#модель

Чтобы создавать более эффективные батареи и катализаторы, необходимо понимать, что происходит на границе металла и раствора в двойном электрическом слое. Физики МИЭМ ВШЭ предложили единую теоретическую модель ДЭС, одновременно учитывающую избирательное прикрепление ионов к поверхности и частичный перенос заряда между ионами и металлом, которые раньше описывали раздельно. Результаты модели согласуются с экспериментальными данными. В будущем ее могут использовать при разработке аккумуляторов, суперконденсаторов и катализаторов.

Международная команда исследователей, в том числе из НИУ ВШЭ, создала первую полную карту квадруплексов — нестабильных структур ДНК, участвующих в регуляции генов. Ученые впервые показали, что эти структуры работают парами: один находится в участке ДНК, который запускает считывание гена, а другой в соседнем участке, ускоряющем этот процесс. В нормальных тканях они регулируют работу тканеспецифичных генов, а в раковых — генов, отвечающих за рост и деление клеток. Результаты могут помочь в разработке новых противоопухолевых препаратов, нацеленных на квадруплексы.

Ученые Томского политехнического университета в составе научной коллаборации разработали модель анализа динамики компаний — технологических лидеров, которая учитывает двойственность стратегий лидерства — агрессивную и консервативную и позволяет оценивать устойчивость и динамику показателей фирм-лидеров. Результаты исследования в будущем помогут выстраивать планы стратегического развития предприятий.

Современная биология и медицина достигли невероятных успехов в расшифровке генома, но столкнулись с фундаментальной проблемой. Она связана с пониманием того, как клетка принимает «решения» о своей судьбе: почему одна становится нейроном, а другая начинает бесконтрольно делиться, превращаясь в раковую опухоль? До сих пор наука искала ответ в точечном анализе, изучая отдельные белки и химические сигналы. Такой подход не раскрывал принципа, который обеспечивает одновременную перестройку тысяч генов. Ученые Пермского Политеха создали модель ДНК и с ее помощью впервые объяснили универсальный физический принцип, стоящий за управлением клетками и развитием раковых опухолей в организме. Это предлагает новый взгляд на методы лечения онкологических заболеваний.

Ученые из лаборатории компьютерного дизайна материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ предложили новую теоретическую модель, которая объясняет загадочное поведение магнитных свойств в высокотемпературных сверхпроводниках. Ключевым открытием стало понимание того, что для корректного описания этих материалов необходимо учитывать, как их магнитные взаимодействия меняются во времени, а не только в пространстве. Этот динамический подход позволил разрешить давнее противоречие между теорией и экспериментом.

Ученые ПНИПУ разработали высокоточную компьютерную модель для расчета надежности сферических опорных частей мостов, которая учитывает эффект ползучести полимерного слоя и в пять раз точнее существующих методов прогнозирует их поведение под сейсмическими и температурными нагрузками, что критически важно для создания отечественных аналогов после ухода иностранных производителей и обеспечения безопасности мостов в сейсмически активных регионах России.

Специалисты Школы естественных наук ТюмГУ разработали стационарную и нестационарную модели развития трещины автогидроразрыва нефтяного пласта. Они позволяют однозначно определить длину трещины из баланса расхода закачиваемой жидкости и оттока из трещины в пласт. Обе модели основаны на использовании законов сохранения массы и импульса, а также краевого условия, соответствующего балансу притока и оттока суспензии.

Сотрудники Лаборатории геометрической алгебры и приложений НИУ ВШЭ представили новую архитектуру нейронных сетей, понимающую симметрии мира. Разработка может ускорить и упростить анализ данных в физике, биологии и инженерии.

Коллектив ученых из МФТИ, Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н. Е. Жуковского и Нижегородского государственного технического университета имени Р. Е. Алексеева смоделировал обтекание воздушными массами крыла экраноплана. Установлена зависимость подъемной силы от конструкции крыла и режима полета.

