Прикладные междисциплинарные исследования в нано-, био-, инфо- и когнитивных технологиях (промежуточный, этап 2021 года)

В ходе выполнения НИР получены следующие научные результаты: 1) Разработана система передачи данных для реализации на чипе, показана возможность взаимодействия между нейросинаптическими ядрами для реализации аппаратного ускорения нейросетевых алгоритмов. Продемонстрировано, что импульсная нейронная сеть с ингибирующим слоем нейронов способна решать задачу классификации бинарных изображений при обучении с учителем и длительное время сохранять точность классификации после перехода в режим самообучения с использованием локального правила STDP-изменения мемристивного веса. 2) Разработана программная модель мобильного робота и среды его функционирования для оценки качества средств осязательной обратной связи с оператором (тепловых, электрических, компрессионных и вибрационных), позволяющая связывать с разными модальностями разные типы передаваемой информации и собирать данные о корректности принимаемых оператором решений. 3) Исследованы возможные механизмы и созданы новые методы осуществления взаимодействия человека с техническими устройствами с помощью регистрации электроэнцефалограммы, движений глаз и жестов. 4) Сформированы методами аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксии и газофазной эпитаксии из металлорганических соединений эпитаксиальные гетероструктуры с тонкими барьерными слоями (до 15 нм) и in situ пассивацией SiNx на подложках кремния и темплейтах GaN. Разработаны и изготовлены тестовые транзисторы на гетероструктурах, выращенных на темплейтах GaN/Si. 5) Рассмотрены физические процессы, протекающие при попадании быстрого нейтрона или тяжёлой заряженной частицы в микросхему. Предложена методика быстрого анализа радиационной стойкости микросхемы, которая позволяет дать оценку отказоустойчивости полупроводникового устройства. 6) Изготовлены экспериментальные образцы биоразлагаемых скаффолдов на основе гироида с пористостью 85% и диаметром пор 1.6 мм, твердотельная модель экспериментального образца имплантата и сегмента костной ткани методом FDM-печати из полилактида. Разработана концепция тканеподобной биоискусственной клеточной системы на основе синтетических биоразлагаемых полимеров как технология заместительной медицины длительного применения. 7) Проведена подготовка образцов микробиома кожи, полученных от различных пациентов с нормой и патологией кожи, к метагеномному исследованию. Подготовлен образец эмульсии на основе фикоцианина, выделенного из биомассы Arthrospira platensis. Проведены комплексные исследования по уточнению факторов, влияющих на стабильность состава, цвета и качественных характеристик эмульсии. 8) Проведены экспериментальные исследования с использованием методик регистрации электрокардиограммы и фотоплетизмограммы. Доказано, что по показателям степени согласованности работы сердца и сосудов возможно выявить недостаточность кровоснабжения головного мозга, возникающую при сосудистых нарушениях вертеброгенной и невертеброгенной природы. 9) Показана возможность последовательного извлечения фикоцианина, хлорофиллов и каротиноидов из биомассы Arthrospira platensis без потери качества целевых продуктов. 10) Показана возможность создания биотопливных элементов с биопленкой почвенных бактерий на аноде. Предложен вариант транспорта протонов из анодной камеры в катодную с использованием солевого мостика с добавлением полимера ПЭДОТ:ПСС. 11) Проведены эксперименты по культивированию микроводорослей Chlorella vulgaris в лабораторном фотобиореакторе с использованием оптоволокна в качестве источника света. Проведены эксперименты по культивированию цианобактерий Arthrospira platensis в плоскопараллельном фотобиореакторе при естественном освещении и диатомовой микроводоросли Cylindrotheca closterium для получения фукоксантина. 12) Изучено взаимодействие нейрональных клеток с материалом электродов на основе электропроводящего гидрогеля. Предложен вариант катода для биотопливных элементов с использованием подходов органокатализа.