http://93.174.130.82/digest/showdnews.aspx?id=2e0fddbe-e5fa-445d-b60c-e19da4e4828a&print=1© 2024 Российская академия наук
Когда я сказал Игорю Владимировичу Кукушкину, главному научному сотруднику Института физики твердого тела РАН, члену-корреспонденту РАН, что инициаторы создания Центра экстремальных состояний материи (см. «Выход из платоновской пещеры» в «Эксперте» № 32 за 2012 г.) приглашают его к сотрудничеству в проекте и рассчитывают на него как на главного инноватора, он немного обиделся: «Мне это не вполне приятно. Я считаю себя больше физиком, который занимается фундаментальными исследованиями в области физики полупроводников».
Но когда я добавил: «Они рассчитывают на вас как на человека, который умеет реализовывать и коммерциализировать достижения физики», он согласился: «Это правда, так уж получилось».
Кукушкин с коллегами уже создал три предприятия, занятых разработкой приборов на основе результатов своих фундаментальных исследований и их продвижением на рынки России и мира, и готовит к регистрации еще два. Не так много есть академиков и членкоров РАН, которые сочетают высокий уровень научных исследований с успешной предпринимательской деятельностью. А получилось это в какой-то мере случайно, хотя, как и в любой случайности, в этом была своя закономерность.
Мы решили обсудить с Игорем Кукушкиным, в чем была закономерность, а в чем случайность.
— Закономерность была в том, что я, еще обучаясь в Физтехе, попал на работу в Институт физики твердого тела РАН в Черноголовке. Мы родились практически одновременно с научным центром Академии наук. Он в 1957 году, я в 1958-м. Когда я поступал в Физтех, мне очень хотелось работать в Институте физических проблем. Но на третьем курсе стало понятно, что дома жить и работать, конечно, удобнее. Поэтому я перевелся в Институт физики твердого тела и в 1980 году получил здесь диплом. Через два с половиной года я защитил диссертацию — это уже был 1983 год. А в 1987-м я уехал в Штутгарт, в лабораторию Нобелевского лауреата Клауса фон Клитцинга — он меня туда пригласил.
Когда я приехал в Германию, то был сильно ошарашен тем, что Клитцинг выдал мне сразу два миллиона марок на покупку оборудования. Но с волнением удалось справиться, и примерно за полгода лаборатория была создана. И существует по сей день. В ней я работаю с несколькими сотрудниками до сих пор, когда удается выбраться из России.
Для меня это некая отдушина. В России у меня большая лаборатория, и мне поработать на установке самому здесь уже практически не удается. Я могу только ставить задачи и обсуждать результаты измерений, которые выполнены моими учениками. Все установки оккупированы молодежью. А в Штутгарте, когда я приезжаю, я получаю ни с чем не сравнимое удовольствие от исследований, проведенных собственными руками, от которого я отказываться не собираюсь.
— Каково основное направление ваших научных интересов?
— Признаюсь, звучит это сложно: исследование квантовых когерентных состояний низкоразмерных электронных систем с сильным взаимодействием при низких температурах и в сильном магнитном поле в условиях дробного квантового эффекта Холла и вигнеровской кристаллизации. Однако, если говорить о прикладных исследованиях, то это исследования терагерцевого диапазона излучения, то есть электромагнитного излучения, спектр частот которого расположен между инфракрасным и сверхвысокочастотным диапазонами, границы которого составляю примерно 1011–1012 герц. Терагерцевое излучение легко проходит сквозь большинство диэлектриков, но сильно поглощается проводящими материалами и некоторыми диэлектриками. Например, одежда, дерево, пластик, керамика для него прозрачны, а металл и вода — нет. Но в наибольшей степени нас интересовал субтерагерцевый диапазон — 200–400 гигагерц, в котором прозрачность веществ значительно больше, чем на частотах, превышающих 1000 гигагерц.