Ученые ТПУ совместно с коллегами из Новосибирска разработали модель, которая позволяет определить оптимальные условия для обеспечения максимального срока службы аккумуляторной батареи электробуса. Она учитывает степень заряженности батареи, температурные режимы, количество пассажиров и скорость движения транспорта. Модель доказала свою эффективность во время экспериментов на реальных городских и пригородных маршрутах.

Волоконные лазеры активно используются в промышленности, связи и медицине. В качестве примера можно привести гольмиевые — это лазеры, в которых луч создается с помощью кристаллов или стекол с ионами гольмия. Их применяют для лечения ран, опухолей и дробления камней в почках. Главная их особенность в том, что они «заряжаются» от других лазеров — иттербиевых, то есть с ионами иттербия. Однако порой такая «зарядка» проходит плохо, из-за чего снижается мощность гольмиевого лазера, импульсы становятся нестабильными и оборудование может выйти из строя. Это особенно опасно во время хирургических вмешательств для пациентов с неотложными состояниями. Ученые из Пермского Политеха и ПНППК разработали компьютерную модель, которая с точностью 90% позволяет заранее рассчитать оптимальные параметры лазеров и снизить риск их отказа в ответственный момент.

Коллектив ученых из МФТИ разработал и теоретически обосновал два новых подхода к решению одной из фундаментальных проблем машинного обучения: определению достаточного размера выборки. Их работа предлагает измерять, насколько «уверенность» модели в своих параметрах меняется при добавлении или удалении всего одного элемента данных, используя для этого два различных математических инструмента.

Одна из фундаментальных проблем при создании эффективных моделей машинного обучения — определение необходимого и достаточного количества данных для их обучения. Слишком мало данных — модель будет неточной, слишком много — неоправданные затраты времени и ресурсов на сбор и обработку информации. Ученые из МФТИ предложили два новых метода для решения этой задачи, основанных на анализе функции правдоподобия с использованием техники бутстрэпа.

Участие в научных конференциях — это не только шанс поделиться своими идеями, но и важный шаг в карьере будущего исследователя. Однако не все студенты готовы к такой активности. Как преподавателям заранее понять, кто из первокурсников проявит интерес к науке? В МТУСИ нашли ответ, используя алгоритмы машинного обучения.

Ключевую роль в обеспечении надежности моста играют специальные подшипники, которые позволяют конструкции плавно двигаться под тяжелым весом, при нагреве и вибрациях, защищая от разрушения. Современные детали включают стальные элементы, полимерные слои и специальную смазку, которая снижает трение и продлевает срок службы моста. Если она плохая или ее вовсе нет, это может привести к заклиниванию подшипников, трещинам в мосту и даже его обрушению. Для того, чтобы понять, как смазочный материал ведет себя на реальном объекте, создают его «цифровые двойники» и исследуют в разных условиях. Ученые Пермского Политеха разработали усовершенствованную математическую модель, которая снизит погрешность в расчетах и уменьшит общий риск аварий.

В Институте прикладной физики имени А. В. Гапонова-Грехова РАН впервые в мире предложили модель малоизученного компонента спектра поглощения водяного пара — континуума, основанная на физических механизмах его формирования. Она позволяет существенно увеличить точность определения атмосферных характеристик, в первую очередь влажности и температуры, которые необходимы при прогнозировании погоды и долгосрочных изменений климата.

Геомеханическое моделирование широко используется при строительстве и разработке нефтяных месторождений. Оно позволяет точнее подобрать необходимое оборудование для вскрытия пласта, определить его интервал, оптимальную траекторию ствола скважины, оценить устойчивость горной породы в процессе бурения и добычи. Все это важно для максимально эффективной разработки месторождений. Тем не менее, существующие аналитические решения часто дают неточные результаты, так как учитывают не все факторы. Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая позволяет анализировать напряженное состояние обсадной колонны, цементного камня и участка породы вблизи скважины. Это дает возможность оценивать, как условия вскрытия пласта и применяемые материалы для цементирования скважины отразятся на ее устойчивости и продуктивности.

