Перспективные направления развития научной деятельности

1. Перспективные направления развития научной деятельности

Глобальные приоритеты, выявленные в рамках зарубежных проектов, учитывались  при разработке российского научно-технологического прогноза. При этом при проведении масштабного опроса Дельфи, как ключевого элемента долгосрочного прогноза, в его основу была положена действующая система приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации:

Информационно-телекоммуникационные системы;

Индустрия наносистем и материалов;

Живые системы;

Рациональное природопользование;

Энергетика и энергосбережение;

Авиационно-космические  и транспортные системы.

Указанные направления, в  целом соответствующие глобальным научно-технологическим тенденциям, были дополнены тремя другими  сферами, в которых наука и  технологии способны стать одним  из основных источником прогресса:

Производственные системы  и промышленная инфраструктура;

Медицина и здравоохранение;

Безопасность на производстве, на транспорте и в повседневной жизни.

Ниже приведены основные результаты, полученные в результате опроса по методу Дельфи, в котором участвовали более 2000 ведущих российских экспертов, представлявших все основные направления технологического развития.

1. Информационно-телекоммуникационные системы

Информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) в последние десятилетия  служат одним из основных катализаторов  экономического и социального развития. Проникновение ИКТ во все сферы  человеческой деятельности носит беспрецедентный  характер. Управление производством, транспорт  и глобальные коммуникации, финансы, медицина, образование и наука  – прогресс в этих и многих других областях в значительной степени  основан на применении информационных технологий. Велика роль информатизации и в процессе  превращения традиционной экономики в «экономику знаний».

К наиболее важным для России направлениям развития Информационно-телекоммуникационных систем российские эксперты относят  создание и широкое внедрение  интеллектуальных систем управления и  навигации, развитие электронной компонентной базы, а также биоинформационные  технологии.

При этом перспективные направления  практического использования ИКТ  в России относятся к самым  разным областям: социальной сфере (системы  дистанционного медицинского обслуживания и диагностики; разработка открытых стандартов обмена медицинской информацией, обеспечивающих своевременное и  повсеместное представление профессиональных медицинских услуг; разработка методов  и средств персонализации; миниатюрные устройства для мониторинга важнейших параметров здоровья; справочные системы и сервисы, использующие технологии геопозиционирования), государственному управлению (переход к электронным идентификационным документам и электронным формам взаимодействия населения с органами управления), производству (средства автоматизации проектирования и производства, интеллектуальные системы), системам мониторинга и прогнозирования (средства оценки рисков и планирования мероприятия по мониторингу и прогнозированию явлений, ведущих к возникновению чрезвычайных ситуаций, а также по их преодолению; компьютерный мониторинг и прогнозирование особо опасных климатических явлений и геологических природных катастроф; высокоскоростные мультимедийные коммуникационные системы; многоцелевые средства сбора информации об окружающей среде), обеспечению научных исследований (компьютерное моделирование физических, химических и биологических процессов, обеспечивающее достоверное прогнозирование результатов междисциплинарных экспериментальных исследований).

В области создания электронной  компонентной базы в качестве главного направления выделяются работы по развитию элементной базы и архитектуры устройств  наноэлектроники. В целом наиболее актуальная тематика относится к относительно узким и специфическим областям электроники (создание малогабаритных высокотемпературных датчиков, в том числе радиационностойких; разработка необслуживаемых радиоэлектронных устройств, программируемых по радиоканалу, и компонентов для электроники с тяжелыми условиями эксплуатации). К актуальной тематике экспертами отнесены разработка компактных источников энергии для долговременного питания цифровых устройств массового применения, создание малогабаритных высокотемпературных датчиков, разработка устройств твердотельной электроники на базе искусственно выращенных алмазов.

Важными аспектами развития ИКТ останутся защита информации от несанкционированного доступа и  повышенная надежность систем ее хранения. В сфере программного обеспечения  приоритетное значение будут иметь  открытые технологии разработки и поддержки  программных продуктов, а также  разработка систем, обеспечивающих виртуальные  способы профессионального общения  и совместную работу территориально разобщенных групп специалистов.

В биоинформационных технологиях  наиболее актуальными будут разработки на стыке микро-, нано - и биотехнологий. В их числе выявление базовых механизмов работы головного мозга и памяти, интегрированные системы предупреждения рисков для здоровья, а также системы непрерывного мониторинга важнейших физиологических параметров организма. Другое важное направление связано с исследованием механизма усвоения знаний, в том числе при использовании образовательных информационных систем и с построением на этой основе моделей непрерывного профессионального образования.

Развитие технологии распределенных вычислений и систем будет в значительной степени основано на создании алгоритмов параллельной обработки информации в высокоскоростных разветвленных  сетях. Важнейшей сферой практического  приложения в данной области станет интеграция различных услуг, предоставляемых  через Интернет, а также создание общедоступных систем автоматизированного  обучения и доступа к формализованным  знаниям.

Большинство наиболее важных тем данного направления будет  реализовано в течение ближайших 10 лет года и найдет коммерческое применение до 2020 года.

Россия в целом значительно  отстает от развитых стран по уровню научных исследований в области  ИКТ. США лидируют практически по всем технологиям за исключением  робототехники (где передовые позиции  принадлежат Японии) и отдельных  технологий, наиболее развитых в Евросоюзе  и других странах.

Неплохие позиции Россия удерживает в отдельных точечных областях биоинформационных технологий, технологий производства программного обеспечения и технологий распределенных вычислений и систем. Наиболее высоко оцениваются российские разработки по темам, относящимся к биоинформационным  технологиям – это «Выявление механизмов компьютерного моделирования  физиологии органов и систем человека»  и «Выявление базовых механизмов работы головного мозга и объектов интеграции микро-, нано - и биотехнологий».

Информационно-телекоммуникационные системы отличаются наиболее быстрыми темпами внедрения научных результатов  в производство. В ближайшее десятилетие  ожидается появление большого числа  научных достижений, открывающих  дорогу новым, более эффективным  приложениям. В частности в ближайшие  пять лет будет создана научно-технологическая  база для широкого распространения  общедоступных систем автоматизированного  обучения для отдельных предметов  и специальностей, систем, основанных на виртуальных способах профессионального  общения, а также технологий, систем и инструментальных средств разработки программного обеспечения, позволяющих  реализовать работу группы разработчиков  независимо от их географического положения.

2. Технология "Живые системы"

Технологии живых систем призваны формировать основу для  решения острейших социальных проблем, касающихся каждого человека, –  профилактики и лечения наиболее распространенных и опасных заболеваний, а также обеспечения радикального повышения эффективности сельскохозяйственного  производства.

Наиболее перспективные  направления использования технологий живых систем связаны с интеграцией  био-, нано- и информационных технологий. При этом, согласно экспертным оценкам, наиболее важными для будущего России являются разработки в сфере биосенсоров, биомедицины, клеточных, биокаталитических и биосинтетических технологий.

Основное практическое применение технологий живых систем ожидается  в сфере медицины, включая методы диагностики, профилактики и лечения  заболеваний. Актуальные для России темы охватывают профилактику социально значимых заболеваний (атеросклероза, ишемической болезни сердца, инфаркта миокарда и др.; выявление роли генетических факторов в патогенезе социально значимых мультифакториальных заболеваний; комплексная ДНК-диагностика наследственных заболеваний; индивидуальное генетическое тестирование, а также прогнозирование риска развития, степени тяжести течения и оценки эффективности терапии сердечнососудистых заболеваний.