Приборы, работающие в этом диапазоне, могут обладать значительными преимуществами перед другими устройствами, использующими электромагнитное излучение, такими, например, как томографы или рентгеновские аппараты, поскольку различные вещества имеют информативные спектральные характеристики именно в терагерцевом диапазоне. С помощью терагерцевой подсветки можно определять их физико-химический состав, обнаруживать его изменения или нарушения, находить инородные включения и так далее. С помощью терагерцевого прибора можно отличить пластид от пластмассы, определить наличие отравляющих веществ и измерить их концентрацию. За счет более глубокого проникновения терагерцевого излучения в толщу исследуемого объекта можно (по изменению характеристик излучения) получить объемное изображение объекта, то есть сделать сканер. Многие специалисты уверены, что со временем именно на базе субтерагерцевого диапазона будет построена вся передача информации, скорость которой тем больше, чем больше несущая частота.
Проблема заключалась в том, что в этом частотном диапазоне, который получил название «терагерцевая щель», оказалось очень сложно создать и генераторы излучения, и приемники.
— И как удалось эту проблему решить?
— Мне с коллегами, в том числе с Клитцингом, удалось обнаружить новое физическое явление — преобразование электромагнитных волн в плазменные волны двумерных электронов в полупроводниках. Дело в том, что поверхностный слой полупроводника образует квантовую яму толщиной порядка 100 ангстрем. А в графене, про который сейчас все любят говорить, — та же самая квантовая яма, но толщиной три ангстрема. Квантовая яма — это потенциальная яма*, которая ограничивает подвижность частиц, в данном случае электронов, с трех измерений до двух, тем самым заставляя их двигаться в плоском слое. Электроны в такой яме называются двумерными и ведут себя как плазма. И они колеблются вместе, а не по отдельности, как бы взявшись за руки. И колебания электронной плотности напоминают волны на воде. Этот двумерный слой по своим характеристикам напоминает металл, но не трехмерный, а двумерный, поверхностный.
А двумерность от трехмерности отличается как небо от земли.
Именно в этом слое под воздействием облучения субтерагерцевым излучением возникает плазменная стоячая волна, частота которой зависит от частоты света, и ее можно измерять. То есть на этой основе можно создать спектрометр. Обычные спектрометры — это очень большие, дорогие приборы. А в этом случае получился спектрометр размером с микросхему — маленький и дешевый. В свою очередь, на основе этой микросхемы можно сделать не только спектрометр, но и сканер безопасности. И это открывало большие перспективы для его коммерческого применения. Но мы вряд ли смогли бы ими воспользоваться, просто потому что ни я, ни кто другой в моей команде не знал, как реализовать эту возможность, если бы не случайность.
— И что именно произошло?
— Именно в это время к нам и ряду прочих российских физиков обратились представители венчурного фонда «Тройка Диалог» Артем Юхин и Андрей Вакуленко, которые «прочесывали» российскую физику в поисках перспективных прикладных проектов. Пока я рассказывал им про композитные фермионы — есть такая экзотическая тема в физике полупроводников, созвучная с физикой элементарных частиц, они, в общем, не очень внимательно слушали, понимая, что это никак не решает их задач. А потом они спросили: а что-нибудь прикладное есть? А у нас как раз тогда шла работа по плазменным волнам и по терагерцевому излучению. И мы собирались писать статью о результатах очередного этапа исследований. Но представители «Тройки» попросили ее пока не публиковать, а сначала подать заявку на патент. И объяснили, что эта заявка на патент нужна, чтобы на ее базе организовать компанию по реализации патента, инвестировать туда деньги, купить необходимое оборудование и двигаться к разработке уже коммерчески реализуемых изделий. Вот тогда для реализации этих планов была создана первая компания — «Терасенс».
— То есть вы решились на бизнес только благодаря «Тройке Диалог»?
— Если бы их не было, не было бы ничего. Мы смогли решиться, только имея поддержку с их стороны, когда они сказали, что «вы должны делать свое дело, а мы за вас все сделаем, что необходимо для организации и ведения бизнеса.