В технологиях 3D-печати, которые активно применяют в металлургии и медицине, важную роль играют гранулированные материалы — сыпучие порошки, состоящие из отдельных частиц (гранул) небольшого размера. Их используют для создания деталей автомобилей, самолетов, имплантатов и протезов. До начала печати процесс моделируют на компьютере. Это помогает выявить потенциальные дефекты, определить оптимальные параметры работы принтера (мощность лазера, скорость сканирования), что в целом улучшает качество изделий и повышает производительность. Однако само моделирование требует значительных затрат компьютерного времени. Ученые Пермского Политеха разработали упрощенную модель частицы, благодаря которой вычисления можно сократить в 23 раза.

Прежде, чем создавать систему защиты от киберпреступности в крупных компаниях и государственных структурах, необходимо тщательно проанализировать угрозы, вероятность их возникновения и возможные последствия, чтобы понимать, на что обращать внимание в первую очередь и как организовывать охрану сведений. Сложность заключается в том, что при таком анализе иногда приходится одновременно учитывать очень много нюансов и особенностей информационных систем. Для упрощения этого процесса ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая поможет автоматизировать оценку угроз безопасности данных. Это повысит эффективность и оперативность работы экспертов, способствуя более надежной охране ценной информации.

Ученые СПбГУ подтвердили эффективность созданной ими ранее математической модели прогнозирования развития эпидемий. Основой анализа стали ретроспективные данные пандемии коронавируса в Москве и Санкт-Петербурге в 2020-2021 году. Вероятность ошибки модели не превысила одного процента.

Урожайный потенциал семян в России реализуется на 20-30 процентов. Человеческий фактор, погода, несвоевременный полив и многое другое снижают качество и скорость роста тепличных плодов. При соблюдении требуемых условий и применении передовых технологий можно успешно выращивать широкий ассортимент растений круглогодично, включая те, которые обычно произрастают в более подходящих климатических условиях. Ученые Пермского Политеха создали компьютерную модель полностью автоматизированной «умной» теплицы, которая отслеживает уровень влажности, температуры и других показателей, влияющих на урожайность. Предлагается схема полностью оборудованной конструкции, чего ранее никто не делал.

Ученые Сколтеха представили новую простую физическую модель для предсказания твердости материалов, основанную на информации о модуле сдвига и уравнениях состояния кристаллических структур. Модель полезна для широкого спектра практических применений — все параметры в ней можно определить с помощью базовых расчетов либо измерить экспериментально.

Исследователи из Сколтеха и Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН разработали и испытали модель машинного обучения для точного расчета физических свойств расплавов солей с учетом влияния температуры. Расплавленные соли используются в металлургии, а в будущем могут помочь с утилизацией радиоактивных отходов атомных электростанций.

Преждевременные роды — одна из проблем современной медицины, пока не имеющая тенденции к снижению. В России около 10 процентов из 1,3-1,4 миллионов малышей рождаются недоношенными. Зачастую это вызывает бронхолегочную дисплазию — хроническое заболевание, при котором легкие формируются неправильно. У большинства детей с таким недугом в будущем возрастает риск возникновения респираторных инфекций, синдрома бронхиальной гиперреактивности и других проблем со здоровьем. Ученые Пермского Политеха разработали математические модели прогнозирования уровня бронхолегочной дисплазии у недоношенных новорожденных с экстремально низкой массой тела. Это позволит определить степень тяжести болезни на ранних сроках жизни ребенка и своевременно подобрать лечение.

На Земле насчитывается более 1000 действующих вулканов. Серьезную опасность для летательных аппаратов представляют облака вулканического пепла, выброшенные в атмосферу. Пепел воздействует на фюзеляж и аэродинамические поверхности самолета, а также на турбореактивные двигатели. Аккумуляция его частиц на сопловом аппарате может стать причиной отключения двигателя. В условиях глобального роста мировых авиаперевозок уделяется особое внимание безопасности полетов, в том числе оценивается устойчивость работы двигателей при попадании самолетов в облака вулканического пепла. Ученые АО «ОДК-Авиадвигатель» и Пермского Политеха впервые численно оценили объемы высокотемпературных зон в тракте двигателя, в которых частицы пепла переходят в жидкую фазу и представляют опасность.