В области клеточных технологий большое значение придается проведению фундаментальных исследований, направленных на выяснение молекулярных и клеточных  механизмов трансформации нормальных клеток в раковые; выявление связей между популяциями нормальных, стволовых  и раковых клеток, составляющих опухолевые узлы, и ключевых биомолекул при злокачественной трансформации клеток, а также раскрытие молекулярных механизмов регенерации тканей. Практическое применение этих технологий ожидается в области регенерации тканей и органов на основе стволовых клеток, получения «иммунокомпетентных клеток», систем экспресс-диагностики инсульта мозга.

Биосенсорные технологии являются междисциплинарным направлением и охватывают молекулярную химию, генетику и физику. Они имеют огромное влияние на повышение качества жизни человека, предлагая раннюю диагностику заболеваний, выявление вредных веществ в пище и окружающей среде. В качестве наиболее важной тематики в данной области: тест-системы для диагностики рака, системных, инфекционных и наследственных заболеваний (в т.ч. лекарственно-устойчивых); биосенсоры и биочипы для клинической диагностики с использованием новых типов биологических устройств; биочипы для полуавтоматической регистрации генных маркеров наиболее значимых патологий; технологии быстрой идентификации токсических веществ и патогенов.

Прогресс геномных и постгеномных технологий создания лекарственных средств будет определяться решением таких исследовательских задач, как: установление взаимосвязи между мутациями в геноме и профилем лекарственной устойчивости патогенных микроорганизмов (туберкулеза, стрептококка, гонококка и др.); раскрытие причин многофакторных генетических заболеваний и предрасположенностей к ним, в частности, связанных с неправильной экспрессией генов; установление корреляций между генетическими полиморфизмами и вариантами функционирования различных систем организма. В практическом плане наиболее перспективны поиск новых молекулярных мишеней для создания новых лекарственных средств и ранних маркеров заболеваний, создание вакцин против широкого круга заболеваний (малярии, рака шейки матки, гепатитов А и С и др.); системы доставки биологически активных соединений к органам-мишеням, в том числе с использованием наночастиц (аэрозоли, липосомы, фагосомы).

Биокаталические и биосинтетические технологии будут играть решающую роль для систем защиты окружающей среды и очистки сточных вод; комплексной переработки возобновляемых ресурсов животного и растительного происхождения; создания биодеградируемых пластиков (полилактат, полигидроксибутират), органических химикатов на основе биоконверсии лигноцеллюлозы; биосовместимых биополимерных материалов, самостерилизующихся поверхностей для медицины и др.

Биоинформационные технологии будут использоваться для решения  таких актуальных научных задач, как выяснение молекулярных механизмов взаимодействия клеточных и вирусных геномов; выяснение структуры бактериальных  сообществ и механизмов взаимодействия между членами таких сообществ, в том числе, путем переноса генетической информации; выявление механизмов эпигенетического наследования; анализ вариабельных участков генома человека.

К числу перспективных  направлений практического использования  относятся определение физиологических  свойств организма по геному (в  том числе для микроорганизмов); моделирование (аннотация) метаболических и сигнальных путей в клетке; молекулярный дизайн био - и наноструктур (лекарственных препаратов, функциональных наноустройств с использованием биополимеров и др.).

В области биоинженерии перспективными направлениями исследований являются создание методов ранней и дифференциальной диагностики рака с использованием геномных и пост-геномных (транскриптомика) данных; выяснение молекулярных и клеточных механизмов иммунного ответа, в т.ч. врожденного иммунитета. В качестве наиболее актуальных сфер практического приложения указаны доставка генетического материала в органы и ткани, быстрый и дешевый сиквенс ДНК; создание трансгенных сельскохозяйственных растений с улучшенными свойствами. Следует отметить, что практическая значимость биоинженерии существенно снижается проблемами, связанными с острыми дискуссиями по поводу практики использования генетически модифицированных продуктов.

