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 Процессы, сопровождающие жизнь черных дыр, интересуют не только теоретиков. Ученые уже знают, что энергия и частицы могут покидать черные дыры и теперь работают над способами эту энергию использовать.
Ученые подтвердили один из самых необычных эффектов Общей теории относительности (ОТО): вращение Земли действительно «увлекает» за собой пространство-время. Новое измерение, выполненное с помощью спутника LARES-2, оказалось примерно в 10 раз точнее предыдущих и еще сильнее ограничило пространство для альтернативных теорий гравитации.
В отличие от микрочастиц, наночастицы не только эффективно проходят барьеры дыхательной системы, но и идут дальше — в мозг человека. До сих пор масштаб смертности от них был неясен. Теперь исследователи выяснили, что она доходит до миллионов человек каждый год.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
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.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
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