Микрожидкостные чипы с каналами размером порядка нескольких микрометров применяются в тех отраслях, где необходимо тщательно контролировать движение малых объемов жидкости. Сюда относится синтез ценных химических субстанций, доставка питательных веществ к клеточным культурам, транспортировка лекарственных препаратов по тонким капиллярам. Ученые Пермского Политеха выявили ранее неизвестный механизм, влияющий на течение жидкости в таких конструкциях. Это позволит увеличить точность моделирования и сделать такие чипы эффективнее.

Россия контролирует практически четвертую часть мирового рынка удобрений, которые производятся из природных калийных солей. Необходимую руду добывают на месторождениях с помощью горных комбайнов. Причем часто это происходит, когда машина должна обрабатывать только часть высоты пространства забоя. При работе в таком режиме многие части механизма испытывают значительные динамические нагрузки, что приводит к снижению производительности и аварийным разрушениям деталей. Ученые Пермского Политеха разработали теоретическую модель, которая позволит определить степень нагруженности приводной системы комбайна и оптимальный диапазон высоты подрубки пласта.

Алгоритм ученых из МФТИ и их коллег из Российского государственного научного центра робототехники и технической кибернетики (Санкт-Петербург) и Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского поможет в цифровом виде воспроизвести механику движений насекомого в полете, а также воздушные потоки вокруг него. Дальнейшее моделирование позволит создать линейку биоморфных летающих роботов.

Совместное исследование доцента факультета экономических наук НИУ ВШЭ Сергея Степанова, экспертов из бизнес-школы INSEAD и Нью-Йоркского университета в Шанхае показало, что для задач с высоким уровнем неопределенности, когда нет уверенности, какое из принятых решений лучше, больше пользы принесет консультация отдельных экспертов, чем целой группы.

Ученые из России и Кореи провели теоретическое исследование трех различных моделей ускоренного расширения ранней Вселенной. Они рассмотрели модели, в которых потенциал, вызывающий расширение, генерируется квантовыми эффектами. Оказалось, что первая модель может быть согласована с наблюдениями, а остальные две нет.

Сборка вентиляторов авиационных двигателей — ответственный момент. Важно убедиться, что ни на одном из этапов не возникнет ни малейших дефектов, которые могли бы привести самолет или вертолет в негодность. Например, в процессе сборки вентилятора может появиться дисбаланс лопастей, который ведет к снижению производительности механизма. Поэтому после технологических работ детали специально балансируют, но это дорогостоящий и требующий времени процесс. Ученые Пермского Политеха разработали компьютерную модель, которая позволяет еще до начала сборки спроектировать оптимальное расположение лопастей ротора, что сократит временные и финансовые затраты на производстве.

Термомеханическая обработка металлов и сплавов — важнейший этап производства прочных ответственных деталей для всех отраслей промышленности. Основной процесс при этом — рекристаллизация — перестроение зеренной структуры материала, которое приводит к существенному изменению его свойств. Ее корректное описание дает ключ к оптимизации технологии и формования более качественных изделий под конкретные цели. Ученые Пермского Политеха разработали модель для детального описания рекристаллизации. Исследование позволяет более глубоко понять закономерности формирования структуры материала и главное — определять оптимальные режимы его обработки.

Модель учитывает широкий спектр взаимодействий ионов с электродами и позволяет предсказывать способность устройства накапливать электрический заряд. Теоретические предсказания модели совпали с результатами экспериментов. Данные о поведении двойного электрического слоя могут помочь в разработке более эффективных суперконденсаторов для портативной электроники и электромобилей.

Ученые Центра искусственного интеллекта и факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ, а также Института искусственного интеллекта AIRI и Sber AI разработали новую структуру диффузионной модели, для которой возможно задать восемь видов распределения шума. Вместо классической структуры модели в виде цепи Маркова и применения нормального распределения ученые предложили звездообразную модель, где возможно выбирать тип распределения. Это поможет решать задачи в разных геометрических пространствах с помощью диффузионных моделей.