В финансовом отношении кроме «Тройки Диалог» нам также сильно помогло подмосковное правительство, которое выделило средства, чтобы вырастить наукоемкие компании на базе научных институтов Подмосковья. Но управлять компаниями и следить за ними они не брались. Они искали венчурные фонды с условием: давайте мы половину вложим, и вы половину вложите. А следить будете вы. И эта их инициатива удачно совпала с усилиями «Тройки». И две наши компании, «Терасенс» и «Инспектор», о которой я еще скажу, пользуются финансовой поддержкой подмосковного правительства. А вдогонку, уже на стадии дофинансирования, подключилась «Роснано», потому что компания развивалась успешно.
Для меня занятие бизнесом еще чрезвычайно важно и потому, что у нас появилась возможность показать всем практические результаты своей работы, что называется, в металле. Всю жизнь у меня было ощущение, что я не могу ответить своим одноклассникам или родственникам на вопрос: а чем, собственно, я занимаюсь? И даже если получается объяснить, то выясняется, что сделать что-то полезное для людей на этой основе совершенно невозможно. И это приводило к комплексам.
— Как дальше шла разработка?
— Мы понимали физику явления, но для создания сканера требовалось, во-первых, поднять рабочую температуру, на которой велись первые разработки, с четырех градусов Кельвина до комнатной. Во-вторых, разработать детектор излучения, причем не одиночный, а многопиксельную матрицу, по образу и подобию тех, которые используются в традиционных фотокамерах. Причем довести эту разработку до уровня, обеспечивающего возможность серийного производства. И это нам удалось.
Для этого в лаборатории установили «чистую комнату», в которой наладили производство матриц. Одновременно договорились с несколькими российскими микроэлектронными фабриками об их промышленном производстве.
В комплекте с матрицей пришлось разработать и соответствующий источник излучения — терагерцевую вспышку. Дело в том, что естественное, солнечное освещение в терагерцевой области спектра очень слабое и рассчитывать на него при съемке не приходится. Причем источник нужен дешевый. Слово «дешевый» абсолютно ненаучное, но экономически оно самое главное. Потому что мы можем сделать прибор, который будет стоить миллион долларов, но, кроме нас, он никого не заинтересует. Поэтому с самого начала стояла задача: цена-цена-цена ниже-ниже-ниже. И излучатель на частоте 100 гигагерц, который мы сами довели до довольно низкой цены, помогает нам получить изображение всех предметов при пространственном разрешении три миллиметра.
В результате получился терагерцевый фотоаппарат, который имеет многопиксельный матричный детектор, маленькую вспышку-подсветку, работающую в субтерагерцевой области частот, и объектив, который мы делаем сами из тефлона.
— В чем преимущество вашего сканера по сравнению с традиционными?
— В системах безопасности терагерцевые приборы конкурируют, во-первых, с металлоискателями, недостаток которых состоит в том, что они позволяют определять наличие только металлических предметов. Если взрывчатка — пластит, а вместо гаек и болтов гранитная крошка, то металлоискатель их пропускает. В терагерцевой области прекрасно под одеждой видно и пластит, и гранитную крошку. Во-вторых, в системах безопасности используются рамки, которые объезжают вокруг человека. Они дорогие, стоят порядка 250 тысяч долларов. И ту и другую системы террористы научились обходить. Небольшой, относительно дешевый (в разы дешевле всех имеющихся систем) фотоаппарат, разработанный нами, позволяет при необходимости вести съемку и скрытно.
Разработка терагерцевого сканера-фотоаппарата была первым шагом в нашей предпринимательской деятельности. Следующим стало создание, тоже с помощью «Тройки Диалог», второй компании — «Инспектор», которая занялась разработкой спектрометра на основе уже рамановского эффекта.
— В чем его суть?
