Наука преобразует жизнь к лучшему. В этом абсолютно уверена д.т.н., профессор, заведующая кафедрой информационных компьютерных технологий РХТУ им. Д.И. Менделеева Элеонора Кольцова.  В свой день рождения профессор Кольцова рассказала о пути, который привел ее в Менделеевский университет, о своих научных пристрастиях, о прорывных работах и талантливых исследователях кафедры.

— Элеонора Моисеевна, поздравляем с прошедшим вчера Международным женским днём и с наступившим сегодня днём рождения! Позвольте личный вопрос: как Вы стали математиком-вычислителем, неужели мечтали о такой профессии с детства? Как судьба привела Вас в Менделеевский университет?

— Спасибо большое за все поздравления и теплые слова в мой адрес. Удивительно, но в средних и старших классах школы действительно мечтала о такой профессии. Я росла в удивительное время, когда вышло знаменитое стихотворение Бориса Слуцкого «Физики и лирики»: 

Что-то физики в почете.

Что-то лирики в загоне.

Дело не в сухом расчете

Дело в мировом законе.

<...>

Спорить просто бесполезно,

Так что даже не обидно,

А скорее интересно

Наблюдать, как словно пена,

Опадают наши рифмы.

И величие степенно 

Отступает в логарифмы.

Эти стихи вышли в ответ на дискуссию, которая разразилась на страницах газеты «Комсомольская правда» между известным писателем Ильей Эренбургом и двумя кибернетиками, одним из которых был член-корреспондент РАН Алексей Ляпунов из славного семейства математиков Ляпуновых. Действительно, дело было в «мировом законе», о чем свидетельствуют Нобелевские премии того времени среди советских ученых: 1956 г. -  Н.Н. Семенов, 1958 г. – И.Е. Тамм и др., 1962 г. – Л.Д. Ландау, 1964 г. – Н.Г. Басов и А.Н. Прохоров.

В то же время вышел фильм с Алексеем Баталовым, Иннокентием Смоктуновским, Татьяной Лавровой о работе физиков-ядерщиков «Девять дней одного года» (1962). Ну как здесь не захотеть стать «физиком», а не «лириком»? Но больше всего на меня повлияли книги двух писателей: Даниила Гранина («Иду на грозу» об открытиях и судьбе двух разных физиков) и Митчела Уилсона. Я зачитывалась книгами Уилсона. Он был не только удивительный писатель, но и еще очень хороший физик, работал с Энрико Ферми. Прототипами его героев были русские ученые за рубежом Владимир Зворыкин и Борис Грабовский. Я буквально вживалась в жизнь этих людей, проходила с ними весь путь к открытию, это было интересно, увлекательно, волнительно. Это настолько запало мне в сердце, что захотела именно так проживать свою жизнь — с верой, что наука преобразует жизнь к лучшему.

В 11-м классе увлеклась математикой, поэтому выбрала раздел вычислительной математики, наиболее близкий к физике. И, конечно, не зря, потому что именно расчеты для баллистических ракет, спутников, космических кораблей, атомных реакторов и много другого привели к расцвету этой науки. Потом Томский государственный университет, мехмат. Стажировка и дипломная работа в вычислительном центре СО РАН в группе под руководством академика Г.И. Марчука, где я решала задачу о возможности захоронения ядерных отходов в глубинах Тихого океана. Расчеты показали, что этого делать нельзя. В Новосибирском академгородке была удивительная научная атмосфера. Потом поступила в аспирантуру на кафедру кибернетики Менделеевского университета, которой руководил академик В.В. Кафаров, а атмосфера была такой же хорошей.

— Цифровизация коснулась почти всех областей нашей жизни, для нашего университета она — важнейшая часть эволюции, трансформации. Чем Вы и Ваша команда увлечены сейчас? Как изменилась тематика исследований на кафедре в свете глобальных событий, санкций?

— Что касается цифровизации, то я не стала бы ее выдвигать в качестве всеобъемлющего лозунга. Цифровизация по сути стала на сегодня частью нашей жизни и, согласно мнению экспертов разных стран, тренд на новые цифровые форматы продолжает усиливаться. Что же касается моих личных научных пристрастий, то я давно занимаюсь процессами самоорганизации, эволюции. Поэтому, конечно, всегда интересовали два вопроса: почему в процессе эволюции возникают диссипативные структуры (открытые, живые системы, которые оперируют вдали от термодинамического равновесия), как это происходит?