Уровень российских разработок в области живых систем в целом  значительно уступает мировому. Несколько  выше среднего уровень исследований и разработок в сфере биоинформационных, клеточных и биосенсорных технологий. Но даже и для этих областей лишь в отдельных направлениях исследований Россия конкурентоспособна на мировом уровне. Среди них – исследования структуры бактериальных сообществ и обмена между их членами генетической информацией. Данная тема представляет собой удачный современный пример синергизма между биологическим знанием и применением информационных технологий. Другая успешная область – иммунизация против латентных инфекций – отражает успехи советской и российской науки в области создания отечественных вакцин. Технологии на основе биологических микрочипов (ДНК-чипы) давно и успешно развиваются в России. Высоко оцениваются перспективы моделирования физиологических свойств микрооорганизмов, что открывает возможности создания новых лекарств, что особенно важно при появлении высокой резистентности патогенов к уже существующим препаратам.

Неплохие позиции российские ученые сохраняют в области биочипов для обнаружения патогенных бактерий и вирусов и определения их лекарственной чувствительности, а также в разработке технологий быстрой идентификации токсических веществ и патогенов».

Практически по всем направлениям живых систем лидерство принадлежит  США, которым значительно уступают Евросоюз и Япония.

В настоящее время практическое использование отечественных разработок биотехнологий в живых системах носит ограниченный характер. Подобная картина, скорее всего, сохранится и  в ближайшее десятилетие. Тем не менее, в период до 2015 г. возможно получение серьезных научных и практических результатов по таким направлениям, как биокаталитические системы защиты окружающей среды и очистки сточных вод; биосовместимые биополимерные материалы, самостерилизующиеся поверхности для медицины; тест-системы на основе геномных и пост-геномных технологий для диагностики рака, системных заболеваний, инфекционных и наследственных заболеваний; биосенсоры и биочипы для клинической диагностики с использованием новых типов биологических устройств; технология быстрой идентификации токсических веществ и патогенов.

Более существенные прорывы  в сфере живых систем возможны, начиная с 2016 г. В этот период ожидается  выявление фундаментальных механизмов образования злокачественных опухолей,  внедрение в лечебную практику методов ранней и дифференциальной диагностики рака; биотехнологий, автоматизирующих процесс индивидуального генетического тестирования; технологий иммуномодуляционной терапии лейкозов, лимфом, отдельных видов рака.

3.  Рациональное природопользование

Рациональное природопользование является одной из наиболее перспективных  сфер практического использования  технологий.

В разделе «Технологии  оценки ресурсов и прогнозирования  состояния литосферы и биосферы»  большое значение придается формированию комплексных информационных ресурсов, таких как геоинформационная база данных о лесных пожарах в России, позволяющей в режиме реального времени оценивать число пожаров и площадь территорий, пройденных огнем, или база данных рекреационных, ландшафтных, лекарственных и др. природных ресурсов. Другие актуальные направления исследований - прогнозирование и оценка допустимого потребления (уловов) биологических ресурсов во внутренних и окраинных морях, а также в открытом океане; средне- и крупномасштабное экологическое картографирование с использованием ГИС-технологий; оценка экосистемного разнообразия лесов бореальной зоны России для разработки методов их рационального использования.

Наиболее актуальные направления  разработки технологий мониторинга  и прогнозирования состояния атмосферы и гидросферы связаны с оценкой состояния водных ресурсов: комплексный мониторинг потребления воды и содержания в ней загрязняющих веществ; системы физического, химического и биологического мониторинга крупных водоемов, прогнозирование наводнений с помощью спутников, а также с созданием систем оценки и прогноза состояния гидрометеорологических компонентов природной среды с высоким пространственным и временным разрешением для предотвращения опасных гидрометеорологических явлений.

Исключительное значение приобретут технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи природных ресурсов, в т.ч. технологии рекультивации техногенно нарушенных территорий в зонах действия нефтегазовых комплексов, золото- и угледобычи, металлургических производств, экологически безопасные технологии добычи нефти и газа, экологически безопасные технологии разведки и получения углеводородного сырья на шельфе Мирового океана. Актуальными направлениями научных исследований будут разработка геофизических методов разведки нефти и газа в сложнопостроенных средах и оценки продуктивности нефтеносных пластов, методов мониторинга нефтегазовых месторождений и поиска зон возможного рудопроявления и нефтегазонасыщенных месторождений, а также методов оценки и прогнозирования состояния земель и ландшафтов и допустимого антропогенного воздействия на них с использованием данных современных дистанционных (космических и других), почвенных, геофизических и геохимических исследований.

