Лаба мечты: как устроена исследовательская практика в инженерных вузах

Университетские лаборатории — это самобытные миры. Не бывает двух одинаковых: каждая живет по собственным законам и имеет свои особенности. Я на личном опыте убедился, как по-разному может выглядеть лабораторная практика.

В бакалавриате физфака МГУ я занимался акустикой для авиационных и медицинских целей — задачей, максимально приближенной к практике. Мы моделировали турбулентные потоки, вычисляли фокусировку ударных волн, искали решения, которые помогли бы сделать сверхзвуковой полет тише и безопаснее для окружающей среды. А в магистратуре я погрузился в фундаментальную науку, когда пошел работать в Курчатовский институт. Изучал материалы методом нейтронографии: облучал образцы тепловыми нейтронами, чтобы проследить, как перестраивается их магнитная структура при изменении температуры и внешнего магнитного поля.

Какая из лабораторий оказалась полезнее, мне сказать сложно. Первая показала мне, какой путь проходит инженерия от теоретических моделей до устройств, которые можно подержать в руках. Вторая — научила лучше понимать физику атомарных процессов. Поэтому, когда студенты спрашивают, какое направление лабораторной работы лучше выбрать, я отвечаю: то, которое вам по-настоящему интересно.

Лаборатории дают возможность осознанно заниматься тем, что интересно, уже со студенческой скамьи. Но как выбрать лучшую лабораторию из нескольких подходящих? И верить ли стереотипам о них?

Многие из них родом еще из 1990-х, когда после распада СССР появилось поколение, для которого слово «инженерия» ассоциировалось с катастрофой. Советское производство в одночасье рухнуло, и инженеры оказались попросту никому не нужны. Последствия мы ощущаем даже сегодня, но лет семь назад тренды в инженерном образовании стали меняться.

Идеи о том, что нужно развивать инженерную сферу, строить лаборатории и вкладываться в исследования, начали постепенно аккумулироваться, и в 2017—2018 годах случился заметный сдвиг. С тех пор бизнес активно инвестирует в научные исследования и инженерные разработки, потому что понимает: это инвестиция в свое будущее.

Но мифы живучи. Веря в них, студенты теряются и делают неверные шаги. Чтобы не повторять их, разберем здесь основные заблуждения.

Безусловно, есть лаборатории, где оборудование пылится с советских времен. Более того, этим оборудованием зачастую даже не пользуются — оно хранится как музейный экспонат. Но эти «музеи» легко вычислить, если знать, на что смотреть.

Зайдите на сайт лаборатории и выясните, когда выходила последняя научная публикация. Активные лаборатории любят показывать свои достижения: выкладывают фотографии рабочего процесса, выступлений на конференциях, совместных проектов с другими лабораториями и компаниями. Чем больше такого контента и чем чаще появляются новости о коллаборациях, тем сильнее лаборатория.

Еще один важный маркер — наличие индустриальных партнеров, то есть реальных компаний из бизнеса, которые вкладывают деньги в исследования и ждут от них практических результатов.

В современной России немало лабораторий, которые работают на переднем крае науки и инженерии. Квантовые коммуникации, аддитивное производство, акустика — лишь некоторые направления, в которых создаются и исследуются технологии мирового уровня.

У таких лабораторий есть современное оборудование и стабильное финансирование, потому что за ними стоят люди и организации, которые видят в этих проектах реальную отдачу не на бумаге, а в результатах.

Обычно студенты выбирают лабораторию в конце второго курса, под это подстроена образовательная программа. Переходить на более поздних этапах тоже можно — я знаю ребят, которые меняли лаборатории на третьем и даже четвертом курсе. Но это уже нестандартная история. Она требует дополнительных усилий, в том числе нужно договариваться с руководством новой кафедры и объяснять причину.

На мой взгляд, примерно половина университетских лабораторий занимается теорией, а половина — практическими разработками. Теоретические лаборатории работают над тем, что найдет применение лет через тридцать-пятьдесят. Можно сказать, что они исследуют долгосрочные перспективы, а результат действительно не виден сразу.

Но это не значит, что в теоретических лабораториях студенты сидят с ручкой и бумагой, как во времена Эйнштейна. Сегодня даже фундаментальные исследования требуют мощных вычислительных ресурсов, специализированного софта, серверов для моделирования.

Наука давно перестала быть уделом одиночек — это коллективный труд, где за каждым результатом стоят команды инженеров, программистов и аналитиков.

