Электроника и биомедицинская техника в МИЭТ

Нано- и микросистемная техника: настоящее и будущее микроэлектроники

Хотите уже с первых курсов стать участниками реальных научных и инженерных проектов в электронике? Разработки Института НМСТ МИЭТ летают на космических аппаратах, «бегают» в заповеднике в ошейнике для лосей, стоят в Адмиралтействе в Санкт-Петербурге для контроля параметров здания, плавают в системах умерения качки скоростных судов на подводных крыльях, используются в системах стабилизации изображения, при бурении скважин, для контроля параметров при испытаниях сверхпроходимой техники, для сейсмологического контроля зданий и сооружений.

Институт нано- и микросистемной техники (НМСТ) — место, где готовят будущих специалистов в области микроэлектроники, нано- и микросистемной техники, робототехники (мехатроники), вычислительных средств и приборостроения.

История института началась в далеком 1967 году с создания кафедры микроэлектроники (МЭ) для преподавания на первых факультетах МИЭТ предметов, необходимых будущим инженерам молодой микроэлектронной отрасли для создания и практического применения новейших изделий и технологий — целью номер один тогда была комплексная миниатюризация электронной аппаратуры. Первые годы кафедрой заведовал один из основателей отечественной микроэлектроники, заместитель директора по науке — главный инженер зеленоградского Научного центра микроэлектроники, д.т.н., профессор И. Е. Ефимов.

В 2017 году на базе кафедры микроэлектроники, ее научных подразделений и кафедры технической механики был образован Институт нано- и микросистемной техники МИЭТ.

Сегодня Институт НМСТ проводит приём на бакалавриат по направлению «11.03.03 Конструирование и технология электронных средств» — здесь 57 бюджетных мест (на пять больше, чем в прошлом году). Из них 23 места выделены для целевого обучения — фактически это бюджетные места с поступлением под трехсторонний договор «студент-вуз-предприятие» и дальнейшим гарантированным трудоустройством в такие компании как зеленоградские АО «Микрон», АО «НИИМЭ», АО «НТЦ ЭЛИНС», АО «Завод «Компонент», Научно-производственный центр «ОПТЭКС», АО «Российские космические системы», московское АО «НПО «Электронное приборостроение», в организации Госкорпорации «Роскосмос» и другие.

Для поступления требуется сдать математику, физику/информатику и русский язык. Проходные баллы, по статистике прошлых лет, от 164 до 213 баллов в сумме за три экзамена.

«Выбирать наше направление стоит тем ребятам, которым нравится инженерная деятельность в широком смысле этого понятия, — считает заместитель директора Института НМСТ Павел Разживалов. — В программе обучения, достаточно широкой, на мой взгляд, будет и трехмерное моделирование, изучение топологических редакторов для проектирования печатных плат, программирование, схемотехника, материаловедение, механика, дисциплины про технологию создания электронных средств. Все это позволяет выпускнику по окончанию института пойти работать инженером-конструктором, инженером-топологом, технологом, программистом специального ПО. И трудоустройство возможно в различных отраслях: от самой близкой к нам — микроэлектроники, до машиностроения и даже авиационно-космической техники. От себя могу только порекомендовать выбирать то направление, которое вам по душе. Тут, как и в личной жизни — нужно выбирать по любви, а не по расчету».

После первого года обучения студенты выбирают один из двух профилей подготовки:

• Профиль «Изделия микросистемной техники» — это углубленные знания в области создания микросистем, датчиков и систем на их основе, которые используются сегодня в гаджетах, автомобилях и летательных аппаратах.

• Профиль «Роботизированные устройства и системы» — здесь учат проектированию робототехнических устройств, приборов и модулей технологического оборудования микроэлектроники.

Подробнее – списки дисциплин обоих профилей.