Для снижения риска природных  и техногенных катастроф особо  важными будут создание комплексной  системы оценки рисков для здоровья населения от загрязнения окружающей среды и системы интегрального  мониторинга безопасности и качества сельскохозяйственного сырья, применяемых  компонентов, включая генно-модифицированные организмы (ГМО), и продуктов питания. Актуальные направления научных исследований в этой области охватывают разработку методов оценки состояния техногенных систем, опасных для окружающей среды, формирование геоинформационной базы данных о воздействии промышленных предприятий на природные комплексы для оперативного контроля за состоянием техногенно нарушенных территорий, создание технологий, обеспечивающих существенное повышение пожароустойчивости лесов, включая комплекс лесоводственных и профилактических противопожарных мероприятий.

Наиболее актуальные направления  предотвращения и снижения загрязнения  окружающей среды, переработки и  утилизации техногенных образований  и отходов включают технологии экологически безопасной переработки и утилизации бытовых и промышленных отходов; технологии очистки выбросов в атмосферный  воздух от промышленных источников, в  том числе приоритетных загрязняющих и вредных веществ (прежде всего, мелкодисперсных частиц РМ10 и РМ2,5, канцерогенных веществ). Другое важное направление технологического развития связано с применением эффективных технологий водопользования, в том числе – очистки сточных и дренажных вод промышленных производств, населенных пунктов и селитебных зон и технологий восстановления качества воды в поверхностных водных объектах и загрязненных подземных вод. Важное научное направление – изучение структуры, свойств и физико-химических условий образования минеральных фаз с целью совершенствования материалов для захоронения радиоактивных и токсичных отходов.

Согласно оценкам экспертов  наилучшие научные позиции по сравнению с ведущими странами Россия имеет в области «Технологии  оценки ресурсов и прогнозирования  состояния литосферы и биосферы», в том числе в области исследований роли биоразнообразия для обеспечения экологической безопасности. Несколько ниже уровень российских исследований в области предотвращения и снижения загрязнения окружающей среды, переработки и утилизации техногенных образований и отходов; экологически безопасной разработка месторождений и добычи природных ресурсов и технологии снижения риска природных и техногенных катастроф. Наименее разработанная область – «Технологии мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы и гидросферы», в которой отставание России максимально.

Лидирующие позиции в  области рационального природопользования занимает Евросоюз, которому немного  уступают США. Другие страны в целом  находятся на значительно более  низком уровне.

4. Перспективные направления развития в области энергетики и энергосбережения

Для обеспечения высоких  темпов роста отечественной экономики  необходимо ее устойчивое энергообеспечение, что предполагает как ускорение  прироста энергопроизводящих мощностей, так и значительное снижение потерь при передаче и использовании электроэнергии.

Согласно экспертным оценкам, наиболее важная тематика для России в настоящее время относится  к технологиям создания энергосберегающих  систем и производству энергии с  использованием органического топлива. Проблематика, относящаяся к атомной  энергетике, по важности занимает промежуточное  положение, а наиболее низкие оценки получили темы из области «Технологии  водородной энергетики» и «Технологии  новых и возобновляемых источников энергии».

Среди технологий создания энергосберегающих систем наиболее актуальными будут технологии проектирования и строительства энергоэффективных зданий, обеспечивающие снижение энергозатрат при их эксплуатации в 2,5-3 раза, и технологии повышения эффективности управления процессами в энергетике путем применения "умных" датчиков. Другие важные технологии относятся к аккумулированию энергии, в первую очередь, электрической, передаче электроэнергии постоянного тока на сверхдальние расстояния, а также созданию интеллектуальных систем мониторинга, диагностики и автоматического управления для энергосистем.

