#моделирование

Исследователи НИУ ВШЭ проанализировали, насколько эффективно мировой рынок генеративного искусственного интеллекта превращает инвестиции в реальные доходы, и пришли к выводу: сегодня искусственный интеллект развивается быстрее, чем окупается.

Ученые Сеченовского Университета разработали лабораторную модель печени, способную воспроизводить реакции человеческой ткани на лекарственные препараты.

Ключевой проблемой в лечении онкологических заболеваний считается пластичность опухолевых клеток — их способность из стабильного положения переходить в подвижное и образовывать метастазы. Традиционно такая смена состояний объяснялась биохимическими реакциями, однако ученые все чаще стали находить доказательства того, что важную роль в этом процессе играют и физические силы, в частности, гравитация. Однако ранее проведенные эксперименты не смогли объяснить механизм этого явления, что исключало возможность использовать полученные знания для создания новых терапевтических подходов. Ученые Пермского Политеха впервые создали математическую модель, объясняющую, как именно гравитация меняет состояние клетки. Это открывает путь к развитию новых стратегий лечения через управление механическим состоянием опухолей.

Изучать болезни сердца можно не только на целом органе, но и с помощью клеточных моделей. Например, культуры кардиомиоцитов, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК). Исследователи МФТИ использовали такие клетки сердца для изучения развития аритмии и реакции на фармакологическую стимуляцию с помощью аналога адреналина. Полученные данные пригодятся для построения математических моделей сердца и прогнозирования поведения сердечной ткани.

Ключевая деталь протеза — гильза, которая принимает на себя всю нагрузку при движении. С помощью 3D-печати ее изготавливают по индивидуальным параметрам тела, но из-за анатомических особенностей давление в ней распределяется неравномерно, что со временем может приводить к повреждениям и угрозе безопасности. Ученые Пермского Политеха разработали метод «интеллектуального армирования» для решения этой проблемы. На основе компьютерного моделирования в самые нагруженные зоны гильзы локально встраивают углепластиковые нити, что позволяет на 40% усилить конструкцию.

Доцент Международного института экономики и финансов (МИЭФ) НИУ ВШЭ Дмитрий Макаров проанализировал работы известных экономистов Питера Карра и Люжень Ву и показал, что их «новая» модель оценки опционов — уже известная экономистам парадигма из теории оценки активов, но в других единицах измерения стоимости. Такая путаница может иметь отрицательные последствия для ученых и реальных участников финансового рынка.

Новая математическая модель показала, что внеземные цивилизации могут общаться не сложными посланиями, а простыми сигналами, по структуре напоминающими «фонарики» светлячков. Такой подход, по мнению ученых, может стать новым этапом в программе поиска инопланетного разума (SETI).

Российские ученые разработали модель, которая показывает, как перераспределяются заряды внутри структуры металл / графен в контакте с электролитом. Она поможет предсказывать электрохимические свойства таких гетероструктур, что важно для развития электрокатализа и электрохимических биосенсоров.

Уровень шума в пассажирском салоне — один из ключевых факторов, определяющих качество поездки. Даже при высокой скорости и безупречной безопасности избыточный шум и вибрации способны вызывать усталость и снижать концентрацию человека. Именно поэтому при разработке комплексов uST инженеры уделяют особое внимание снижению акустической нагрузки, сочетая тесты с методами компьютерного моделирования.

С каждым годом количество операций по эндопротезированию неуклонно растет. Металлические имплантаты, будучи слишком жесткими, со временем разрушают кость пациента, приводя к повторным операциям. Однако более перспективные протезы из углеродного композита накапливают при нагрузке микротрещины. Существующие методы расчета не дают врачам узнать, как это скажется на прочности всей детали, что делает неэффективным широкое внедрение таких материалов в медицину. Ученые Пермского Политеха разработали первую в мире двухуровневую компьютерную модель, способную предсказать, как микроскопические повреждения внутри угле-углеродного композита влияют на его прочность и долговечность в условиях реальной эксплуатации.

Современный интернет, цифровая связь и медицина сильно зависят от качества оптоволоконных кабелей. Однако их производство — сложный процесс, где ошибка в доле миллиметра или градуса ведет к порче всей заготовки. Основная сложность заключается в том, что промышленные станки запрограммированы для обработки деталей строго определенных, эталонных размеров. Однако реальное сырье в силу технологических особенностей всегда имеет небольшие отклонения. В этом случае технологи вынуждены подбирать настройки оборудования «на глаз», что резко увеличивает долю брака и снижает эффективность производства оптического волокна. Ученые Пермского Политеха создали инженерный инструмент, который рассчитывает идеальные параметры для любой заготовки. Внедрение метода позволит в два раза ускорить обработку и на 75% снизить долю бракованной продукции.

Вложения в космическую отрасль приносят экономике значительную выгоду. Согласно расчетам сотрудников факультета экономических наук НИУ ВШЭ и организации «Агат» госкорпорации «Роскосмос», каждый вложенный в космический проект рубль способен приносить более 5 рублей валовой добавленной стоимости и почти 3 рубля налоговых доходов федерального бюджета. Ученые предложили модель, которая позволяет обосновывать решения о бюджетном финансировании не только с точки зрения отраслевых задач, но и с позиции вклада в макроэкономические показатели и структурное развитие экономики.

