Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Актуальность. Прогресс во многих важнейших областях, таких как электроника, здравоохранение, науки о жизни, космические и транспортные технологии, основан на достижениях фотоники — науках о свете и фотонных технологиях. Фотоника — одна из основ Индустрии 4.0 в части Интернета вещей, интеллектуальных промышленных систем, продвинутых человеко-машинных интерфейсов и умных датчиков. Рынок фотонных технологий сегодня — это область сильной конкуренции между странами Европы, США и Азии. В 2020 году рынок фотоники в США оценивался в объеме 593,7 млрд долларов. По прогнозам, к 2025 году он достигнет 837,8 млрд долларов при среднегодовом темпе роста 7,1 %. Новые фотонные технологии и рынки характеризуются четырьмя ключевыми трендами: интеграция (компактность и надежность), модульность и платформизация (разработка модулей plug-and-play), возрастающая междисциплинарность R&D-сферы, взаимное пересечение областей применения.
Мировой технологический ландшафт. Фотоника является драйвером развития множества областей, наиболее «горячие» из них — вычисления и коммуникации, науки о жизни и здоровье; новые источники света, освещение и дисплеи; метрология и сенсорика; транспорт; агробиотехнологии. Ведущие мировые компании в области фотоники (IPG Photonics, Corning, Trumpf, LG, NKT Photonics, Samsung, Huawei, Canon, ID Quantique, Coherent и др.) формируют запрос на технологические фронтиры, исследовательская повестка формируется ведущими университетами мира (Stanford Univ., UCF, DTU, GeorgiaTech, ETH Zurich, Aston Univ., Univ. of Southampton, Univ. of Arizona, NTNU, TU Wien, Max Planck Institute for the Science of Light и др.).
Иллюстрация ключевых областей фотоники приведена на рисунке.
Фотонные технологии привели к революционному изменению в области биомедицинской инженерии и формированию биофотоники — области на стыке фотоники и наук о жизни. Ключевые проблемы биофотоники включают в себя создание новых источников излучения, изучение механизмов взаимодействия света с живыми системами, клетками и тканями, инжиниринг модульных фотонных систем и миниатюризацию элементной базы.
Один из уникальных инструментов биофотоники — изучение инфракрасного (ИК) диапазона. Благодаря сильному поглощению излучения среднего ИК-диапазона в тканях человека, можно управлять глубиной проникновения излучения в ткани, путем изменения длины волны света, что открывает новые возможности для прецизионной хирургии и интраоперационной диагностики. Таким образом, основная цель трека — создание компактных и надежных лазерных источников среднего ИК-диапазона в модульном и платформенном исполнении для прецизионной хирургии и интраоперационной in-situ диагностики. Работы в данном направлении предполагают создание широкополосных непрерывных и импульсных перестраиваемых лазерных источников среднего ИК, сверхчувствительных детекторов для биомедицины, сверхузкополосных лазеров, технологических лазеров. С учетом трендов интеграции, модульности и платформизации, предполагается выполнить переход на интегрально-оптическое исполнение источников и детекторов. Таким образом, объединение технологий лазерных источников среднего ИК-диапазона, интегральной оптики и нанофотоники открывает принципиально новую нишу в сегменте компактных и надежных фотонных устройств.
Сегодня готовые решения на рынке фотоники и биомедицинской техники для прецизионной хирургии, совмещенной с интраоперационной in-situ диагностикой отсутствуют. Существующий уровень техники основан на сочетании хирургических лазерных комплексов с эндоскопическими системами, что приводит к увеличению длительности операций, неточной дифференциации здоровых и поврежденных тканей, что является серьезным препятствием на пути перехода к высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения. Анализ исследований по теме "fluorescence guided surgery" (Web of Science) показал, что опубликовано более 2 000 работ (2012 год — первые работы), лидер — Лейденский университет (более 160 работ), активно это направление развивается в Университете Калифорнии (UCLA и Сан-Диего), Гарвардском и Стенфордском университетах.
Ключевые проблемы: технологическая (разработка технологий создания модульных компактных устройств), проблема материалов (новые материалы фотоники среднего ИК и их обработка), проблемы физики лазеров (управление режимами работы лазеров).
Для реализации мероприятий в рамках трека «Фотоника» создан консорциум на базе МГТУ им. Н.Э. Баумана с привлечением ведущих российских и мировых экспертов: Институт Макса Планка по изучению природы света (участвует в создании новых материалов для фотоники среднего ИК), Астонский университет (лазерные источники сверхкоротких импульсов в среднем ИК), промышленный партнер АО «Русатом РДС» (интегратор медицинского кластера госкопорации «Росатом») заинтересован в создании новых технологий «умных» лазеров, также в работе участвуют ведущие академические институты: ФИАН, ИОФ РАН, ИХВВ РАН. Большое сотрудничество налажено с врачами, без которых дальнейшее движение по теме «медицинская фотоника» не возмолжно. Ключевой партнер в этом направлении — Сеченовский университет.