Производство энергии  с использованием органического  топлива будет развиваться за счет создания «чистых» угольных электростанций, отвечающих современным экологическим  требованиям; парогазовых энергоблоков с КПД выше 60%;  разработки эффективных технологий получения углеводородов из угля. Актуальна также тематика, ориентированная на создание малых ТЭЦ (с электрической мощностью 1 – 10 МВт), газотурбинные мини-ТЭЦ на различных видах топлива мощностью порядка 10 МВт(э) и 20 МВт(т), в том числе с регенеративным циклом и мощные газотурбинные установки с начальной температурой газа 1350-1700С.

Актуальные научные исследования в атомной энергетике связаны  с построением математических моделей  и баз данных для высокоэффективного управления генерацией и передачей  энергии, а также математическим моделированием реакторов, разработкой  «виртуальных» энергоблоков и полномасштабных  тренажеров. В числе главных направлений  практического использований данных технологий – создание реакторов  на быстрых нейтронах, технологии уранового  и смешанного топлива, а также  совершенствование корпусных водо-водяных реакторов. Другие важные направления – это технологии замыкания топливного цикла, обогащения и разделения изотопов, а также разработка плавучих атомных энергоблоков для энергоснабжения, теплофикации и обеспечения пресной водой отдаленных районов.

Водородная энергетика будет  развиваться в направлении создания: высокоэффективных технологий для  транспортировки и хранения водорода, высокоемких, компактных и легких наноструктурных материалов для аккумулирования водорода и природных газов; топливных элементов на основе твердополимерного электролита для транспортного и стационарного использования; безопасных установок для производства водорода и синтетического газа из природного газа.

Технологии новых и  возобновляемых источников энергии  относятся к числу актуальнейших  направлений развития мировой энергетики. Для России наиболее перспективными являются: газификация твердых бытовых  отходов с использованием полученного  газа в энергоустановках, технологии газификации биомассы с созданием  мини-ТЭЦ, а также технологии получения  и энергетического использования  биотоплива. Важно также развивать технологии теплоснабжения на базе теплонасосных систем с замкнутым регулируемым энергетическим циклом. В то же время российские эксперты не придают высокого значения технологиям использования энергии морских волн, тепла морской воды и геотермального тепла, а также солнечных электростанций, размещенных на околоземных орбитах и передающих энергию на Землю сверхвысокочастотным излучением.

В целом Россия отстает  от мировых лидеров в области  энергетических технологий. Это отставание не так значительно в области  атомной энергетики и энергосберегающих  систем, в то время как в сфере  водородной энергетики и производства энергии с использованием органического  топлива позиции нашей страны существенно хуже мировых.

К числу наиболее разработанных  относятся, например технологии создания АЭС малой и средней мощности с продолжительностью кампании ~ 20 лет  для регионов, нуждающихся в автономном энергоснабжении; технологии легководных транспортных реакторов, жидкометаллических и высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов.

Мировое лидерство в большинстве  энергетических технологий принадлежит  США, которым несколько уступают Япония и Евросоюз.

5. Наиболее перспективные направления в производственных системах

Для того чтобы успешно  применять на практике современные  научно-технические достижения и  в широких масштабах выпускать  конкурентоспособную продукцию, необходимо располагать самыми совершенными производственными  технологиями. Промышленное оборудование должно быть насыщено электроникой, средствами гибкой автоматизации и контрольно-диагностическими системами, а доля ручного труда  должна непрерывно снижаться. 

Сегодня одной из важнейших  задач является определение и  анализ главных направлений, обеспечивающих быстрый подъем отечественного машиностроения, а тем самым и других отраслей экономики.