Отзыв выпускника. Конструирование и технология электронных средств

«Многие дисциплины профилей пересекаются (благодаря большому количеству дисциплин по выбору) и места трудоустройства выпускников во многом тоже. Но суть, конечно, разная, — поясняет Павел Разживалов. — Первое направление по микросистемной техники имеет больший уклон в разработку печатных плат, подбору компонентов. разработке схемы платы. На практике выпускник данного профиля может смело идти работать по профессии инженер-тополог. Второе направление по роботизированным системам имеет больший уклон в разработку конструкции, корпусов для печатных плат и других завершенных электронных изделий. На практике выпускник данного профиля может смело идти работать по профессии инженер-конструктор. Это основа, но благодаря широкому спектру дисциплин, перечень профессий может быть шире.Компания НПЦ «ОПТЭКС», АО «Российские космические системы», где я работаю по основному месту работы, традиционно уже много лет берет в конструкторские подразделения ребят этих двух направлений. Инженеры-топологи и конструктора нужны сейчас очень сильно».

За время учебы студенты получают практический опыт работы по проектированию с использованием программного обеспечения OrCAD, Delta Designer, Altium Designer, Компас 3D, CADFLO и по технологии разработки электронных средств.

«Все государственные предприятия сейчас переходят на отечественные САПР. Я и некоторые другие преподаватели Института НМСТ, которые являются по основному месту работы специалистами предприятий, стараемся внедрять новый актуальный материал в дисциплины, как только немного его осваиваем сами. В рамках импортозамещения наш институт уже заключил новые соглашения о сотрудничестве в отечественными компаниями-разработчиками САПР — это ООО «ТС Интеграция» и АО «ЭРЕМЕКС». В ходе этого сотрудничества будут разработаны новые дисциплины и курсы повышения квалификации для того, чтобы студенты Института НМСТ могли изучать актуальные, современные и, что особенно важно сейчас, отечественные САПР. В связи с внедрением новых дисциплин и повышением требований к ПК для работы в современных САПР идет переоснащение аудиторий. Институт продолжает активный поиск партнеров для создания новых совместных дисциплин и для внедрения нового ПО – подготовка студентов по владению отечественными продуктами сейчас очень актуальна».

Основной принцип обучения – вовлечение студентов в научную и проектную деятельность под руководством ведущих учёных и специалистов отрасли. Все преподаватели Института НМСТ сами являются разработчиками электронных систем. Способствует этому большое число учебно-научных центров и лабораторий в институте, которые оснащены самым современным оборудованием для изготовления и контроля параметров изделий микро- и наносистемной техники, мультимедийным оборудованием, лабораторными стендами и программно-аппаратными комплексами с лицензионным ПО.

В распоряжении Института НМСТ — Центр проектирования трёхмерных структур, Научно-исследовательская лаборатория нано- и микромеханических датчиков и систем, студенческое конструкторское бюро «Робототехника», Научно-исследовательская лаборатория волоконной и интегральной оптики, Научно-образовательный центр «Микросистемная техника», Учебно-научный центр «Открытая лаборатория».

В 2022 году для молодых учёных и инженеров на базе института была создана научно-исследовательская лаборатория «Передовые технологии корпусирования и производства 3D микросистем» (НИЛ ТКПМ) — здесь разрабатывают конструктивно-технологические решения для передовых технологий корпусирования микросхем и производства высокоинтегрированных 3D микросборок. Основной технологический партнёр лаборатории — Зеленоградский нанотехнологический центр.

Среди последних разработок учёных института — первый отечественный имплантируемый нейростимулятор с биологической обратной связью, создаваемый на грант Минобрнауки, ретранслятор нового поколения для телекоммуникационных сетей, или, например, многофункциональный GPS (ГЛОНАСС) трекер отслеживания грузов «Хранитель», который в прошлом году вошел в ТОП-50 лучших университетских стартапов из 1000 получателей гранта «Студенческий стартап».

Вместе с учениками зеленоградской школы 2045 и в партнерстве с АО «Российские космические системы» специалисты Института НМСТ разработали и собрали макет малого космического аппарата АИСТ-2Д, предназначенный для получения снимков поверхности Земли и проведения различных научных экспериментов.

Биотехнические системы и технологии: уникальные компетенции на стыке естественных и технических наук

Институт биомедицинских систем (БМС) МИЭТ — это образование по направлению «12.03.04 Биотехнические системы и технологии» на основе междисциплинарной системы естественных и инженерных наук, при этом основное внимание уделяется комплексу «Электроника – Информатика – Физика – Биология» (образовательная программа подробнее).