МФТИ сотрудничает с «Яндексом», Санкт-Петербургский политех — с YADRO и «Газпром нефтью», а Университет Лобачевского в Нижнем Новгороде открыл программу с «Бюро 1440». Здесь студенты одновременно учатся и работают над реальными задачами, которые встречаются в индустриях. Они видят, как их идеи воплощаются в продуктах и решениях. Конкурс высокий, но возможности того стоят.

По моему опыту, даже в теоретических областях можно найти лаборатории, где теория тесно переплетена с практикой. Часто улучшение теоретического фундамента и используемых моделей упрощает постановку эксперимента и удешевляет создание прототипов.

Это тоже заблуждение. Хороший пример — стартап Laeneco, который создали ребята из ИТМО. Они разработали мобильное респираторное устройство для анализа дыхания и вышли на рынок Японии, потому что именно там легче всего было найти своих первых клиентов. Или «СуперОкс» — компания, которая занимается сверхпроводниками и делает специализированные провода для ускорителей частиц и ракет.

Есть и совсем свежие примеры. Например, при Физтехе недавно открыли стартап по производству биомассы из спирулины. Продукт переработки этой водоросли обладает лечебными свойствами и работает как профилактика онкологических заболеваний. Сейчас его разработчики привлекли инвестиции на создание ферм для выращивания этой биомассы.

Крупные корпорации сами активно идут в лаборатории и поддерживают такие разработки. Здесь роль своеобразного агрегатора играет «Сколково», предоставляя резидентам налоговые льготы, инфраструктуру, связи с инвесторами. Конечно, это не Кремниевая долина, но похожую функцию экосистема выполняет неплохо.

Компании активно хантят специалистов из академической среды, причем иногда совершенно неожиданным образом. Пример из моей практики: специалист из Физтеха, занимавшийся мюонными ускорителями, ушел работать в криптодеривативы. Казалось бы, какая связь? Оказывается, там требуется тот же самый математический аппарат и способ мышления, просто применяется он к другим объектам.

Многие физики уходят в так называемые quantitative finance — в разработку математических моделей для финансовых рынков. Там платят существенные деньги именно за глубокий исследовательский бэкграунд и умение работать со сложными системами.

Есть лаборатории, где конкурс достигает пятидесяти человек на место. Чтобы туда попасть, нужно быть одним из лучших. Но это далеко не единственный путь.

Во многих вузах второго и третьего эшелона работают отличные лаборатории. У них нередко хорошие бюджеты — благодаря патентам, грантам, партнерствам с компаниями.

И если вы готовились, хорошо разобрались в теме и поступили в такой вуз, шансы попасть в сильную лабораторию даже выше: конкуренция не такая сильная, а возможностей для роста не меньше. Исследования на этих площадках нередко сопоставимы по уровню с проектами ведущих университетов.

Другая история — ведущий вуз, в котором работает лаборатория, неизвестная широкому кругу студентов. Как раз такой была лаборатория на кафедре акустики физфака МГУ, когда в университет поступил я. Мощная площадка международного уровня, но о ней почти никто не знал. В итоге на десять доступных мест набрали всего семерых человек, а три так и остались свободными — просто потому, что абитуриенты либо не слышали о ней, либо недооценили направление.

Поэтому главное — не регалии вуза и не средний балл диплома, а живой интерес и готовность работать. Если вы действительно увлечены и не боитесь погрузиться в тему, место для себя найдете.

Я не знаю ни одного безработного однокурсника. Мой опыт подсказывает, что у людей, вышедших из академической среды, сейчас почти не бывает проблем с трудоустройством. Либо они продолжают работать в лаборатории, либо находят хорошую работу в бизнесе. Третий вариант — успешно совмещают и то, и другое.

Даже теория вероятностей, которая кажется абстрактной, напрямую связана с термодинамикой, а значит, легко переносится на анализ кредитных рисков в банках или страховых компаниях.

Нефтедобыча тоже оказалась очень технологичной сферой, о чем многие даже не подозревают. Так, «Газпром нефть» совместно с Политехом запустили программу, где готовят специалистов и сразу их трудоустраивают — без разрыва между учебой и работой.

Если вы были менеджером проектов в научной лаборатории, у вас будет преимущество при собеседовании на аналогичную позицию в корпорации. Если анализировали большие массивы данных от потоков частиц в ускорителях, можете стать аналитиком в банке — математика там примерно та же.