В области новых материалов для производственных систем и промышленной инфраструктуры к наиболее важной тематике отнесены технологии создания композиционных материалов нового поколения, а также  металлических нанокристаллических и наноструктурированных материалов. Последние, в частности, оцениваются как перспективные для повышения износостойкости узлов трения машин и механизмов, а также для применения в качестве магнитомягких материалов. Отмечена важность выявления закономерностей в изменении структуры материалов при одновременном воздействии температуры и нагрузок, особенно при их резких изменениях. Весьма актуальными признаны работы по созданию материалов для строительства газонефтепроводов, работающих в особосложных условиях, а также промышленных установок для реализации новых технологических процессов получения наноструктурных защитных и упрочняющих покрытий.

В разделе «Мехатронные системы» в качестве наиболее перспективны: разработка сложных роботов и унифицированных мехатронных модулей, а также принципиально новых металлообрабатывающих станков на их основе; технологии создания машин и оборудования, использующих новое поколение наноматериалов и композиционных материалов. В качестве важного научного направления отмечается углубление теории мехатронных устройств, как сложных инженерных комплексов, реализующих интеграцию элементов механики, электротехники и электроники.

В разделе «Средства диагностики  материалов» отмечена особая необходимость  разработки методов диагностики  и прогнозирования параметров, определяющих надежность особо ответственных  объектов. Важной научной задачей  признано построение физико-математических моделей структурного состояния  материалов при различных внешних  воздействиях, а также сложных  конструкций в различных условиях эксплуатации на основе собранной диагностической  информации. Актуальным является создание диагностических приборов (высокоинформативные  магнитные и электромагнитные дефектоскопы-томографы, ультразвуковые томографические дефектоскопы с трехмерным изображением и др.) и технологий для мониторинга состояния материалов и конструкций.

В разделе «Методы и  средства формообразования» будут  востребованы новые методы обработки  давлением и технологий высококачественного  проката, а также стального литья; прецизионные технологии формообразования – вплоть до достижения нанометровой точности; достижение сверхвысоких скоростей обработки материалов.

В разделе «Соединение  материалов и покрытия» наиболее важными будут: технологии создания на деталях из тугоплавких металлов и углеродных материалов защитных покрытий, позволяющих работать в окислительной  среде при температуре до 2000˚С; сварочные технологии, позволяющие сохранять исходные свойства соединяемых материалов – их износостойкость, твердость и прочность, а также методы прогнозирования, диагностики, контроля и управления свойствами соединений материалов, гарантирующих надежность ответственных объектов в приоритетных областях промышленности (атомно-энергетической, нефтегазовой, ракетно-космической, оборонной и др.).. Важной работой станет создание промышленных установок для нанесения наноструктурных защитных и упрочняющих покрытий, а также наноламинантных покрытий без использования цинка и алюминия.

В разделе «Лазерные и  другие лучевые технологии» особо  актуальными станут технологии лазерной сварки конструкционных материалов для изделий ответственного назначения, электронно-лучевые технологии с  применением программного управления, обеспечивающие повышенную точность обработки, а также технология безотходного объемного формообразования деталей  с применением лазерного излучения, не требующая механической обработки. В части научных исследований большое значение будут иметь  создание физических и математических моделей воздействия высококонцентрированных  потоков энергии для получения  уникальных свойств материалов, а  также разработка методов управления плазменными потоками для создания технологий модификации поверхности, очистки, полирования, рафинирования, структурирования и легирования.

В области производственных систем Россия отстает от мировых  лидеров практически по всем направлениям, за исключением технологий лазерной резки негабаритных сооружений толщиной до 100 мм, для целей утилизации сырья  с помощью транспортных лазерных установок и технологий создания металлических материалов, устойчивых против углеродной коррозии «самопроизвольного превращения металла в порошок», для работы в активных углеродсодержащих  газовых средах и получения нетрадиционных форм углерода (углеродные нанотрубки), где российские разработки находятся на уровне США и Японии. В целом отставание от мировых лидеров менее заметно в области новых информационных средств диагностики материалов, а наибольшее отставание характерно для высокоточных, энерго- и ресурсосберегающих способов формообразования.