Биомедицинское направление в Московском институте электронной техники когда-то зародилось на кафедре теоретической и экспериментальной физики факультета ЭКТ — именно там в 1993 году первые 25 студентов начали обучение по специальности «Биотехнические и медицинские аппараты и системы». В 1999 была образована кафедра биомедицинских систем, а в 2018 году ее преобразовали в Институт биомедицинских систем (Институт БМС).

В этом году институт проводит набор на 54 бюджетных места (на шесть больше, чем в прошлом году). Проходные баллы за последние годы варьируются от 181 до 226 в сумме за три экзамена: математика, русский язык, физика/химия/информатика.

«Ключевой особенностью нашего направления является междисциплинарность и широта подхода к сложным техническим задачам. Наше направление хорошо подходит тем, кто хочет развиваться разносторонне, охватывать проблему целиком, развивать аналитическое мышление», — считает Кирилл Пожар, кандидат технических наук, доцент, заместитель директора Института БМС.

Обучение студентов плотно интегрировано с проведением научных исследований, при этом за каждым из интереснейших исследовательских направлений, которые развиваются в институте, стоят преподаватели, опытные и молодые ученые:

• Биомедицинские нанотехнологии — исследование и разработка биосовместимых наноматериалов и имплантатов.

• Биомедицинская оптика — фотометрические и спектрофотометрические методы исследования биологических объектов, биомедицинские лазерные технологии, оптические методы контроля состава крови.

• Беспроводная чрескожная передача энергии — моделирование распространения электромагнитного излучения в биологических средах, проектирование и разработка систем беспроводной чрескожной передачи энергии для питания имплантируемых биомедицинских систем.

• Системы нейростимуляции — разработка электронных систем стимуляции центральных и периферических нервов: генераторов импульсов, биосовместимых интерфейсов живых-технических систем.

• Системы управления составом крови — моделирование динамики физиологических процессов, создания технических систем искусственного управления процессами в организме, автоматизированные, интеллектуальные и телемедицинские системы.

• Гемодиализные системы — моделирование процессов гемодиализа и гемофильтрации, разработка новых физико-химических методов искусственной очистки крови.

• Биомедицинские компьютерные технологии — компьютерная обработка биомедицинских сигналов и изображений, компьютерное моделирование (в том числе с использованием параллельных вычислений), автоматизированное проектирование биомедицинских электронных систем.

«Студентов ждут дисциплины разной направленности: от физиологии до схемотехники, — рассказывает Кирилл Пожар. — Большинство дисциплин являются авторскими и построены на основе научно-технического опыта лабораторий Института, а также на базе передовых исследований и разработок, выполняемых ведущими учёными БМС. Комплекс этих дисциплин обеспечивает как широкое погружение в проблематику и особенности биомедицинской инженерии, так и необходимый практический опыт. Мы активно привлекаем студентов к реальным научным проектам, которые выполняем бок о бок с ними, поддерживаем активных и интересующихся молодых коллег, пытаемся найти оптимальную траекторию развития для таких ребят».

Со дня образования институтом руководит д.ф.-м.н., профессор Сергей Васильевич Селищев. Делу своей жизни — эволюции идей и научно-исследовательских проектов в институте — он посвятил недавно специальную юбилейную статью, в которой погрузился в историю первых изобретений человечества в области медицинской техники и научных исследований. А также рассказал о том, как сформировался коллектив ученых Института БМС и появился спектр самых разных современных разработок, за каждой из которых стоят имена опытных и молодых ученых (подробно о разработках Института БМС к его 30-летию рассказывала и газета «ИНверсия»).

«Исследовательских институтов, которые сегодня создают приборы для непосредственного медицинского применения, не так много. Институт биомедицинских систем МИЭТ занимает видное место. Начиная с 1 сентября 1993 года миэтовские разработки хорошо зарекомендовали себя на рынке биомедицинской техники и материалов: портативный отечественный дефибриллятор, искусственная портативная почка, искусственные связки суставов, хрящи и электропроводящие «заплатки» для лечения инфаркта миокарда на основе биополимеров и наноматериалов, аппарат искусственного кровообращения АВК-Н «Спутник» до сегодняшнего дня помогают людям сохранить здоровье и жизнь», — отмечали представители Института БМС на торжественном открытии выставки «Биомедицина. Будущее в настоящем» в Музеи истории МИЭТ.

