Студенты NU с первого курса становятся частью исследовательских команд и уже в годы обучения начинают работать над собственными проектами. Анель Уразалиева впервые оказалась в настоящей исследовательской лаборатории во время обучения в магистратуре NU по специальности «Биомедицинская инженерия». Сегодня она работает научным сотрудником и занимается разработкой наногеля для фотодинамической терапии рака. Докторант четвёртого курса Юсуф Шахин разрабатывает роботизированную систему для обследования линий электропередачи и выявления неисправностей с помощью искусственного интеллекта.
В этом году оба исследователя получили государственный грант «Тәуелсіздік ұрпақтары» в категории «Наука», учреждённый Министерством культуры и информации Республики Казахстан.
Анель Уразалиева пришла в науку из клинической медицины. Сегодня она работает старшим научным сотрудником в группе по изучению фотонных материалов и биофотоники (Photonic Materials and Biophotonics) под руководством профессора Chang-Keun Lim.
Команда ищет способ сделать фотодинамическую терапию более точной и эффективной. Идея возникла в одной из дискуссий с профессором во время учебы в магистратуре.Тогда Анель предложили изучить возможности фотодинамической, рентгеновской и протонной терапии и найти способы повысить их эффективность и точность воздействия на опухоль.
“Мой тезис посвящен наночастицам для фотодинамической терапии раковых заболеваний. После окончания магистратуры – я осталась работать в группе профессора, в качестве научного сотрудника (RA). На данный момент я написала две научные статьи. Они опубликованы в международных научных журналах, где за два года их прочитали более 10 тысяч раз и процитировали 36 раз ученые со всего мира”, — поделилась Анель.
Сегодня одни из основных методов лечения рака — химиотерапия и лучевая терапия. Однако они воздействуют не только на опухоль, но и на здоровые ткани. Фотодинамическая терапия позволяет действовать точнее, но у нее есть существенное ограничение: свет проникает в ткани всего на несколько миллиметров.
“В организм вводят специальное безвредное вещество, которое при облучении светом начинает вырабатывать активный кислород и разрушает раковые клетки прицельно. Проблема в том, что свет проникает в ткани всего на несколько миллиметров. Поэтому фотодинамическую терапию сегодня применяют в основном при поверхностных опухолях. До опухоли, которая находится глубоко внутри тела, свет просто не доходит. Наше решение: сделать так, чтобы источник света находился внутри самой опухоли”, пояснила Анель.
Для этого ученые разрабатывают наногель с лантаноидами — редкоземельными элементами, которые позволяют создать источник свечения внутри опухоли и активировать его дистанционно. Свет после поглощения фотосенсибилизатором выделяет реактивные формы кислорода (ROS — reactive oxygen species), которые разрушают раковые клетки изнутри. Наногель работает как губка с несколькими компонентами, расположенными внутри и на близкой дистанции к друг другу. Цель — активизировать его благодаря малым дозам рентгеновского или протонного излучения. Пока проект находится на доклинической стадии. Исследователи проводят эксперименты на клетках рака молочной железы и колоректального рака.
“Именно ради этого я в своё время ушла из клинической медицины в науку: врач помогает конкретному пациенту здесь и сейчас, а исследование, если оно сработает, меняет саму схему лечения для десятков тысяч людей по всему миру”, отметила она.
Сейчас Анель также обучает новых молодых сотрудников (RА) из числа магистрантов и студентов бакалавриата. В дальнейшем она планирует поступить в докторантуру и продолжать работу над проектом, чтобы довести разработку наногеля до практического применения.
У Юсуфа Шахина задача совсем другая — и связана она с электричеством. Докторант четвертого года обучения по программе PhD в области робототехники Школы компьютерных наук и искусственного интеллекта (NU SCAI) проводит исследования в лаборатории по преобразованию энергии и управлению движением (Power Conversion & Motion Control) под руководством профессора Ton Duc Do и соруководством доктора Ahmad Bala Alhassan.
Исследователь разрабатывает роботизированную систему для обследования линий электропередачи. В ней объединяются робототехника, компьютерное зрение, мультиспектральное восприятие и искусственный интеллект. Задача — научить систему замечать то, что человек может обнаружить только во время сложного и длительного обследования: тепловые аномалии, повреждения проводов и дефекты элементов инфраструктуры. Масштаб задачи впечатляет. Протяженность линий электропередачи в Казахстане составляет около 28 тысяч километров, и их обследование требует значительных трудозатрат.
“Согласно национальной программе модернизации, средний уровень износа сетей электроснабжения составляет 76%. В 2023 году Казахстан также потерял 9,72% произведённой электроэнергии при её передаче и распределении, тогда как среднемировой показатель составил 6,95%. Эти потери представляют собой не только энергетическую, но и экономическую проблему для энергосистемы”, — рассказывает Юсуф.
Его проект должен объединить сразу несколько компонентов: роботизированную платформу, алгоритмы искусственного интеллекта для поиска неисправностей и систему непрерывного мониторинга линий электропередачи. Главную роль здесь играет ИИ.
“Искусственный интеллект, работающий на бортовом компьютере, обеспечивает основную функцию визуального анализа системы. В перспективе собранные системой данные могут использоваться для прогнозного анализа технического состояния объектов, помогая операторам энергосетей выявлять развивающиеся неисправности и более эффективно планировать техническое обслуживание”, — пояснил молодой ученый.
Сейчас Юсуф испытывает свою роботизированную платформу на экспериментальном стенде NU, созданном для тестирования робототехнических систем на линиях электропередачи. Команда также занимается другими задачами в области энергетики. Под руководством доктора Ахмада Альхассана (Ahmad Bala Alhassan) исследователи разрабатывают системы управления энергопотреблением на основе ИИ для гибридных ветровых и солнечных микросетей.
Для обоих исследователей наука — это не только лабораторные эксперименты, но и решение практических задач. Именно возможность заниматься такими исследованиями еще во время учебы позволяет молодым ученым NU постепенно проходить весь путь — от идеи и первых экспериментов до разработки технологии, которую в будущем можно будет применять за пределами лаборатории.