На первый вопрос отвечает дисциплина – термодинамика необратимых процессов. Поэтому мои научные работы связаны с развитием работ Нобелевского лауреата И.Р. Пригожина, который показал роль таких функций как производство энтропии и вторая вариация энтропии, показал, что они являются функциями Ляпунова, родственника участника спора о физиках и лириках. Роль первой термодинамической функции Ляпунова (производство энтропии) заключается в том, что она прокладывает нам путь к открытию закономерностей (на кончике пера) как открытых ранее экспериментально, например, законам Стокса, Фурье, Фика и др., так и совершенно новым законам: дробления, агрегации, коалесценции и др. Роль второй термодинамической функции Ляпунова вдали от равновесия (второй вариации энтропии) открыла нам путь к поиску явлений, процессов, являющихся осцилляторами.

На вопрос о том, как это все происходит, как раз и отвечают аппараты, которые мы развиваем: вычислительной математики, качественной теории дифференциальных уравнений, бифуркационного анализа, теории детерминированного хаоса, фрактальной геометрии и т.д. В общем, это все интересно, увлекательно, захватывает, и, главное, приносит новое знание и поэтому является чрезвычайно полезным. 

Что касается научной увлеченности команды, то во многом мы пересекаемся, так как многие члены команды являются моими учениками. Ассистент Владимир Костиков ведет расчеты по тепловой конвекции примесей лития в новом проектируем аппарате, в котором возникают диссипативные структуры. Аппарат нужно сконструировать таким образом, чтобы не было застойных зон, и в результате получить чистый литий. Доцент Виолетта Василенко много лет работает с развитием аппарата дробных производных для массопереноса во фрактальных средах. Мы впервые получили разностные схемы для расчета уравнений с дробной производной и применили этот подход для расчета межфазных слоев в процессах экстракции и реэкстракции, в топливных элементах.

Наши доценты и аспиранты продолжают работы по созданию цифровых двойников, в их числе — лабораторные работы для бакалавров с отработкой аварийных ситуаций с помощью цифрового двойника производства метанола,  виртуальные работы химического практикума по созданию цифрового двойника химической лаборатории для обучения операторов оборудования. Совместно с факультетом технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов занимаемся 3D-проектированием для утилизации особо опасных отходов. 

Доцент Иван Митричев занимается компьютерным дизайном новых катализаторов, в результате можно получать новые аналоги с заданными свойствами. 

Продолжаются работы в области искусственного интеллекта: это и создание новых эволюционных алгоритмов; и работы с большими данными по исследованию процессов измельчения; работы по машинному зрению (под руководством доцента Дмитрия Зубова) для распознавания образов бактерий в биотехнологических процессах. 

Что касается влияния санкций, то все программное обеспечение, которое у нас есть, лицензионное. Лицензии у нас действуют, поэтому мы можем вести научные исследования. Также мы сейчас прорабатываем вопрос о создании в РХТУ им. Д.И. Менделеева собственного пакета программных модулей.

— Ваши прорывные работы находят дополнительную грантовую поддержку, связаны с федеральным проектом «Приоритет-2030»? Какие разработки обладают хорошим экономическим потенциалом?

— Нашу работу по созданию группы цифровых технологий для водородной энергетики поддержали в рамках программы «Приоритет-2030». Цель нашего проекта заключается в разработке вычислительных технологий для создания и оптимизации современных электрохимических устройств и технологий на их основе, подготовке цифрового инструментария для кадров в отрасли водородной энергетики.

В 2020 г. Правительством Российской Федерации утвержден план мероприятий «Развитие водородной энергетики в Российской Федерации до 2024 г.». Переход к новому энергоносителю – водороду, а также концепция распределенной энергетики невозможны без эффективных электрохимических устройств для генерации электроэнергии и тепла из водорода и для получения водорода. Конечно, мы ожидаем от этой работы хорошего экономического эффекта.

Также мы сейчас ожидаем результатов по совместному конкурсу с Институтом топлива, катализа и электрохимии им. М.В. Сокольского (Казахстан) по созданию цифрового двойника в области очистки CO2, находимся на стадии заключения договора с АО «Гиредмет» по работам, связанным с моделированием распыла расплава металлов. 

— Расскажите о молодых исследователях кафедры. Какие к Вам приходят студенты и аспиранты? Достойная менделеевская смена растет?