В этом году разработанный в институте совместно с НМИЦ трансплантологии и искусственных органов носимый аппарат вспомогательного кровообращения (АВК-Н) «Спутник» стал частью экспозиции «Десятилетие науки и технологий» на представительной Международной выставке-форуме «Россия». Разработка уже внедрена в клиническую практику — это вторая, усовершенствованная учёными Института БМС, версия АВК-Н «Спутник», созданная с целью оптимизации гемосовместимости и повышения энергоэффективности устройства. А тематическую Неделю МИЭТ на выставке «Россия» в марте открыла лекция доцента Института БМС Ивана Пьянова «Всё своё ношу с собой, или искусственные органы: сделано в России» о разработках ученых МИЭТ и Института бионических технологий и инжиниринга Сеченовского университета. Он рассказал не только об АВК-Н «Спутник», но и об искусственной почке и поджелудочной железе.

Еще один прорывной проект — создание первого отечественного имплантируемого нейростимулятора с биологической обратной связью в партнерстве с Национальным медицинским исследовательским центром им. В.А. Алмазова. В результате исследований планируется получить первые образцы устройства для подавления передачи в мозг болевых сигналов, крайне актуального для реабилитационной индустрии и лечения хронической боли. В проекте участвуют ведущие и молодые ученые Института БМС, а также коллективы Институтов МПСУ, ПМТ, НМСТ и предприятий-партнеров МИЭТ.

«В программу развития МИЭТ включен стратегический проект «Имплантируемая медицинская электроника», — рассказывает ректор МИЭТ Владимир Беспалов. — Ключевой задачей стратегического проекта является создание платформы разработки и производства отечественных имплантируемых медицинских микроэлектронных устройств. К 2030 году будет сформирован набор продуктовых линеек имплантируемых нейромодуляторов, биоинтегрированных микроэлектронных элементов на основе композитных биоматериалов, развита технология беспроводного энергообеспечения имплантируемой микроэлектроники, созданы и развиты имплантируемые микроэлектронные системы мониторинга состояния больных диабетом и имплантируемые природоподобные искусственные почки. Это стало возможно благодаря соглашению, которое мы заключили с Национальным медицинским исследовательским центром имени В. А. Алмазова».

В партнерстве с Сеченовским университетом в Институте БМС разработали чувствительные датчики из биосовместимого материала, которые могут использоваться для создания «электронной кожи», а также в перспективе позволят отказаться от травмирующей процедуры биопсии.

Вместе с Институтом цифрового дизайна МИЭТ специалисты Института БМС ведут проекты в области имитационного моделирования, визуализации и виртуального прототипирования сложных биомедицинских систем. К примеру, разрабатывают интерактивные приложения и виртуальные прототипы трансплантируемых искусственных сердца и почки; персонализированную телемедицинскую систему автоматического введения инсулина с неинвазивным непрерывным мониторингом глюкозы (искусственная поджелудочная железа для больных сахарным диабетом. В перспективе планируется совместно со специалистами МОНИКИ приступить к разработке интерактивного цифрового приложения по мониторингу и сопровождению пациентов, больных сахарным диабетом на основе трёхмерного сканирования тела пациента.

Портативный персонализированный неинвазивный измеритель глюкозы, который позволяет измерять концентрацию глюкозы в крови без её забора, уже прошёл в 2021 году испытания в МИЭТ на базе Центра компетенций НТИ «Сенсорика».

В прошлом году в лаборатории Биомедицинских нанотехнологий Института БМС под руководством Александра Герасименко создали оптоволоконный сенсор для быстрого обнаружения токсичных красителей в воде со специальным слоем из углеродных нанотрубок.

Среди базовых предприятий Института БМС, в которых студенты проходят практику и готовят выпускные квалификационные работы, много зеленоградских компаний — это ООО «Медицинские компьютерные системы», ООО «НТЦ Амплитуда», АО «НПФ «БИОСС», ООО «Нейроботикс». Весной студентов пригласила на экскурсию по производству зеленоградская компания «ЭЛТА» — крупнейший российский производитель измерителей глюкозы в крови, необходимых больным сахарным диабетом, ряд студентов получили приглашение пройти практику в компании.