— Эффект Рамана — неупругое рассеяние оптического излучения на молекулах вещества, которое сопровождается заметным изменением частоты излучения. При этом в спектре рассеянного излучения появляются спектральные линии, которых нет в спектре первичного — возбуждающего света. Число и спектральное положение появившихся линий, а также их относительная интенсивность определяются молекулярным строением рассеивающего вещества и позволяют определить его состав.
Мы сумели сделать маленький прибор. Маленький — это значит, что вес всего прибора, со всеми контроллерами, лазерами, решетками, где-то 700–800 граммов, то есть он помещается на ладони. А в памяти компьютера содержится база данных на рамановские спектры порядка 10 тысяч веществ. Если, например, подставить под лазерный луч в этом приборе таблетки из аптеки, то можно определить, из чего они сделаны, то есть не сфальсифицировано ли это лекарство. Или определить подлинность драгоценных камней. Когда мы этот прибор представляли на выставках «Роснано», было много дам, желающих проверить свои украшения. И было много разочарований, когда вместо алмаза оказывалось, что это фианит или другие дешевые материалы.
— Наверное, нет отбоя от желающих получить этот прибор? Ведь проблема фальсификации продуктов у нас весьма актуальна.
— Напротив, нас удивило, что, хотя фальсификация лекарств в России действительно носит массовый характер, интерес у органов контроля, у тех, кто сидит в тех же аптеках, прибор не вызвал. Новый прибор можно ведь использовать и для контроля качества бензина и керосина, которые, как известно, тоже фальсифицируют. Но и производители бензина и керосина, видимо, понимая, что у них не все чисто, не особенно хотят приобретать эти приборы. Первой реагировала таможня, которая закупила около 50 приборов для проверки подлинности драгоценных камней.
На этих же принципах, кстати, можно сделать прибор, который был бы дома у каждого, для проведения анализов, которые мы ходим сдавать в поликлинику: и крови, и мочи, и слюны. И он у нас в планах. На том же рамановском эффекте мы разработали микроскоп, который позволяет получить разрешение порядка микрона. При этом уже можно определить не только каков материал изучаемого образца, но и более тонкие его характеристики. Например, алмаз — натуральный или искусственный, из какого месторождения. Определить его примеси и дефекты. Все то, что очень сильно влияет на цену алмазов. За поддержкой этого микроскопа мы обратились в Сколково. Но Сколково не финансирует так просто. Они требуют софинансирования от какой-то компании. И тогда мы создали новую компанию «Рамикс», в которую на паях со Сколково вложила деньги наша же ранее созданная компания «Инспектор».
В Сколково мы пошли еще с одной компанией — «Акваспек», которую пока только создаем. Она будет заниматься оценкой качества воды.
Все мы пьем воду из-под крана, откуда угодно, в бутылках покупаем, хотя она тоже из-под крана. Человечество научилось бороться с загрязнениями воды с помощью хлора. Но выяснилось, что хлорорганика ведет к раковым опухолям. Фактически ее сейчас запрещено использовать — и по всему миру, и в России, где есть решение прекратить использование хлора к 2013 году, — то есть осталось полгода. Хлор даже хранить на водоканале — это некий риск, и страховые компании требуют, чтобы с 2013 года каждый водоканал страховался на огромные суммы. Все хотят избавиться от хлора, а хорошего альтернативного решения не существует.
— А озонирование?
— Озонирование тоже ведет к раку из-за возникновения активных радикалов. Но оказалось, что именно в России довольно давно, в 1970-х, был придуман метод, который очень успешно борется с микроорганизмами, лучше, чем хлор, с помощью полимера — полигексаметиленгуанидина (ПГМГ), сложную химическую формул, которого я по аббревиатуре запоминаю. Он обволакивает бактерии и вирусы, лишая их путей для поддержания жизнедеятельности. И выигрывает у хлора во всем. Самое главное, он значительно более безопасен, по крайней мере, до сих пор не выявлены существенные отрицательные воздействия на человеческий организм при малых концентрациях полимера.
