Деталь для компьютеров будущего и цифровой двойник карьера: что придумала Россия в ноябре

В ноябре российским учёным удалось создать цифровой двойник карьера, ячейки памяти, которые можно будет использовать в фотонных компьютерах будущего, эффективный и экологичный способ сжигания жидкого топлива, модельный эталон энергосистемы, а также методику для быстрого и точного обнаружения неполадок двигателей спутников по данным телеметрии.

💡 Это материал из цикла «Сделано в России 🇷🇺», в котором описываются главные отечественные изобретения, а также важные события в различных областях науки и промышленности России.

Создана технология цифрового двойника карьера, которая снизит стоимость добычи полезных ископаемых на 10-15%

💡 Простыми словами

Специалисты из Москвы разработали программу, которая в режиме реального времени создаёт цифровую копию карьера и предлагает варианты по оптимизации движения транспорта, что ведёт к удешевлению добычи полезных ископаемых и повышению безопасности. Она может быть использована на любых горнодобывающих предприятиях, оснащённых робототехникой, а также современным сенсорным и телекоммуникационным оборудованием.

👨‍🔬 Детально

Промышленная автоматизации — это путь в будущее. В горнодобывающей отрасли уже давно начали применять умную робототехнику, автоматизированные системы контроля транспортного и горного оборудования. Однако телеметрические данные, собираемые этими системами, можно использовать ещё эффективнее, чем сейчас. Специалисты в области информационных технологий и горного дела НИТУ «МИСиС» разработали специализированные алгоритмы, позволяющие в режиме реального времени интегрировать геопространственные и телеметрические данные в динамическую 3D-модель инфраструктуры и технологической среды карьера, называемую цифровым двойником. С помощью этой программы на открытые разработки можно внедрить автономные транспортные средства, что позволит снизить стоимость добычи полезных ископаемых на 10-15%.

Такие показатели достигаются за счёт того, что программа на основе телеметрических и геологических данных, показателей сенсоров, спутниковых фотографий, технической документации имеющейся техники (самосвалов, экскаваторов, погрузчиков и так далее) может в режиме реального времени предлагать операционные решения по оптимизации движения транспорта по территории карьера. Помимо повышения эффективности добычи и транспортировки полезных ископаемых, это также снижает риск опасных ситуаций. Аналогов цифрового двойника на российских горнодобывающих предприятиях не существует.

Память для компьютеров будущего: учёные научились сохранять данные на кремниевом кольце с помощью световых импульсов

💡 Простыми словами

Учёные из Санкт-Петербурга впервые описали эффект, благодаря которому возможна запись информации с помощью импульсов света разной интенсивности. Это открывает пути к созданию оптических ячеек памяти, а в дальнейшем — быстродействующих оптических запоминающих устройств для компьютеров будущего.

👨‍🔬 Детально

Современные электронные вычислительные машины подходят к пределу своих возможностей по соотношению производительности к энергозатратам. Учёные со всего мира ищут альтернативные способы создания интегральных схем для компьютеров. Одним из самых перспективных проектов является фотонный компьютер, который работает с помощью света. До реализации конечной задумки, естественно, ещё очень далеко. Однако шаги в данном направлении совершаются постоянно. Так, в ноябре учёным СПбГЭТУ «ЛЭТИ» удалось описать эффект, благодаря которому возможна запись информации в миниатюрном кремниевом кольцевом микрорезонаторе (диаметр около 0,2 мм) с помощью импульсов света разной интенсивности. В данной структуре присутствует эффект бистабильности. Если на неё подавать импульсы света низкой интенсивности, то на выходе получается «0», высокой — «1». Таким образом записывается информация. Получается, что такую структуру можно использовать для создания оптических ячеек памяти, а в дальнейшем — быстродействующих оптических устройств хранения и обработки информации.

В Сибири придумали экологичную технологию сжигания жидкого топлива

💡 Простыми словами

Российские учёные обнаружили, что если при сжигании жидкого топлива в горелочное устройство подавать струю перегретого пара, то выбросы вредных веществ существенно уменьшаются (оксидов азота — в два раза, сажи — в пять, а концентрация окиси угарного газа уменьшается почти в полтора раза). При этом новая технология не требует обновления существующего оборудования и уменьшает нагрузку на экологию.

