В ЮФУ создали бюджетную технологию очистки почв и поверхностных вод на основе искусственного интеллекта
При создании нового дешевого биосорбента из биомассы пшеничной соломы высококвалифицированный сотрудник ЮФУ Вишну Д. Раджпут использовал искусственную нейронную сеть (ANN). Проект оказался эффективным и экономически выгодным для удаления токсичных красителей из промышленных сточных вод, что показывает его потенциал для масштабного применения в текстильной промышленности и других секторах, где возникают подобные загрязнения.
В окружающую среду поступает множество органических и неорганических веществ, загрязняющих воду и почву. Эти токсичные вещества могут быть опасны для здоровья человека. Последние несколько десятилетий специалисты всего мира применяли различные подходы для очистки, но ни один из них не обеспечивал удаления большого объема загрязняющих веществ так, чтобы это было эффективно и экономно.
По словам ведущего научного сотрудника Академии биологии и биотехнологии Д.И. Ивановского ЮФУ Вишну Д. Раджпута, биосорбция токсичных элементов на сегодняшний день является одним из наиболее распространенных методов очистки воды и почвы. Она работает так: живые организмы или их компоненты, такие как бактерии, грибы, водоросли или растительные материалы, словно губка адсорбируют загрязняющие вещества и очищают среду от опасных химических соединений. Однако эта технология в значительной степени зависит от эффективности применяемых сорбентов, как по отдельности, так и в комбинации.
Ученые Южного федерального университета уделяют огромное внимание поиску новых решений для агробиобезопасности нашей страны. Так, на базе университета организован и реализуется проект «Управление почвенными ресурсами и агроклиматология» федеральной программы «Приоритет-2030» ЮФУ, который отвечает стратегическим задачам обеспечения безопасности окружающей среды России. В недавнем исследовании, проведенном сотрудниками АБиБ ЮФУ в сотрудничестве с Университетом Эмити (штат Уттар-Прадеш, Индия), молодые исследователи Вишну Д. Раджпут, доктор Манодж Гарг, Приядаршани Раджпут и Шитал Кумари (AUUP) под руководством профессора Татьяны Минкиной нашли решение глобальной экологической проблемы загрязнения воды и почвы красителями и промышленными сточными водами.
«Цель нашего исследования заключалась в оценке эффективности недорогих потенциальных адсорбентов, полученных из биомассы соломы, на основе биосорбции красителя метиленового. Для оптимизации эффективного удаления красителя было использовано машинное обучение. Разработанный метод показал многообещающие результаты с точки зрения его экономической эффективности, экологичности и потенциальной способности к биологическому разложению токсичных элементов. Исследования по данной проблематике очень актуальны, так как основаны на разработке более эффективных и устойчивых решений по смягчению последствий загрязнения почвы и воды и методах их рекультивации», — рассказал Вишну Д. Раджпут.
В данном исследовании специалисты применили методы искусственной нейронной сети (ANN) и машинного обучения для моделирования и проверки процесса биосорбции, а также для оценки его эффективности в прогнозировании удаления красителя. ANN основана на искусственном интеллекте, который дает команды компьютерам обрабатывать данные желаемым образом, аналогично работе человеческого мозга. В последние годы ANN нашла ряд применений в области восстановления водных ресурсов и стала самым популярным инструментом для прогнозирования параметров качества воды.
Машинное обучение и методы ANN позволили предсказать возможности сорбентов в более крупном масштабе, заменяя необходимость изучения их действия с использованием термодинамики, кинетики, изотерм сорбции и других аспектов. Сочетание методологии Response Surface с машинным обучением повысило надежность модели биосорбции. По итогам проекта ученые выяснили, что можно удалить 96 процентов красителей. На основе процесса адсорбции частицы красителя остаются на поверхности биомассы пшеничной соломы.
«Методология поверхности отклика (Response Surface, RSM) — это основанный на математике и статистике метод для оптимизации процессов и улучшения эффективности адсорбента. С помощью него мы можем построить модель, описывающую связь между входными факторами и выходным результатом процесса: математическое уравнение или трехмерная поверхность. Пользуясь этой моделью, мы определяем оптимальные значения факторов. Например, можем найти такие значения, при которых достигается минимальный ввод и максимальная отдача. Это экономит время и ресурсы, исследуя только несколько комбинаций факторов вместо того, чтобы проверять все возможные варианты», – объяснил Вишну Д. Раджпут.
Результаты исследования, изложенные в журнале Scientific Reports, могут быть использованы для разработки экономически эффективных и устойчивых стратегий удаления токсичных красителей из промышленных сточных вод. Использование биомассы пшеничной соломы в качестве биосорбента имеет потенциал для масштабного применения в текстильной промышленности и других секторах, где возникают загрязненные красителями сточные воды.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Большой взрыв мог быть не началом Вселенной, а моментом рождения самой гравитации в привычном нам виде. Новая модель предлагает иную, квантовую форму гравитации, которая могла запустить инфляцию и избавить космологию от проблемы сингулярности, где законы физики перестают работать.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
Вода из другой звездной системы оказалась не похожа на земную: в составе третьего межзвездного объекта нашли рекордное содержание дейтерия — тяжелого изотопа водорода. Этот химический след указывает на необычные условия формирования системы, где возникла комета, и меняет представления о сценариях рождения далеких планетных систем.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
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