— Я расскажу о трех молодых исследователях. Об Анне Шаневой, которая сейчас готовит диссертацию к защите, и двух аспирантах Михаиле Бабкине и Михаиле Воронине. Анна у нас на кафедре работает и заведующим лабораторией, и ассистентом. Ее исследовательская работа касается исследования и моделирования процессов получения керамоматричных композитов на основе кислородных и бескислородных матриц. Конечно же, мы не могли самостоятельно взяться за эту работу, если бы у нас не было поддержки руководства в области экспериментальных исследований со стороны коллег с кафедры химической технологии керамики и огнеупоров. В данном случае речь идет о доценте кафедры Нелле Поповой, с которой наша кафедра сотрудничает на протяжении последних 7—10 лет. Для расчета именно этих уравнений математической модели были получены и применены схемы для моделирования уравнений распределения пор и зерен в композитах по размерам. Результаты экспериментальных исследований и вычислительного эксперимента позволили получить оптимальные условия получения композитов: Al2O3-ZrO2-УНТ; SiC-MgAl2O4-УНТ, SiC-B с высокими характеристиками свойств для использования этих материалов в оборонной, авиационной, космической отраслях промышленности.

Михаил Бабкин — аспирант кафедры информационных компьютерных технологий (ИКТ) и одновременно сотрудник департамента информационных технологий, занимается исследованием и моделированием процесса измельчения оксида алюминия (эксперименты проводились также под руководством доцента Нелли Поповой). 

На основе вариационного принципа минимума производства энтропии мы нашли зависимость для диаметра частицы, устойчивой к дроблению. И на основе вычислительного эксперимента мы теперь можем подбирать условия: скорость вращения, соотношения мелющих тел, размер мелющего шара, при которых можно получить заданный размер. Дело в том, что в процессах керамики размер порошка матрицы является очень важным фактором, влияющим на свойства спеченного композита.

Михаил Бабкин в этом году возглавил нашу команду на конкурсе мэра г. Москвы «Лидеры цифровой трансформации» 2022 года, где было порядка 3500 айтишных команд со всей России. Команда РХТУ вышла в финал и заняла почетное 4-е место. В прошлом году в таком же конкурсе, но с другой задачей мы заняли 3-е место, но все равно это очень хороший результат.

И, наконец, Миша Воронин – аспирант кафедры ИКТ. Миша занимается моделированием получения устойчивых наночастиц в системе «диоксид циркония — диоксид церия». Экспериментальные исследования проводились д.х.н. Гавриловой Н.Н. на кафедре коллоидной химии. 

Мы с Михаилом Ворониным на основе принципа минимума производства энтропии развили теорию устойчивости коллоидов (ДЛФО),  получили параметры структурной составляющей расклинивающего давления между частицами. И впервые в мире получили в явном виде зависимость для так называемой «константы» агрегации от физико-химических параметров процесса агрегации. 

Конечно, такие исследователи являются достойной сменой. Они толковые, хорошо программируют, они быстро обучаемы, в них заинтересованы крупные компании. 

— Какими знаниями и умениями должен обладать абитуриент, который захочет учиться у Вас? Какие качества ценит приветствует в своей работе профессор Кольцова? Как они помогают в исследованиях?

— В этом году мы принимаем в бакалавриат 105 абитуриентов, в магистратуру примерно 17 абитуриентов. Последние три года у нас идут такие большие наборы. Практически 25% студентов на факультете набирает наша кафедра ИКТ. Если говорить обо всем университете, то у нас самый большой набор. Еще мы обучаем практически всех магистров по дисциплине «Информационные технологии в образовании». Это большая ответственность и нагрузка, особенно сейчас, когда от нас ушли зарубежные партнеры кафедры (компании «Майкрософт», «Хоневелл») в связи с введением санкций. И мы это очень сильно ощущаем. У нас были крепкие партнерские отношения на протяжении десятилетий. Главная задача кафедры — быть открытой системой, ведь любая закрытая система деградирует. Поэтому мы привлекаем партнеров из Российской Федерации и дружественных стран, преподавателей из институтов РАН, особенно тех, кто занимается программными разработками, открываем новые специальности. 

Какие качества абитуриента я приветствую? Это мечта сделать открытие, любознательность, желание трудиться, быть стойкими и не бояться допускать ошибки. Ценить дружбу. А программировать мы научим.