Предмет исследования. Предложена методика формообразования поверхностей полированных подложек для интерференционных зеркал газовых лазеров, в частности, датчиков лазерных гироскопов. Основное внимание уделено изготовлению деталей из оптического ситалла марки СО-115М с заданной кривизной центральной области и плоской поверхностью периферийного кольца, предназначенной для установки на моноблочный корпус лазерного резонатора посредством оптического контакта. Метод. Требуемый результат формообразования достигался посредством шлифовки и полировки изделий в присутствии дозированных локальных механических напряжений, прикладываемых к мембране в центральной зоне подложки. При этом параметры профиля кон- тролировались с применением методик интерферометрии управляемого фазового сдвига. Экспериментальные результаты сопоставлялись с данными математического моделирования с использованием инженерной программы конечно-элементного анализа. Основные результаты. Установлены характерные зависимости радиусов кривизны сферических поверхностей, получаемых в рассматриваемой технологии, при различных значениях механических нагрузок и геометрических параметров мембран. Особое внимание уделено рассмотрению величин максимального напряжения в образцах и их сопоставлению с предельными прочностными характеристиками материала. Показано, что рассмотренный технологический подход может оказаться эффективным при изготовлении подложек с параметрами, характерными для интерференционных зеркал резонаторов газовых лазеров, в том числе датчиков лазерных гироскопов. Кроме того, описанная технология может использоваться при изготовлении асферических поверхностей подложек. Практическая значимость. Рассмотренный в работе метод позволяет повысить производительность обработки оптических деталей в условиях массового производства.

Предмет исследования.Представлены результаты экспериментального исследования влияния длительности химического травления на спектр пропускания наклонной волоконно-оптической брэгговской решетки с целью повышению ее чувствительности для применения в качестве элемента в волоконно-оптическом измерителе показателя преломления жидкостей. Метод. Химическое травление наклонной брэгговской решетки осуществлялось в 50 % растворе плавиковой кислоты. Химическое травление выполнялось длительностью в течение 5, 10, 15, 20 и 30 мин с перерывами для измерений. На каждом этапе исследования проводились измерения спектра волоконной решетки в средах с разным показателем преломления. Основные результаты. Произведена оценка чувствительности наклонной волоконно-оптической брэгговской решетки к изменению показателя преломления после каждого этапа травления. Показано, что при уменьшении толщины оптического волокна за счет химического травления происходит снижение чувствительности. Практическая значимость. Экспериментальное исследование показало, что химическое травление не позволяет увеличить чувствительность наклонной брэгговской решетки к изменению показателя преломления исследуемой среды. Анализ результатов измерений может найти применение при проектировании и разработке волоконно-оптических измерителей концентрации или показателя преломления раствора исследуемого вещества.

Предмет исследования. Приведен анализ механических и оптических свойств современных оптических полимерных материалов. Представлен результат проектирования и характеристики качества телескопических очков небольшого увеличения, выполненных из современных оптических полимеров и предназначенных для применения в медицине, при производстве микроэлектронных схем, ювелирных изделий и др. Метод. Расчет телескопических очков выполнен по схеме Галилея на основе автоматизированного метода коррекции аберраций. Выполнены требования исключения необходимости дополнительной аккомодации глаз при переходе от наблюдения с очками и без них за счет расположения объекта и изображения в одной плоскости. Основные результаты. Полученная оптическая система имеет дифракционное качество изображения, при этом масса полностью полимерных очков в два раза ниже, чем у аналогов, выполненных из стекла. Практическая значимость. Современные оптические полимеры обладают улучшенными механическими и оптическими свойствами, что создает перспективу замены стеклянных компонентов на полимерные и создания полностью полимерных оптических систем, имеющих высокие характеристики качества. Технологии изготовления компонентов из оптических полимеров позволяют получать также поверхности сложной формы (киноформы, асферика, «freeform» и др.). Обеспечивается решение технических задач, связанных с масштабированием производства, уменьшением трудоемкости сборки, совершенствованием конструкции, снижением массогабаритных свойств, а также себестоимости изделий.

Предмет исследования. Разработана методика экспрессной инструментальной оценки микробной обсемененности, а также про- и антибиотических свойств фармакологической, пищевой и иной продукции. Метод. Разработанная методика заключается в периодической инструментальной регистрации изменений рН, редокс потенциала и удельной электрической проводимости жидкой питательной среды, инкубируемой в присутствии и в отсутствие жизнеспособных тестовых микроорганизмов и тестируемых образцов. Выполнен сравнительный анализ про- и антибиотической активности золотистого стафилококка при различных концентрациях цельных докритических экстрактов, полученных из десяти различных видов растительного сырья с использованием в качестве экстрагента сжиженного углекислого газа. Основные результаты. Проведенные исследования подтвердили, что представленная методика, в сравнении со стандартными, позволяет более оперативно, объективно и информативно оценивать исходную микробную обсемененность, а также влияние на динамику жизненной активности микроорганизмов различных образцов фармацевтической, пищевой и иной продукции. Показано, что среди исследованных образцов наиболее активные пролонгированные антибиотические свойства проявили экстракты из плодов бузины черной и шиповника коричного, а также зеленых листьев чайного куста при их концентрациях в тестовой среде от 3 об.% и выше. А наиболее активные пролонгированные пробиотические свойства выявлены у экстрактов из травы зверобоя продырявленного и зеленых листьев чайного куста при их концентрациях в тестовой среде равных 0,2 об.%. При этом биологическая активность тестированных образцов в отношении тестовых микроорганизмов в большинстве случаев монотонно уменьшалась с увеличением времени взаимодействия упомянутых микроорганизмов и образцов. Практическая значимость. Результаты проведенного исследования могут найти применение при разработке составов и оценке свойств новой фармацевтической, пищевой и иной продукции, включающей в себя различные растительные экстракты. Кроме того, предложенная методика инструментального микробиологического тестирования может быть использована при контроле микробной обсемененности, а также про- и антибиотических свойств различных образцов уже принятой к применению продукции, а также отдельных ингредиентов и добавок к этой продукции.