Единственная реальная сложность возникает, если захотите радикально сменить сферу. Из медицины напрямую в финансовых аналитиков — это действительно тяжело.

Четкое понимание своих профессиональных интересов — большой плюс. Но важно помнить, что у рынка свои потребности, и карьера легче складывается у тех, кто соединил свой интерес с тем, что сегодня востребовано. Ниже несколько таких направлений.

Сегодня много говорят про квантовый интернет — не как замену привычной сети, а как ее защищенный уровень, где шифрование основано на принципах квантовой механики. В ИТМО и МИСиС уже работают лаборатории квантовых коммуникаций, и это не теория в чистом виде: там создают реальные устройства, тестируют линии связи, проверяют устойчивость сетей в реальных условиях.

Сейчас это направление переживает бурный подъем: развивается инфраструктура, появляются новые архитектуры моделей, формируется рынок. Я уверен, что в какой-то момент «кривая хайпа» достигнет своего пика, но до этого еще далеко. Сегодня почти каждая вторая лаборатория либо работает напрямую с ИИ, либо разрабатывает решения для его экосистемы. Например, в ВШЭ работает международная англоязычная команда — специалисты в области компьютерных наук, математики и молекулярной биологии.

Характерная деталь: недавно OpenAI начала нанимать финансовых аналитиков с оплатой $ 10 000 в час, чтобы обучать ChatGPT тонкостям аналитического мышления. Это показывает, что вокруг ИИ выстраивается целая инженерная инфраструктура, требующая глубокого фундаментального фона.

Бурно развивается и все, что связано с радиационными технологиями. В МИФИ работает лаборатория радиационно-стойкой микро- и наноэлектроники — там создают компоненты, способные функционировать в условиях экстремального излучения, например, в космосе. Компании активно поддерживают такие исследования. Например, группа «Роснано», при содействии которой в Ульяновске создали технопарк высоких технологий ULNANOTECH — один из крупных российских наноцентров.

Это огромная зона роста, где наука и инженерия буквально переплетаются. Стремительно развивается, например, радиационная медицина. Пока о ней говорят не так громко, как она того заслуживает. Желающим исследовать эту тему, можно обратить внимание на кафедру физики ускорителей и радиационной медицины физического факультета МГУ.

Это одна из самых наглядных и прикладных областей физики. Здесь можно увидеть результат почти сразу. Например, акустические голограммы создавать проще, чем оптические: датчики фиксируют не усредненную интенсивность волны, а ее фазу в конкретный момент времени.

Акустику, как и радиацию, активно используют в медицине. Отмечу здесь одну из популярных технологий — HIFU-абляцию, которая позволяет точечно разрушать опухоли внутри организма без хирургических операций. Их выжигают с помощью сфокусированного ультразвука, но без термического ожога — волны проходят сквозь тело и собираются в фокус там, где есть новообразование. Этим занимаются, в частности, в МГУ — в лаборатории медицинского и промышленного звука.

В лабораториях МИСиС уже печатают очень многое — от элементов ракетных двигателей до магнитных сплавов. В Бауманке экспериментируют с «органами на чипе» — микроскопическими системами, имитирующими работу человеческих органов для тестирования лекарств. Здесь же в 2024 году открылась Лаборатория креативного инжиниринга, где студенты экспериментируют с технологиями в сфере креативных индустрий — создании арт-объектов или сценическом дизайне.

А еще обсуждается идея строить лунные станции с помощью 3D-принтеров: устройства смогут использовать лунный грунт как материал для печати, ведь доставка каждого килограмма груза с Земли обходится в астрономические суммы.

Сегодня вычтех переживает новый виток роста: сервисы требуют больше мощности, инфраструктура усложняется, а рынку нужны специалисты, которые понимают, как устроены сети, данные и железо «под капотом».

Например, в лабораториях YADRO на базе СПбГУ и СПбПУ студенты проводят исследования и работают с технологиями, которые лежат в основе современных вычислительных систем. Они охватывают построение сетей, программирование на Rust, проекты с DataPath и разработку ПО для систем на кристалле, СХД и телеком-оборудования.

Это не учебные задачи, а настоящие инженерные проекты — многие из них потом находят применение в продуктах YADRO. Поэтому для студентов переход в индустрию происходит очень естественно: кто-то проходит собеседование на стажировку «Импульс», а кто-то сразу приходит в компанию младшим специалистом.