Физики из Йельского университета с помощью математической модели объяснили, как гадюки используют инфракрасные датчики возле ноздрей, чтобы охотиться за добычей в кромешной темноте. Оказалось, они задействуют своеобразный «предусилитель сигнала», расширяющий пределы возможностей их тепловизионного органа.

Физики ТюмГУ разработали интегральную модель парогравитационного дренажа нефтяного месторождения на основе закона сохранения масс фаз и закона сохранения их энергии.

Исследователи из Высшей школы экономики и Университета Джорджа Мейсона изучили устойчивость потенциальных международных соглашений в вопросе солнечного геоинжиниринга. Авторы предложили схему, где выплаты направлены от богатых стран к бедным, что отличает их предложение от классических систем. Эта модель призвана сдерживать более уязвимые страны от излишнего использования метода, обеспечивая им компенсацию за возможные ущерб и адаптацию к изменениям климата.

Метеорологическая модель искусственного интеллекта от Google DeepMind под названием GraphCast значительно превзошла традиционные методы прогнозирования погоды по всему миру на 10 дней вперед. Свое предсказание система делает менее чем за одну минуту. Это говорит о том, что в будущем такие прогнозы могут стать куда эффективнее, чем сегодня.

Ученые из МТУСИ разработали метод глубокого обучения, позволяющий сегментировать сосуды глаза. Он значительно упростит работу специалистам в области диагностирования болезней на ранних этапах развития, так как кровеносные сосуды сетчатки глаза связаны с многими заболеваниями: сахарным диабетом, образованием тромбов (окклюзия сосудов), гипертонией, инсультом и другими.

Взаимодействие человека с роботом-манипулятором все чаще входит в практику работы в пищевой промышленности и медицине. По словам ученых, для такой работы целесообразно по максимуму использовать возможности нейросетевой модели для распознавания и классификации голосовых команд.

Эффективность работы скважины во многом зависит от того, насколько хорошо призабойная зона (пласт, прилегающий к стволу скважины) пропускает нефть или газ. Проницаемость этой зоны может снижаться, например, из-за попадания воды или примесей, загрязнения отложениями солей. Тогда дебит скважины — объем полезного продукта, который она отдает за единицу времени — уменьшается, а оставшиеся запасы становится трудно и малорентабельно добывать традиционными методами. В этой ситуации применяют гидравлический разрыв пласта. В скважину под высоким давлением закачивается жидкость или гель, они растрескивают породу, и через трещины начинают более интенсивно поступать нефть или газ. Однако физика процесса развития трещины очень сложна, поэтому предварительные расчеты, насколько сильно увеличится дебит, зачастую не совпадают с реальными результатами. Чтобы избежать нерациональной траты ресурсов, ученые ПНИПУ разработали специальную модель прогнозирования: она определит эффективность гидроразрыва пласта до его проведения.

Человек ежедневно подвергается воздействию шума от различных устройств: от кондиционеров до двигателей самолета. Для снижения шума, распространяющегося в каналах воздуховодов или энергетических установок, каналы облицовывают звукопоглощающими конструкциями (ЗПК). Основной характеристикой ЗПК в этом случае является импеданс — полное акустическое сопротивление. Оптимальное значение импеданса обеспечивает максимальное затухание звуковых волн в канале. Существует ряд полуэмпирических моделей, позволяющих рассчитать импеданс. Ученые ПНИПУ выяснили, какие модели наиболее точно описывают импеданс в зависимости от разных уровней шума.

Исследователи из НИУ ВШЭ и ФГБУ «НМИЦ радиологии» успешно вырастили в лабораторных условиях трехмерную модель рака предстательной железы и проверили на ней один из противоопухолевых препаратов. В будущем эта методика может существенно повысить эффективность лечения онкологических больных.