👨‍🔬 Детально

При использовании ископаемого топлива выделяются токсические продукты горения (оксиды азота NO и NO2), которые опасны для здоровья человека, а также оказывают негативное влияние на окружающую среду. Учёные Сибирского федерального университета исследовали технологию сжигания жидкого топлива при подаче струи перегретого пара в горелочное устройство. Оказалось, что при горении н-гептана подача пара снижает температуру в горелочном устройстве на 100 градусов, повышается теплоёмкость и топливо горит более интенсивно, а выбросы оксидов азота снижается в два раза, сажи — в пять, а концентрация окиси угарного газа уменьшается почти в полтора раза. Результаты проведённого эксперимента совпадают с полученными при теоретическом моделировании данными, что говорит о потенциале практического использования отечественных численных моделей. Стоит также отметить, что новая технология не требует обновления отопительного оборудования.

Томские учёные разработали модельный эталон энергосистемы

💡 Простыми словами

Учёные Томского политехнического университета предложили использовать модель эталонной энергосистемы для более точных теоретических расчётов различных параметров, что приведёт к повышению показателей надёжности и эффективности сложных современных систем. Данная работа является прорывом не только для российской, но и для мировой электроэнергетики.

👨‍🔬 Детально

Исходя из общемировой статистики системных аварий в электроэнергетике, около половины из них происходит из-за недостоверных результатов расчётов, полученных с помощью существующих средств моделирования. Проблема всережимной верификации результатов численных расчётов стоит на пути создания надёжных и эффективных энергосистем. При этом в современных системах необходимо учитывать такие сложные детали, как наличие устройств FACTS (высокоинтеллектуальных устройств для контроля и управления генерирующими источниками переменного тока), систем HVDC (высоковольтных линий электропередач постоянного тока), усложнение режимов работы и процессов из-за внедрения возобновляемой генерации и так далее.

Для решения проблемы учёные Томского политехнического университета (ТПУ) решили ввести понятие эталонной энергосистемы. Она представляет собой конфигурируемый мультимодульный комплекс моделирования в реальном времени энергосистем любой размерности и топологии. Разработанная концепция верификации на основе гибридного модельного эталона является уникальной и не имеет аналогов в мировой энергетике. С помощью нее ученые уже сформировали классы точности математических моделей современных устройств FACTS, HVDC систем, а также возобновляемых источников энергии.

В Санкт-Петербурге придумали методику быстрого выявления неполадок двигателей спутников по данным телеметрии

💡 Простыми словами

Учёным из Санкт-Петербурга удалось разработать универсальный аналитический метод, который на основе телеметрических данных (показателей с различных датчиков и так далее) позволяет определить сбои в работе сложных современных систем, например, двигателей спутников. Более того, метод требует гораздо меньше вычислительных мощностей, но выдаёт такую же точность, как у аналогичных программ.

👨‍🔬 Детально

Телеметрические системы, которые позволяют в автоматическом режиме фиксировать, собирать, обрабатывать и передавать информацию о различных показателях, являются неотъемлемой частью современных сложных киберфизических систем, примером которых являются аэрокосмические объекты (это могут быть летательные аппараты, ракеты, спутники и так далее). Кроме того, с помощью показателей телеметрии можно исследовать уже произошедшие инциденты и отклонения в функционировании системы. Правда, при этом формируется такое огромное количество данных, что анализировать их сложно, даже обладая огромными вычислительными мощностями. Например, двигатели спутников, которые изучали исследователи СПб ФИЦ РАН, генерировали данные каждые полсекунды по 400 параметрам. И обнаружить свидетельства о неполадках в таком массиве данных было затруднительно.

Поэтому учёные разработали универсальный аналитический метод, который на основе данных телеметрии позволяет определить нормальные и аномальные состояния системы. В основе подхода лежит представление поведения киберфизического объекта в виде траектории многомерной точки в пространстве. Для этого формируются двумерные проекции состояния системы во времени, которые далее используются для формирования количественной оценки изменения состояния объекта. Для нормального и аномального состояния изображения на плоскости будут разными. Интересно, что такой способ требует использования значительно меньших вычислительных мощностей, не уступая в точности аналогам. При этом метод подходит не только для аэрокосмических объектов, но и для любых других систем с телеметрическими данными (например, систем тепловентиляции и кондиционирования здания).