Но его содержание в воде тоже надо контролировать, его не может быть больше 10–7. Поэтому надо уметь измерять концентрацию полимера с точностью лучше, чем 10–8. А методов для этого до сих пор не было. То есть вещество есть, а применить его никак нельзя. Тем не менее его уже пытаются использовать. И довольно успешно: действительно вода идет чистая.
Мы попробовали, и оказалось, что мы можем сделать прибор, который, работая на раман-люминесцентных свойствах, будет с точностью до 10–8 за две секунды измерять концентрацию этого полимера. И не только измерять, но и поддерживать концентрацию на заданном уровне с помощью автоматизированной системы управления, которую нам самим пришлось разработать. Что уже совсем от нас далеко. Но чего не сделаешь ради таких целей. Ведь это уже решение задачи всемирного масштаба — миллиарды людей пьют грязную воду.
Но везде нужно лобби, потому что мир так устроен. И пробиваться своими силами недостаточно. Сигнал где-то затухает. Нужно довольно высоко забираться и объяснять, что проблему надо решать, помогать государственными средствами. Даже не финансированием, а просто разрешительными какими-то указами. И поэтому мы решили, что Сколково нам в этом может помочь, и с этой задачей тоже пошли туда просить помощи. В большей степени даже не финансовой, а административно-командной. Сейчас этот проект на рассмотрении. Я надеюсь, что такая компания будет сделана и она будет сфокусирована на экологии воды.
Но меня на старости лет больше всего стала интересовать биология. Вот почему мы обратились к задаче секвенирования ДНК. И создаем соответствующую установку. Секвенирование — это считывание последовательности нуклеотидов. Но ДНК — это более сложная штука, чем просто последовательность нуклеотидов. Там кроме последовательности букв есть окружение, замены. Цитозин, например, может заменяться на метильные группы, и концентрация этих метильных групп, как отпечаток пальца, характеризует состояние иммунной системы. Если метильных групп больше определенного процента — значит, старение уже включилось; если меньше чего-то, то прогрессируют раковые опухоли. И это тоже надо уметь считывать. А современные секвенаторы этого не умеют.
А мы, используя опять-таки рамановский метод и мембрану с маленькой нанодырочкой, через которую мы протаскиваем ДНК, распрямляя ее в электрическом поле, можем считывать, пока она проходит, не только буквы-нуклеотиды, что умеют и другими способами делать, но и все эти гидроксильные, метильные группы, о которых вообще начали думать только лет десять назад, но которые необходимы для анализа состояния организма.
Причем мы не разрываем молекулу ДНК, как современные секвенаторы. Мы пытаемся работать с одиночной молекулой, очень длинной, не разрывая ее и протягивая через мембрану туда — обратно. И мы взялись за эту супертяжелую задачу. Много кто хочет инвестировать в эту разработку, включая известные американские компании. Но понятно, что такая задача будет решаться даже не три года. Там все очень сложно. Под эту задачу мы тоже создаем компанию, которая, я надеюсь, вскоре заработает.
— Как строится взаимодействие между вашими предприятиями и Институтом физики твердого тела?
— Главная проблема — это права на интеллектуальную собственность. Если человек что-то придумал, кому это принадлежит — ему или институту? В рабочее время он это придумал или в нерабочее? А кроме того, часть сотрудников работает и в институте, и за границей в компаниях. Как в таком случае делить интеллектуальную собственность?
Раньше такой вопрос не возникал. Но сейчас в академию пришли администраторы, которые говорят, что проблему надо решать буквально при помощи скальпеля, а это процесс очень болезненный. Я еще не знаю, как это сделать, но ясно, что когда мы решаем задачки, связанные с очисткой воды или секвенированием ДНК, это не имеет прямого отношения к работе ИФТТ, потому что план работы института иной. Но сомнения все равно возникают. В сутках — двадцать четыре часа. Где ты это придумал, где ты разговариваешь с людьми. И не используешь ли ты институтское оборудование.
