженерная проблема, которая продолжает бросать вызов новаторам. Некоторые отрасли более дружелюбны, чем другие: оборона, аэрокосмическая промышленность и фармацевтика — это области, где коммерциализация идей поддерживается промышленностью и научно-исследовательскими институтами, которые обладают достаточной мощью для масштабирования.
РЕШЕНИЕ С МНОГИМИ ПРЕТЕНДЕНТАМИ
В 2018 году аспирантка синтезировала один из самых тонких материалов в мире. Исследование было посвящено применению двухмерных наноструктур на основе металл-боридов. Одно из них — повышение эффективности твердого ракетного топлива до 78%. Добавление нано-добавок на основе бора к твердому ракетному топливу позволяет топливу гореть при более низких температурах. Ракетам также потребуется меньше добавок (которые традиционно могут составлять 30% веса топлива). И это стоит в 40 раз дешевле, чем материалы, используемые в настоящее время. Организации, занимающиеся обороной и космическими исследованиями, выразили заинтересованность. Но исследование могло бы и не состояться, если бы аспирантка не смогла его продемонстрировать. На раннем этапе ей был необходим доступ к твердому ракетному топливу, чтобы продемонстрировать свою гипотезу. Но она и ее научный руководитель сотрудничали с другим профессором, который изучал улучшение текучести твердого топлива. Используя это, она смогла реализовать свою идею и получить возможность для тестирования в пилотном масштабе. Хотя и военные, и космические организации видят пользу в ее исследованиях для своих ракет, ее исследования имеют разнообразные применения, включая использование в качестве электродов для батарей, выделение водорода путем электролиза воды и в качестве передового материала для твердофазного хранения водорода. Аспирантка теперь планирует создать стартап, который будет предоставлять материальные решения для различных технологий.
ИСКУССТВО ПЕРЕОРИЕНТАЦИИ
До пандемии ученые работали над техникой использования инструмента редактирования генов для диагностики серповидноклеточной анемии, что привело к созданию нового метода. Когда первая волна пандемии вызвала острую потребность в быстром и точном тесте, они нашли промышленного партнера и приступили к работе. Новый тест получил нормативное одобрение и использовался для тестирования в городах. С появлением мутантных штаммов ученые быстро обнаружили, что их тесты можно перепрофилировать для выявления уникальной сигнатуры варианта. Их прототип может тестировать варианты быстрее, чем секвенирование генома. Доктор, старший научный сотрудник, чья работа привела к новому тесту, говорит, что технологию можно адаптировать для диагностики любых изменений в нуклеиновых кислотах. От эпидемиологического надзора до персонализированной медицины и даже биотехнологии в сельском хозяйстве — его метод тестирования может стать многофункциональным инструментом для медицинских работников во всем мире.
ОТКРЫТИЕ СВЯТОГО ГРААЛЯ
Если есть одно прорывное открытие, которое преследуют ученые во всем мире, то это метод эффективного производства графена в больших масштабах. Графен продемонстрировал многообещающие свойства. Он может заменить кремний и стать полупроводником следующего поколения в чипах, он может создавать батареи, которые хранят гораздо больше энергии, чем эквиваленты на основе литий-ионов, и которые можно заряжать быстрее, он может служить идеальным материалом в аэрокосмической промышленности, будучи одновременно легким и невероятно прочным. Проблема? Он работает лучше всего, когда это монослой, и его изготовление занимает много времени и неэффективно. Массовый синтез высококачественного графена является огромной необходимостью, говорит исследователь. С этой целью его команда отделила графит от графена с помощью специального оборудования. Он говорит, что это «ультрабыстрая и масштабируемая техника, которая может быстро отделить графит на высококачественный, не содержащий дефектов графен в субкилограммовом масштабе, без использования каких-либо растворителей или химических веществ». Следующий шаг? Помимо работы по укреплению графена, команда находится в процессе дальнейшей доработки процесса и изучения возможности патентования, а также вывода продукта из лаборатории на рынок.
ОТ ЛАБОРАТОРИИ К СЕТИ
Ситуация улучшается, но многие ученые по-прежнему рассматривают другие страны как лучшую модель для поощрения научных исследований. В стране предпринимаются усилия по улучшению связи ученых с промышленностью и соответствующими партнерами. Было объявлено о создании «Кластеров совместных исследований» в нескольких местах. По сравнению с ситуацией десятилетней давности, ситуация улучшилась. Работа в одном из центров вселяет оптимизм. «Я думаю, что произошли огромные улучшения, — говорит он. — Создание наборов для ПЦР — отличный пример. Раньше нам приходилось импортировать эти наборы. В течение двух-трех месяцев местные стартапы смогли их создать. И они выжили, даже после того, как другие страны резко снизили цены на свои наборы. Сегодня страна экспортирует эти наборы. Было сотрудничество между разными городами — когда в стране что-то идет не так, все объединяются и делают удивительную работу по сотрудничеству». Нетворкинг имеет решающее значение для ученого с идеей или инновацией. «Где я найду этих людей, необходимых для того, чтобы вывести исследовательскую проблему из лаборатории на уровень производства?» — спрашивает он. Организация работает над связью научно-исследовательских институтов, академических кругов и промышленности с инвесторами, уделяя особое внимание нескольким секторам. Приводится в пример диагностический стартап, которому нужны качественные данные из больниц. Таким стартапам нужны очищенные данные, но многие больницы ведут записи в аналоговой форме. Организация помогла связать стартап с необходимыми больницами, создав двусторонний поток коммуникации. Другая социальная сеть стремится связать всех — от потенциальных основателей до специалистов по данным и экспертов по цепочкам поставок. Изменения возможны, но со временем. И страна не может в одночасье стать инновационной сверхдержавой. Согласно последнему экономическому обзору, страна тратит всего 0,65% своего ВВП на научные исследования и разработки. Это также может быть связано с бизнесом: «Все неудачные компании одинаковы: они не смогли избежать конкуренции». То, что страна пытается произвести впервые, многие другие страны могут уже производить в больших масштабах и конкурентоспособно. Только настоящие инновации могут дать стране преимущество. И на это нужно время.