Отложения парафина — большая проблема при добыче нефти во многих странах мира. Еще более актуальной она становится в условиях снижения запасов углеводородов и увеличения осложнений при добыче на месторождениях, переходящих на поздние стадии разработки. В результате происходит ухудшение технологических параметров добычи черного золота, а именно: повышение обводненности продукции (большое количество воды), снижение забойного и пластового давления, изменение компонентного состава добываемого сырья. Такая динамика показателей способствует более раннему образованию парафиновых отложений, поэтому ведется поиск методов борьбы с ними, чтобы сократить затраты на добычу полезного ископаемого. Ученые Пермского Политеха создали эмпирическую модель парафинобразования при прохождении сырой нефти в скважине, которая поможет прогнозировать появление парафина и оптимизировать затраты на обслуживание скважин.

Большинство действующих нефтяных месторождений находятся на поздних стадиях разработки, где особое внимание уделяется энергоэффективности добычи. Это связано с тем, что из-за погружных насосов, которые используются при выкачке сырья, расходуется большое количество электричества. Ученые Пермского Политеха создали цифровую математическую модель для расчета потребления электроэнергии. Алгоритм учитывает все факторы, влияющие на производительность центробежного насоса, и поддерживает его работу в оптимальном режиме. Методику применили к трем добывающим скважинам Волго-Уральского месторождения.

В мире стремительно развивается цифровизация всего нефтепромысла. Одним из этапов считается разработка и внедрение интеллектуальных станций управления скважинами, работа которых приводит к снижению энергопотребления, а также к уменьшению скорости износа оборудования. Для корректного функционирования таких станций необходимо постоянное измерение дебита. В современных условиях замеры количества добываемой нефти выполняются периодически, что не позволяет анализировать условия работы скважины. Несвоевременное регулирование работы ведет к снижению эффективности добычи нефти. Поэтому возникает необходимость создания специального программного обеспечения для автоматического расчета дебита. Для этого ученые Пермского Политеха разработали модель механистического виртуального расходомера, который повысит качество промысловой информации и обеспечит регулярную оптимизацию работы скважины. На сегодняшний день не существует расходомеров, использующих все необходимые для расчета и прогнозирования дебита физические данные со скважин.

Ученые впервые разработали модель затухания толчков, позволяющую точнее разрабатывать карты сейсмической опасности. Их используют в строительстве, чтобы оценить, какую силу землетрясений должны выдерживать здания в конкретном регионе. Также модель может использоваться для генерации карт сотрясаемости, по которым МЧС сможет понять, где последствия землетрясения, вероятно, будут сильнее всего.

Почти половина действующих нефтедобывающих скважин России и стран СНГ эксплуатируется штанговыми насосными установками. Широкое применение такого оборудования связано с высокой надежностью, простотой обслуживания и возможностью ремонта в промысловых условиях. Однако двигатель такого оборудования потребляет большое количество электричества, что приводит к высоким финансовым затратам, а, значит, к повышению себестоимости нефти. Для решения проблемы исследователи Пермского Политеха разработали комплекс бездатчикового управления процессом добычи нефти на основе цифровой модели насосной установки.

Оптоволокно продолжает набирать популярность из-за способности мгновенно передавать данные на большие расстояния без потерь и с высокой скоростью. Малые габариты, низкое энергопотребление, устойчивость к перепаду температур и агрессивным средам позволяют использовать стеклянные волокна для оптических датчиков, лазеров, гироскопов, сбора информации в нефтяных скважинах и даже в космосе. В связи с этим требования к материалу по прочности, радиационной стойкости, температуре эксплуатации и иным свойствам постоянно возрастают. Для повышения надежности оптического волокна все чаще используют полимерное покрытие. Ученые Пермского Политеха рассмотрели процесс нанесения укрепляющего состава на волокно и разработали модель, которая позволит рассчитать необходимую толщину покрытия.

Ученые Тюменского государственного университета разработали интегральную модель парогравитационного дренажа нефтяного месторождения на основе закона сохранения масс фаз и закона сохранения их энергии.