Решение должно быть разумным. И администрация института это понимает, она у нас очень дружественная. Она заинтересована, чтобы при институте возникали предприятия, подобные нашим. И институт тоже хочет участвовать в создании подобных компаний. И такая компания есть — это «Инспектор микро». Но из-за несовершенства законодательства, регулирующего работу таких организаций, существование ее нелегкое.
Предъявить к нам претензии непросто. Раз в пять лет у нас проходит аттестация. Главная ее тема — какие исследования проведены, сколько статей опубликовано, в каких журналах, какой индекс цитируемости. Аттестацию мы проходим блестяще, формально никаких претензий к нам нет. И мы знаем, что если последовать жесткому разделению: уволься из института, создай компанию где угодно и живи независимо, то проиграет институт и компания. А кто выиграет? Я не знаю. Поэтому так делать нельзя.
Но все институты тоже проходят аттестацию. И там галочки ставят. Нет предприятий — значит, «минус». Есть предприятия — «плюс». Дальше «плюсы» и «минусы» складываются, институты ставятся по рейтингу, и плохие просто уничтожаются. Такое соревнование. Бюрократы и чиновники хотят формализовать все, считать баллы и не задумываться. Это, конечно, удобно: нажал на «enter» — и получил ответ: это надо закрывать, этих надо увольнять. А внутри институтов есть просто бриллианты. Но над этим не хотят даже думать.
— Многие разработчики создают на стадии стартапа фирмы для того, чтобы потом их выгодно перепродать. Вы тоже собираетесь так поступить или думаете дальше развивать ваши компании до промышленного уровня?
— Вопрос, конечно, интересный. Здесь, как у меня уже складывается впечатление, цели у нас с инвесторами разные. Потому что у инвесторов задачи две: войти и выйти. Вторая задача — выйти — для них даже более важная. У меня задачи выйти нет. То есть бывает, когда мы дошли до конца, все решено, уже скучно и неинтересно. Но мы стараемся найти новые приложения и создать новые приборы с другими целями. Мы действуем как научные работники: нашли какое-то явление, нашли родственное, еще какое-то, еще, и дерево наших разработок растет из одного корня, но в разных направлениях. И мне хочется тянуть все эти задачи, как чисто научные, так и прикладные, чем дольше, тем лучше. Когда мы создали первую компанию, у меня было двенадцать человек. Сейчас — под пятьдесят. И мне нравятся эти люди, которых мне удалось собрать в основном из студентов Физтеха, потом они были аспирантами, потом защитились. Мне хотелось бы продолжать строить коллективы способных молодых людей. А инвесторам, подозреваю, хочется чего-то другого. Мало того, я в последнее время слышу упреки: ты слишком разбрасываешься, какой-то компании не хватает внимания. Нужно концентрироваться. Так в бизнесе не бывает. А я отвечаю, что в бизнесе много чего не бывает. Но у нас не простой бизнес, а инновационный. У него другие законы. По крайней мере, мне так хотелось бы думать.
Но сейчас инвесторы рассматривают вопрос продажи нашей компании «Терасенс» Sony, которая делает матрицы и в принципе могла бы быть заинтересована в нашей технологии. Но я считаю, что все же хозяева здесь мы все, разработчики, которым принадлежит примерно половина акций компании. Хотя наш пакет размывается, мы тем не менее там контролируем приличный процент и от нас много чего зависит. Не говоря о том, что мы просто знаем ноу-хау. Но дальше нашу жизнь будет определять новый хозяин, который приобретет компанию. Захочет — нас уволит. Захочет — уволит половину, скажет, что неэффективно. Такая жизнь, которая теперь совсем не похожа на то, чем мы занимались пять лет назад, когда решали задачи в свое удовольствие.
Но мы понимаем, что если встанет задача масштабирования производства наших разработок, то придется действительно определяться. Масштабирование производства наших приборов на порядок я себе представляю, а на два-три порядка — это уже не получится контролировать, и надо будет отдавать куда-то. Не то чтобы забыть, потому что ну как можно детище свое забыть? Но отдать в чужие надежные руки, чтобы оно развивалось.