Сотрудники лаборатории компьютерного дизайна материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ перебрали более четырех тысяч структур соединений молибдена и серы в поисках стабильных нанокластеров. Им удалось обнаружить 29 устойчивых вариантов, лишь семь из которых были обнаружены ранее экспериментально. Также исследователи выявили, возможно, наименьшую плоскую наноструктуру Mo-S: метастабильное кольцо из 10 атомов молибдена и 20 атомов серы. Исследование открывает путь к созданию новых катализаторов или компонентов для литий-ионных аккумуляторов на основе идентифицированных нанокластеров.

Полимерные покрытия многие годы служат основой защиты различных металлоконструкций. Они применяются как в бытовой технике, так и на сложных инженерных объектах, в том числе и в транспортных системах. Однако в транспортной отрасли, особенно там, где создаются крупногабаритные и аэродинамически сложные машины, традиционные технологии порошкового окрашивания оказываются недостаточно эффективными. Подвижной состав для комплексов uST имеет уникальный дизайн с большой площадью остекления и требует идеального качества покрытия. Из-за этого белорусские инженеры столкнулись с задачей, которую оказалось невозможно решить стандартными методами.

Ежегодно люди по всему миру сталкиваются с необходимостью восстановления после тяжелых травм, операций и возрастных изменений. Наибольшие трудности возникают при лечении масштабных повреждений костей, когда собственных ресурсов организма для заживления уже недостаточно. Существующие хирургические методики, в том числе аутопластика (пересадка собственных тканей пациента), не только требуют длительного восстановления, но и создают дополнительные медицинские риски. Ученые Пермского Политеха создали компьютерную модель, чтобы выявить оптимальные условия для регенерации костной ткани. Полученные результаты дают возможность проектировать структуру имплантатов, которая обеспечит максимально быстрое и качественное восстановление при серьезных повреждениях.

Фотополимер — специальный пластик для высокоточной 3D-печати. Часто применяется в ювелирном деле, медицине и особенно в литейной промышленности, позволяя создавать сложные детали с внутренними каналами, например, турбинные лопатки. Однако в процессе термообработки до 450°C, необходимой для выжигания прототипа, материал расширяется, вызывая микротрещины в керамической форме. Это приводит к браку при заливке металлом. Применяемые сегодня расчетные модели не учитывают, что при нагреве меняется вязкоупругое поведение фотополимера — сочетание его упругости и способности течь, — что и вызывает ошибки прогнозирования и производственные дефекты. Для решения этой проблемы ученые Пермского Политеха разработали принципиально новую программу, которая принимает в расчет оба этих ключевых параметра и предсказывает поведение пластика на 97%.

Современная экономика остро зависит от стабильности топливно-энергетического комплекса. Однако его основа, нефтедобыча, сталкивается с истощением легкодоступных запасов. Для оценки их потенциала инженеры используют геолого-гидродинамическое моделирование, позволяющее испытывать стратегии разработки в виртуальной среде и создавать цифровых двойников месторождений. Тем не менее, традиционные подходы к проектированию, основанные на двумерных картах, не дают точной информации о строении пластов. Это ведет к неоптимальной расстановке скважин и потере значительных объемов нефти. Ученые Пермского Политеха разработали методику генерирования множества 3D-моделей с возможностью выбора наиболее достоверных, описывающих реальное геологическое строение месторождений. Исследование позволяет существенно сократить неопределенность в оценке нефтяных запасов и уменьшить количество моделей для анализа.

Управление большими группами взаимодействующих объектов стало одной из ключевых технологических проблем. Ученые из разных научных областей предлагали свои решения, но столкнулись с ограничениями. Существующие подходы либо оказываются неэффективными при масштабировании, либо не способны учитывать множество важных факторов. Ученые Пермского Политеха нашли решение этой проблемы в природе, исследовав механизм коллективного выживания императорских пингвинов. Они усовершенствовали разработанную ранее математическую модель самоорганизации и впервые проанализировали поведение каждого агента в отдельности, раскрывая механизмы перехода от индивидуальных действий к общим. Это исследование открывает практические перспективы в различных областях — от создания роев медицинских нанороботов, способных точечно доставлять лекарства к опухолям, до проектирования автономных систем для работы в экстремальных условиях Арктики и космоса.

Коллектив ученых из МФТИ, НИИСИ и Университета Иннополис разработал и детально сравнил между собой ряд высокоэффективных модификаций численного метода, основанного на гибридном подходе с использованием так называемых Химерных сеток. Этот подход позволяет значительно повысить точность и одновременно снизить ресурсоемкость компьютерного моделирования упругих волн в средах со сложной геометрией. Разработка имеет огромное значение для таких критически важных областей, как сейсмическая разведка полезных ископаемых и ультразвуковая дефектоскопия материалов, например, железнодорожных рельсов. 

Физики-теоретики из МФТИ, СПбГУ, Владимирского государственного университета и Университета Вестлейк в Китае предложили и обосновали новую платформу, способную формировать пространственное распределение света по внешнему сигналу.