ИИ разрешил компромисс между микро- и макроизображениями пористых структур
Ученые из МФТИ и Китая разработали новую методику совмещения разномасштабных изображений. Она позволяет получить точные изображения структуры сложных пористых сред, что важно для нефтегазовой отрасли, строительства и экологии.
Пористые среды, такие как цемент, бетон, горные породы, сплавы имеют сложную многоуровневую структуру, которую исследуют с разным разрешением. Эти материалы широко используются в строительстве, энергетике. Точное моделирование таких структур необходимо для понимания их проницаемости, физической прочности и других характеристик. Это позволит заменить виртуальными симуляциями дорогие эксперименты.
Традиционные методы визуализации сложных сред ограничены компромиссом между полем зрения и разрешением. При съемке большого объема получается низкое разрешение, и мелкие структуры (поры или каналы) «размываются». А при высоком разрешении, где видны все мелкие детали, можно снять только малый объем, а общая структура не доступна. Поэтому многие образцы, такие как породы-коллекторы нефти и газа, сланцы, почвы и многие другие исследуются в лаборатории разными методами на разных масштабах. Эти данные потом необходимо собрать в единую модель.
Чтобы улучшить разрешение томографических изображений при совмещении их с точными изображениями электронной микроскопии, ученые из Сычуаньского университета и МФТИ применили машинное обучение. Исследователи разработали двухэтапный алгоритм на основе генеративно-состязательной сети (LRR-GAN), объединяющий информацию из изображений разного разрешения. Общая логика работы: сначала улучшенный вариационный автоэнкодер — базовый элемент машинного обучения — обучается разделению и извлечению детальных характеристик (мелкие поры) из 2D-изображений высокого разрешения. Затем он преобразует их в компактные представления. Потом они соединяются с большими структурными особенностями из 3D-изображений низкого разрешения в генераторе LRR-GAN. Работа опубликована в журнале Construction and Building Materials.
Специальная регрессионная потеря обеспечивает согласованность деталей, позволяя контролировать результат на основе входных данных.
Получение 3D-изображения состоит из трех этапов. На первом получают цифровые изображения образцов горных пород с различным разрешением с помощью компьютерной томографии. После эти снимки обрабатываются: шумоподавление, сегментация и обрезка. На втором этапе происходит объединение изображений с низким разрешением и изображений с высоким разрешением для моделирования многомасштабных микроструктур. Именно здесь используется разработанный алгоритм. На третьем этапе параметры структуры пор и фильтрационные свойства оцениваются с помощью численного моделирования.
Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными дало высокое совпадение. Это говорит о том, что разработанный алгоритм эффективно реконструирует многоуровневые микроструктуры пористых материалов. Величина схожести мелкомасштабных деталей показала, что точность моделирования новым методом в два раза выше по сравнению с другими алгоритмами.
«Как и любой подход, наше решение имеет ряд ограничений. Например, сейчас мы работаем с бинарными изображениями. С одной стороны, это ограничивает нас всего двумя фазами: порами и твердой фазой, но зато результаты сразу подходят для моделирования в масштабе пор — в работе мы рассчитали поток флюида через 3D-изображения, для того чтобы получить проницаемость образцов. Мы продолжаем развивать это направление вместе с сотрудниками и студентами центра Мариной Карсаниной (старший научный сотрудник ЦВФ) и Владимиром Шибановым (студент ЛФИ 2-го курса)», — прокомментировал Кирилл Герке, директор по науке Центра вычислительной физики МФТИ.
Новый алгоритм, восстанавливающий многоуровневые микроструктуры пористых материалов, преодолевает компромисс между разрешением и полем зрения. Он позволяет создавать точные 3D-модели сложных многоуровневых структур. Это открывает путь к более глубокому пониманию физических свойств пористых материалов и поведения потоков жидкостей или газов внутри них. Это способствует развитию «цифровых двойников» материалов, где виртуальное моделирование заменяет дорогие эксперименты, ускоряя инновации в материаловедении.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно