Сбор новостей

Красноярские ученые преобразуют древесные опилки в ценные органические соединения

2 недели 5[2] дней ago
 

Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» в сотрудничестве с российскими и французскими коллегами усовершенствовали технологию получения жидких углеводородных продуктов из отходов древесной биомассы. Новизна подхода заключается в сочетании предварительной механической активации смеси древесных опилок и цеолитных катализаторов и термической конверсии активированной смеси в сверхкритическом этаноле. Исследователям удалось подобрать такой режим переработки смеси осины и катализатора, при котором выход биомасла достигает 89 %. Получаемые соединения могут быть использованы для производства топливных добавок и полимеров различного назначения. Результаты исследований опубликованы в журнале Journal of Analytical and Applied Pyrolysis.

Глубокая переработка древесных отходов — одно из направлений развития «зеленой» химии. Основная сложность в переработке древесины связана с необходимостью расщепления таких сложных соединений, как целлюлоза и лигнин. Традиционная технология скоростного пиролиза растительной биомассы при температурах 500—700 °С позволяет получать жидкие органические вещества. Однако они малопригодны для дальнейшего использования.

Коллектив ученых из России и Франции совместил несколько существующих подходов к переработке древесины, что позволило увеличить конверсию биомассы в востребованные углеводородные соединения. Исследователи подобрали такой режим воздействия на смесь отходов осины и катализатора, при котором выход жидких продуктов достигал 89 % от массы исходного сырья. Технология была отработана на осине, так как этот вид деревьев по занимаемой площади в России находится на втором месте среди всех лиственных пород, уступая только березе. При этом осина считается малоценной породой.

Чтобы ускорить преобразование биомассы, ученые предложили использовать твердые кислотные цеолитные катализаторы. (Цеолиты — это минералы, в состав которых входят кремний и алюминий). В работе использовали цеолиты с различным соотношением кремния и алюминия, синтезированные в Институте химии нефти СО РАН (Томский научный центр СО РАН). По словам заведующего лабораторией Института химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН доктора химических наук Бориса Николаевича Кузнецова, достоинство твердых кислотных катализаторов в том, что они могут быть легко выделены из реакционной среды, восстановлены и вновь использованы для ускорения реакции.

Смесь древесины и катализатора подвергалась механохимической активации. В ходе такой обработки уменьшается кристалличность древесины, разрушается ее подструктура и формируются небольшие образования из частиц древесины и катализатора. Гомогенное распределение катализатора в реакционной смеси необходимо для быстрого протекания реакции.

Снизить температуру реакции и повысить ее эффективность стало возможным за счет использования органического растворителя (этанола) в сверхкритическом состоянии. В таком состоянии он ведет себя одновременно как жидкость и как газ. Подобно газам — сжимается, имеет низкую вязкость и высокую проникающую способность. Подобно жидкостям — является хорошим растворителем органических и неорганических веществ. 

К активированной смеси катализатора и древесины добавляли этанол и помещали в герметичную камеру, нагретую до температуры 300 °С. В этих условиях растворитель находится в сверхкритическом состоянии. В реакторе происходило разложение древесины на жидкие, газообразные и твердые продукты. Ученые исследовали несколько режимов термической конверсии активированных смесей древесины осины и цеолитов при разном давлении. В результате были подобраны условия (температура, давление, состав катализатора), которые обеспечивают образование максимального количества жидких продуктов (биомасел). Полученные субстанции после серии преобразований могут стать компонентами биотоплив и сырьем для производства полимерных материалов.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда в рамках реализации проекта «Разработка новых методов получения ценных химических продуктов путем каталитической деполимеризации органосольвентных древесных лигнинов».

Дата публикации: 30 мая 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Портрет пласта в 3D. Ноутбук повысит добычу нефти

2 недели 5[2] дней ago
 

Найти нефть - большое искусство. Не меньшее - уметь ее правильно взять. Сами нефтяники говорят, что в ряде скважин из-за неправильной добычи может оставаться до половины, а то до 70 процентов имеющегося в пласте углеводород.

Одним из самых распространенных методов добычи - закачка в породы воды или сжатого газа, которые "выталкивают" нефть. А вот тут требуется настоящее мастерство, а главное знания. Знания о пласте, о породах, где он расположен, их проницаемости и т.д. Обычно для этого с глубины извлекаются образцы, которые изучаются в лаборатории. Процедура дорогая, длится несколько месяцев.

Сегодня ученые при изучении залежей переходят на цифру. На компьютере они создают модель породы и процесса вытеснения нефти водой. Плюсы такой "добычи" очевидны. Во-первых, требуется гораздо меньше времени, но главное на модели можно проиграть самые разные сценарии добычи и выбрать оптимальный.

С подобными моделями уже работают ведущие компании мира. Но есть один существенный минус - такой подход по карману очень немногим, влетает в копеечку. Дело в том, что справиться с расчетами под силу только суперкомпьютерам. Иным путем пошла группа ученых из Института динамики геосфер РАН, Института физики Земли РАН и Почвенного института имени В.В. Докучаева РАН, а также МГУ, Научно-технологического университета имени короля Абдаллы (KAUST) и Австралийского государственного объединения научных и прикладных исследований. Ученые создали программу, которая не требует таких мощных вычислительных ресурсов, но работает значительно быстрее. Она рассчитывает проницаемость на основе 3D-изображений горной породы, полученных на рентгеновском томографе. Такой вариант на порядок эффективнее существующих сегодня программ для суперкомпьютеров. Для расчетов можно использовать обычный компьютер и даже ноутбук.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (РНФ).

Дата публикации: 30 мая 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

РАН: зубы на полку?

2 недели 5[2] дней ago
Интервью с главой профсоюза РАН о тревожной ситуации с финансированием институтов Российской Академии наук

Ученые СибГМУ разработали виртуальный тренажер для перенесших инсульт

2 недели 5[2] дней ago
 

Ученые Сибирского государственного медицинского университета (СибГМУ) создали виртуальный тренажер для восстановления двигательных функций у больных, которые перенесли инсульт; в будущем тренажер планируется совместить с элементами экзоскелета, которые будут подбираться для каждого пациента индивидуально, сообщает во вторник пресс-служба вуза.

Отмечается, что на разработку основ роботизированной нейромиореабилитации ученые СибГМУ получили грант Российского научного фонда, на средства которого будут проводиться доклинические исследования. В проекте участвуют специалисты Томского НИИ психического здоровья, Томского политеха и инновационной компании Rubius. В рамках проекта они создали виртуальный тренажер для восстановления двигательных функций у людей, перенесших инсульт.

"Тренажер – это игра в виртуальной реальности. В основе лежит принцип биологической обратной связи: человек видит как будто со стороны свой образ, который повторяет все его движения, а благодаря системе видеозахвата происходит работа над восстановлением двигательных функций", – цитирует пресс-служба доцента кафедры медицинской и биологической кибернетики СибГМУ Ивана Толмачева.

На следующем этапе исследования к системе будут добавлены элементы экзоскелета – роботизированные рука и нога. Механизмы разработал партнер СибГМУ по проекту – томская компания "Андроидная техника". Ученые рассчитывают выработать научные основы нейрореабилитации и методики составления персонифицированных программ для каждого пациента, подчеркивается в сообщении.

"Сейчас происходит забор биоматериала у пациентов и анализ факторов нейропластичности. Мы проводим нейромиографические исследования: регистрируем мышечную активность, сохранность мышц до начала роботизированной реабилитации. В ближайшее время начнем восстановление этих пациентов уже с использованием экзоскелета", – цитируется завкафедрой медицинской и биологической кибернетики СибГМУ Константин Бразовский.

Отмечается, что первыми реабилитацию с роботами пройдут пациенты Томского регионального инсультного центра, причем индивидуальная программа может быть рассчитана на период до трех лет.

Дата публикации: 29 мая 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Российские ученые совершили прорыв в улучшении изделий из металла

2 недели 6[2] дней ago
 

Научный коллектив Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю. А. разработал технологию и оборудование для формирования композитных структур на поверхности металлических изделий, которые обеспечат им прочность, твердость и новые качественные возможности при эксплуатации. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале "Journal of Physics D: Applied Physics".

Один из перспективных способов сделать современные изделия более стойкими к износу состоит в применении плазменных технологий для упрочнения их поверхностного слоя. Это так называемое напыление. Но у этого способа есть свои недостатки. Направленное изменение структуры этого слоя распространенными методами нанесения защитных пленок и упрочняющих покрытий обычно происходит с невысокой скоростью. Кроме того, широкому распространению этих методов мешают коробление готового изделия при его многочасовой обработке и невозможность обрабатывать высокоточные изделия малого размера.

Представленный в статье ученых СГТУ метод воздействия этими недостатками не обладает. Авторы создали установку и уникальную технологию, которые позволяют формировать в поверхностном слое химически устойчивые покрытия.

Формируемая в установке низкотемпературная плазма представляет собой сверхвысокочастотный газовый разряд, который генерируется непосредственно вокруг поверхности изделия при наложении сверхвысокочастотного электромагнитного и электростатического полей. Свойства разряда существенно зависят от величины и знака постоянного электрического потенциала, подаваемого на изделие.

"Для геометрически сложных изделий, например, режущих и хирургических инструментов, шестерней, пружин, подшипников, особенно работающих в экстремальных условиях, альтернативы нашему методу отсутствуют, – поясняет Борис Бржозовский, профессор кафедры "Технология машиностроения" СГТУ им. Гагарина Ю. А. – При реализации цифровых технологий на станках с числовым программным управлением повышаются надежность, точность и другие показатели их эффективности более чем в 2 раза".  

По словам ученых, наноструктура формируется всего за 10-15 минут на уровнях подводимой мощности менее 100 Вт и при давлении в рабочей камере установки 2 миллиметра ртутного столба. Для сравнения, при реализации альтернативных методов в рабочей камере необходимо создать сверхвысокий вакуум, цикл обработки является более длительным и требует значительного энергопотребления.

В результате воздействия новым методом износостойкость изделий повышается в 2-6 раз. Так, хирургические иглы, которые затуплялись после 20 проколов, в результате обработки выдерживали 40 проколов. Обработка различного металлорежущего инструмента, работающего практически в экстремальных условиях, то есть при высоких нагрузках и температурах, обеспечивала рост его производительности в 6 раз за счет повышения износостойкости в 2,5-3 раза. Специальный инструмент для ультразвуковой размерной обработки стоимостью 45 000 рублей обеспечивал изготовление двух изделий. После обработки число изготавливаемых изделий выросло до семи. 

Помимо повышения износостойкости воздействие плазмы обеспечивает повышение коррозионной стойкости изделий из различных материалов, работающих в условиях действия различных агрессивных сред. В частности, обработка материалов, используемых для изготовления изделий медицинского назначения, обеспечивает повышение их коррозионной стойкости в 9-12 раз.

Коллектив СГТУ продолжает заниматься созданием научно-технологического задела по синтезу наноструктур и нанопокрытий. По мнению ученых, это позволит решить большое количество прикладных задач в различных отраслях жизнедеятельности: авиация и космонавтика, машино- и приборостроение, медицина и охрана окружающей среды. А полученные знания о процессах синтеза и функционирования наноструктурированных поверхностных слоев помогут сократить период вывода продукции на рынок нанотехнологий.

Дата публикации: 29 мая 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Effective methods for automated design of complex technical objects and systems

3 недели ago
 

In almost any field of human activity, one has to choose optimal options from a great variety of possible alternatives. When designing new devices, products and systems, researchers and engineers always strive to ensure that the systems created by them have the best characteristics and are economically viable. Thus, for example, a new car being developed must be fast, consume a minimum amount of fuel, be reliable and, in addition, it should not be too expensive.

Therefore, it comes as no surprise that researchers at the Lobachevsky University are actively involved in the research of models and methods for making optimal decisions when solving complex problems. A team of scientists under Professor Roman Strongin has proposed a large number of approaches to solving global (multi-extremal) optimization problems, including linear programming of the problems of unconditional optimization, problems of nonlinear programming, and many others.

With these approaches, it is possible to effectively solve many problems of optimal decision-making by using some key properties. For example, it is assumed in linear programming problems that all the existing dependencies in the optimization problem are linear. However, existing approaches do not fully cover all possible tasks for making optimal decisions.

According to Professor Victor Gergel, a leading member of the research team at the Lobachevsky University, the distinguishing feature of this class of problems is the assumption of multi-extremality of optimized efficiency criteria, for which the optimality among close variants does not necessarily mean the optimality among all possible alternatives.

"This determines the complexity of global optimization problems: in order to prove the optimality of the chosen option, one must show that this particular option is the best in the whole range of possible solutions," says Victor Gergel.

At an additional level of complexity, it becomes possible to have several performance criteria at the same time, which is extremely important in practical applications. In fact, how can one choose one quality criterion when developing a new car? Most likely, it is possible to specify several individual partial indicators, such as, for example, weight, cost, maximum speed, etc. However, the partial efficiency criteria are, as a rule, contradictory and one cannot choose the option that would be the best in all respects (the fastest car will not be the cheapest).

Therefore, the solution of multicriteria problems is reduced to finding some compromise (effective) options that cannot be improved simultaneously with respect to all the partial criteria. At the same time, it may be necessary in the course of calculations to find several different effective solutions. In the extreme case, this may be an entire set of undominated options.

When solving multicriteria optimization problems, the complexity of computations substantially increases when it is necessary to find several (or the entire set of) effective options. Finding even one compromise option requires a significant amount of computations, while the definition of several (or the entire set of) effective options becomes a problem of exceptional computational complexity.

To overcome the computational complexity of multicriteria problems, Professor Strongin's research team proposed a two-fold approach. First, effective global search algorithms developed within the framework of the information-statistical theory of multi-extremal optimization will be used for solving optimization problems. Second, when performing calculations, all the search information received during the calculation will be used to the greatest possible extent. On the whole, the re-use of search information will result in a continuously decreasing amount of calculation when searching for the next effective options.

Computational experiments performed by Lobachevsky University scientists show that the proposed approach makes it possible to reduce more than a hundredfold the amount of required computations when searching for the next effective solution.

A good example of practical application of this approach is the optimized profile of railway wheels. This result was obtained jointly with the colleagues from the Technical University of Delft (the Netherlands).

"Our calculations show that the proposed optimized profile of train wheels provides an increase in the wheel life to 120 thousand km (more than five times compared with the wheel of the original profile), while increasing the maximum permissible speed from 40 m/sec to 60 m/sec", - notes Professor Strongin.

The main results of the research were published in the Journal of Global Optimization, Volume 71, Issue 1, 1 May 2018, Pages 73-90 (DOI: 10.1007/ s10898-018-0624-3). The research was supported by the Russian Science Foundation, Project No. 16-11-10150.

Дата публикации: 28 мая 2018 метки:  RSF news
shuliak@rscf.ru

Ученые УрФУ опишут, как выращивать кристаллы определенного размера

3 недели ago
 

Коллектив ученых института естественных наук и математики УрФУ занимается исследованием фундаментальной проблемы теории фазовых переходов. Десять физиков и математиков изучают зарождение и рост кристаллов в переохлажденных жидкостях: пытаются понять, как выращивать кристаллы определенного размера в постоянно меняющихся условиях, чтобы получать определенные свойства этих кристаллов.

Практическое применение исследования огромно. Так, к примеру, зарождение и рост кристаллов контролируют такие процессы, как формирование необходимых свойств высокопрочных сталей, агрегирование в коллоидах и магнитных жидкостях, синтез белка (гормон роста человека), кристаллизация гемоглобина С, кристаллизация белков в сетчатке глаза (отвечает за образование катаракты) и другие.

«С помощью процесса объемной кристаллизации можно изготавливать медицинские препараты: кристаллы можно выращивать в пересыщенном растворе лекарственного средства, — поясняет руководитель проекта Дмитрий Александров. — Одна из актуальных задач — отводить кристаллы определенного размера. Наша задача — описать законы роста кристаллов. Найти эксперименты, сопоставить различные параметры, результаты математических моделей с тем, что наблюдают другие ученые, и выдать рекомендации, как можно выращивать кристаллы. То есть изучить динамические законы зарождения и роста частиц в метастабильной среде».

Одно из направлений исследования — теоретический учет эффекта нестационарного роста зародышей, который обеспечивается флуктуациями различной физической природы.

«Берем кружку с водой, которая всегда содержит примеси, и сильно переохлаждаем жидкость, к примеру, в холодильнике. Аккуратно вытаскиваем — вода жидкая. Потом придаем механическое возмущение, и вода мгновенно замерзает: возникают механические флуктуации — колебания — и на этих флуктуациях происходит очень быстрое рождение кристалликов, — поясняет Дмитрий Александров. — Они растут, взаимодействуют, смерзаются, и весь объем среды замерзает. Когда кристаллик растет в переохлажденной жидкости, он выделяет тепло. Это тепло изменяет распределение температуры вокруг кристаллика, которое нестационарно. Такой эффект нестационарного роста ансамбля частиц раньше не учитывался в теории зарождения и роста. Это одно из направлений теории, которое необходимо учитывать, поскольку от эволюции отдельных кристаллов зависит их финальное распределение по размерам».

Отметим, проект научного коллектива называется «Кинетика фазовых переходов в метастабильных системах: нуклеация и рост кристаллов с приложениями к кристаллизации биохимических соединений». На исследование этой тематики коллектив получил грант РНФ, который рассчитан до 2020 года.

Дата публикации: 28 мая 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Вычислить добычу. Подсказки нефтяникам даст суперкомпьютер

3 недели ago
 

Математику не зря называют царицей наук. Она играет решающую роль в исследованиях, относящихся к самым разным областям. Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша был образован в начале 1950-х для решения важнейших научно-технических и оборонных задач, стоящих перед страной: для расчетов по атомному проекту и баллистики космических аппаратов. Сегодня в институте по-прежнему работают специалисты высочайшей квалификации. Их результаты в области вычислительной математики и математического моделирования находят применение при решении широкого круга прикладных задач. В прошлом году проект “Разработка алгоритмов высокой точности и программного обеспечения для перспективных суперкомпьютерных цифровых технологий” выиграл грант РНФ в конкурсе на проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках Президентской программы исследовательских проектов. Какие же задачи могут решить математики в контексте недавно сформулированных государством научных приоритетов?

- Одним из направлений Стратегии научно-технологического развития РФ является переход к цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования; создание систем обработки больших объемов данных; машинному обучению и искусственному интеллекту, - напомнил руководитель работ по гранту РНФ член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук Владимир Тишкин. - Однако многие связывают эти задачи только с обработкой информации, считая, что современные компьютеры нужны в первую очередь для работы с массивами данных. На наш взгляд, это не так. Мощные машины предназначены не просто для обработки и хранения больших объемов данных, но прежде всего для генерации новых знаний, обеспечивающих научно-технический прогресс, - уверен ученый.

Впрочем, сами по себе вычислительные системы новых знаний произвести не смогут. Для решения с их помощью конкретных задач необходимо разработать специальные математические методы, которые затем будут реализованы в виде соответствующих программных продуктов. На это и направлен проект, выполняемый в ИПМ. Его цель - создание математических методов, алгоритмов и программного обеспечения, способного эффективно решать сложные прикладные задачи с использованием современных суперкомпьютерных вычислительных систем. 

- Есть определенная специфика при использовании суперкомпьютерной техники, - рассказывает участник проекта, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник ИПМ им. М.В.Келдыша Андрей Кулешов (на снимке справа). - Разработанное для маломощных машин и эффективно на них функционирующее программное обеспечение совершенно не годится для суперкомпьютеров, особенно гибридных архитектур, где вместе с обычными процессорами используются, например, графические ускорители. Без создания специальных алгоритмов, которые предназначены для работы на этих вычислительных архитектурах, возможности суперкомпьютеров реализовать не удастся, - поясняет А.Кулешов. 

У суперкомпьютера, имеющегося в ИПМ, довольно интересная история. Ему более 10 лет, он “далеко не самый мощный” и даже, по словам Владимира Тишкина, несколько устарел, но его создание вполне можно считать серьезным научным достижением. 

- Несколько молодых ученых-энтузиастов нашего института самостоятельно сконструировали и собрали макет оригинального суперкомпьютера, который продемонстрировал, что принципы, которые в нем заложены, могут быть реализованы в более мощных машинах. Научный руководитель института, академик Борис Четверушкин (в то время - директор Института) доложил об этом тогдашнему президенту РАН Юрию Осипову и сообщил, что, если нам дадут финансирование, мы сможем сделать более мощную машину, которая позволит получать новые научные результаты. Речь шла всего о 60 млн руб., - вспоминает Владимир Тишкин. - Осипов проинформировал об этом В.Путина, и тот распорядился деньги выделить, но с условием, что необходимо выполнить задуманное за полгода. И совместно с НПО “Квант” мы сделали отличную машину, уложились в эти сроки!

Суперкомпьютер ИПМ имеет мощность в 100 терафлоп и может выполнять 100 тысяч миллиардов операций в секунду. 

Одна из них связана с разработкой средств и методов вычислительного эксперимента для анализа многофазных многокомпонентных течений жидкости и газа в пористых средах с прямым разрешением геометрии порового пространства. За довольно сложным названием кроется прикладная задача нефтегазодобывающей отрасли, требующая для своего решения использования повышенных вычислительных мощностей.

Неужели математики могут подсказать, как правильно добывать нефть? Оказывается, могут, причем ответ будет довольно детальным и учитывающим массу факторов.

- Нефтедобыча не так проста, как может показаться. Это только в обиходном представлении пробурили скважину, опустили в нее трубу, включили насос - и из трубы потекло черное золото. На самом деле все происходит совсем не так, - рассказывает Владимир Тишкин. - Для того чтобы эффективно отобрать нефть, производится множество разных манипуляций. Например, рядом с основными (добывающими) скважинами бурится система дополнительных, в которые нагнетается вода. Вода создает избыточное давление, в результате чего происходит вытеснение из нефтесодержащей породы нефти, которая начинает выходить через добывающие скважины. Чтобы выбрать оптимальные режимы нефтедобычи, важно знать коэффициенты проницаемости нефтесодержащей породы на глубине до нескольких километров. Без этого мы не поймем, под каким давлением должна закачиваться вода, чтобы нефтеотдача была максимальной, - добавляет Андрей Кулешов. 

- Для решения этой задачи потребуются знания не только математики, но и физики течения многофазных жидкостей в пористой среде горных пород с учетом множества сопутствующих эффектов. А математика поможет составить правильно описывающие все эти процессы уравнения, которые можно будет решить численно с достаточной точностью. Важно также построить такие алгоритмы, которые по максимуму будут использовать возможности суперкомпьютеров, - уточняет Андрей Кулешов. 

Владимир Тишкин предлагает рассмотреть кубик сахара. Чтобы в математической модели описать его свойства наиболее точно, нужно разбить его объем на множество мелких кубиков-частиц, каждый из которых можно считать однородным. Понятно, что точность описания будет тем выше, чем больше таких частиц в разбиении, однако это число будет ограничено мощностью решающего задачу суперкомпьютера. 

От сахара ученый предлагает перейти к керну. Это фрагмент породы (он даже меньше куска сахара, имеет миллиметровый размер), который при подготовке к нефтедобыче извлекают путем бурения с большой глубины. Чтобы сделать вывод о том, как будет происходить вытеснение нефти водой в такой породе, можно провести натурный лабораторный эксперимент, но при этом он будет одноразовым, так как свойства образца изменятся, либо он просто разрушится. Ученые предлагают заменить лабораторный эксперимент компьютерным. Для этого необходимо создать математическую модель процесса - систему уравнений, его описывающую, - и задать геометрию порового пространства данного конкретного образца породы, для чего его помещают в томограф и делают микротомограмму с высоким разрешением - создают виртуальную модель реального керна. Затем весь объем виртуального керна разбивается на десятки или сотни миллионов кубиков-частиц, для каждого из которых необходимо численно решить сложную систему нелинейных уравнений. Это возможно только с использованием современных суперкомпьютеров с архитектурой параллельных вычислений, но для их эффективного применения нужно разрабатывать новые вычислительные алгоритмы.

Этот подход, при котором лабораторный натурный эксперимент заменяется вычислительным с использованием специализированной программы-симулятора, моделирующей процесс вытеснения нефти в масштабе порового пространства, носит название “цифровой керн” или “виртуальная лаборатория керна”.

Работы по созданию геофизических симуляторов для нужд нефтегазодобывающей отрасли активно ведутся в зарубежных академических научно-исследовательских центрах и университетах, в исследовательских структурах, ведущих западных нефтяных компаний (Schlumberger, Total и других), а созданные там симуляторы являются хорошо продаваемым коммерческим продуктом. Раньше отечественные нефтедобывающие компании их активно покупали и использовали, в частности, американские симуляторы фирмы Schlumbergen. Однако сейчас, когда введено эмбарго на все программное обеспечение для технологий нефтедобычи, встала задача импортозамещения. Здесь-то и пришли на выручку российские математики. 

- Создать симулятор очень сложно: нужно иметь большую команду программистов и бюджет, который значительно превышает размер нашего гранта. Но какие-то фундаментальные основы для его создания мы предложить можем. В нашем институте исторически работа строилась так, что многие разработки, которые никто ни в стране, ни в мире не делал, создавались здесь именно как фундаментальный задел. Разрабатывались новые модели, программные продукты, и затем на их основе в ИПМ и других организациях проводились расчеты и численные эксперименты, - поясняет Владимир Тишкин.

Ученые считают, что, вообще-то, нынешние ограничения на поставку в Россию зарубежных технологий - это хороший стимул для развития отечественной науки. К тому же само по себе импортное программное обеспечение, несмотря на то что оно достаточно качественное и эффективное, может не вполне удовлетворять потребностям заказчика.

- Зарубежные компании продают нам готовый продукт, как черный ящик. Информацию о том, что у него внутри, они не раскрывают. А без этого очень трудно определить, насколько правильными будут результаты при изменении условий вычислительных экспериментов. Ни проверить их, ни изменить что-то (если хотим какие-то новые характеристики учесть) мы не можем, - отмечает В.Тишкин. 

- К тому же, - добавляет Андрей Кулешов, - программные продукты, которые нам предлагаются зарубежными компаниями, все время развиваются. А это значит, что они в чем-то несовершенны. То есть какие-то эффекты они не учитывают, но дополнить или изменить что-либо без участия производителя невозможно. 

Еще одна задача, которая решается в рамках гранта РНФ, - моделирование воздействия электромагнитного излучения на композиционные пористые материалы, в частности, на покрытия летательных аппаратов, защищающие их “начинку”.  Любое электромагнитное излучение описывается уравнениями Максвелла, их нужно уметь решать. Когда имеется сплошная среда с заряженными частицами, задача усложняется. Если среда пористая, еще более усложняется. Должны быть разработаны модели и численные методы решения. Научная группа, которая изучает эти вопросы, занимает лидирующие позиции в нашей стране, - рассказывает Владимир Тишкин. 

- Можно сказать, что это - задача защиты любых объектов от излучения и одновременно разработки соответствующих защитных покрытий. Здесь так же, как и в случае с “цифровым керном”, требуется с помощью суперкомпьютера моделировать среду с детальным описанием. Таким образом, разработка высокоточных алгоритмов моделирования механики сплошных сред - это общее направление, к которому относятся все задачи проекта, - добавляет Андрей Кулешов.

Дата публикации: 28 мая 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru

Атлас флоры России со сведениями о распространении растений на территории страны создадут в МГУ

3 недели 3 дня ago
 

Атлас флоры России создадут в Гербарии МГУ им. М.В. Ломоносова, он будет содержать сведения о распространении растений на территории страны. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.

«В рамках проекта «Ноев ковчег» (при поддержке Российского научного фонда) ученые за три года создали крупнейшую в России базу данных растений со всего мира. Уже сейчас «Цифровой гербарий МГУ» доступен всем желающим, а в будущем исследователи собираются обучить нейронную сеть определять правильность идентификации растений, а также создать «Атлас флоры России» и «Чеклист флоры России», - говорится в сообщении.

Уточняется, что коллекция Гербария МГУ насчитывает свыше 1 млн образцов. В 2015 г. в рамках проекта «Ноев ковчег» началась масштабная работа по ее переводу в цифровой вид: ученые сканировали образцы засушенных растений и вносили данные с этикеток. За три года сотрудники университета вместе с помощниками и компанией-партнером оцифровали более 900 тыс. записей - 89% коллекции. Помимо отсканированных образцов растений цифровой гербарий включает тексты оригинальных этикеток и географические координаты мест сбора растений. При оцифровке используется как помощь волонтеров, так и автоматические системы, распознающие штрихкоды и помогающие работать с географическими координатами. Так, алгоритм может определять место сбора растения, сопоставляя имя ботаника с датой обнаружения растения или группируя растения по текстовому описанию места на этикетке. Позднее координаты для каждой из таких групп прописываются вручную.

В пресс-службе пояснили, что большинство (634 тыс.) образцов растений Гербария МГУ собрано на территории России. Также хорошо в коллекции представлена флора Украины (30 тыс.), Монголии (27 тыс.), еще 99 тыс. образцов получено из стран Центральной Азии, немало растений собрано в Мали, Вьетнаме и Северной Корее.

Отмечается, что параллельно с оцифровкой продолжается и активное пополнение коллекций. В 2016 г. они увеличились на 22 тыс. образцов, в 2017 г. - на 19 тыс. Больше всего в Гербарии появилось растений из Восточной Европы и азиатской части России, Центральной Азии и Кавказа. В 2016 г. сотрудники университета описали 16 новых видов растений из разных частей мира.

«Собранная в рамках проекта база данных гербарных образцов поможет при создании «Атласа флоры России» и «Чеклиста флоры России». Атлас будет содержать сведения о распространении растений на территории страны, для него нужны данные и других российских гербариев, в том числе тех, которые пока не оцифрованы. «Чеклист флоры России» - стандартный перечень всех видов российской флоры, его можно составить на основе «Цифрового гербария МГУ» уже через два-три года. Оба проекта важны для документации и научного анализа разнообразия растений России и сохранения редких видов», - подчеркнули в вузе.

Дата публикации: 25 мая 2018 метки:  СМИ о Фонде и грантополучателях
shuliak@rscf.ru