Предмет исследования. Рассмотрена оценка движения как самый сложный и ресурсозатратный этап в стандарте высокоэффективного кодирования видеоизображений. Предложен быстрый алгоритм, позволяющий пропустить оценку движения дробных пикселей. Метод. Оценка движения дробных пикселей, включающая в себя оценку движения в половину и четверть пикселя, используется в качестве процесса уточнения оценки движения целочисленных пикселей, для обеспечения лучшей эффективности кодирования. Представленный алгоритм заключается в пропуске оценки движения дробных пикселей для блоков предсказания, если блок размерности 2N × 2N, содержащий больше информации, чем блоки других размеров, закодирован с целочисленной оценкой движения. Решение также может быть принято в ссылочных кадрах, так что оценка движения на уровнях половины и/или четверти пикселя для сокращения времени кодирования может быть пропущена. Основные результаты. Алгоритм реализован в эталонном программном обеспечении HM-16.20. Для оценки его эффективности использовался ряд стандартных видеопоследовательностей, предлагаемых международным союзом электросвязи ITU (International Telecommunication Union). Экспериментальные результаты показали, что предложенный быстрый алгоритм сокращает время кодирования в среднем на 64 % при потере производительности менее 1 %. Практическая значимость. Алгоритм обеспечивает сокращение времени кодирования при незначительной потере производительности и может быть использован для замены существующего блока в стандарте Н.265 для ускорения процесса сжатия видео.

Предмет исследования. Метод совместной кластеризации в графовом и корреляционном пространствах предназначен для идентификации активных модулей в метаболических графах на основании транскриптомных данных, представленных большим числом образцов. Получаемые с помощью данного метода активные модули описывают динамическую метаболическую регуляцию во всех образцах анализируемого набора данных. В работе изложены способы модификации предложенного метода для применения на реальных данных. Метод. Для изучения устойчивости получаемых результатов модифицированный метод был многократно запущен на реальных данных с небольшими вариациями исходных параметров. Для анализа результатов сформулировано несколько метрик, отражающих степень похожести и представленности полученных при разных запусках модулей. Основные результаты. Результаты анализа в целом являются достаточно устойчивыми: для большинства модулей их профили хорошо находятся в шумных данных, а также сохраняется большинство генов этих модулей. Практическая значимость. Результаты приведенных исследований показали, что используемые модификации метода позволяют успешно анализировать реальные данные путем получения активных модулей, обладающих устойчивостью и простотой в интерпретации.

Предмет исследования. Представлен анализ современной концепции цифровых двойников применительно к производственным системам. Приведен обзор характеристик и параметров цифрового двойника, создающих преимущества применения данной концепции для производственных систем на этапах их жизненного цикла. Предложены варианты технической реализации концепции цифровых двойников для совершенствования технологических процессов производственных систем на следующих этапах жизненного цикла: идея, проект, реализация, эксплуатация, утилизация. Метод. Приведен ретроспективный анализ научных трудов, посвященных методологии и практическому применению программно-ориентированных подходов к проектированию, реализации и эксплуатации производственных систем Индустрии 4.0. Дана экспертная оценка и выполнен анализ при- менимости концепции цифровых двойников на этапах жизненного цикла производственных систем. Основные результаты. На основе анализа зарубежных исследований за последние десять лет определены и сгруппированы по значимости основные характеристики цифрового двойника, влияющие на эффективность применения концепции в производственных системах. Сформулированы преимущества и недостатки использования программно- ориентированного подхода к проектированию, реализации и эксплуатации производственных систем. Практическая значимость. Определены характеристики цифрового двойника, влияющие на эффективность его использования на этапах жизненного цикла производственных систем. Предложены варианты технической реализации современной концепции цифровых двойников для производственных систем с применением перспективных цифровых технологий и интеллектуальных электронных устройств. Систематизированы требования к функциональности, производительности, точности соответствия состояния виртуальной и физической среды, а также качественным характеристикам цифрового двойника, что позволит проводить оценку применимости цифровых двойников для решения существующих задач контроля и управления в производственных системах.

Предмет исследования. Исследован метод байесовской оптимизации для настройки гиперпараметров алгоритмов, применяемых в машинном обучении для решения задач классификации. Подробно рассмотрено применение априорных и апостериорных знаний о задаче классификации для улучшения качества оптимизации гиперпараметров. Метод. Расширен существующий алгоритм байесовской оптимизации для настройки гиперпараметров алгоритмов классификации. Предложены поправка для функции выгоды, вычисляемая на основе гиперпараметров, найденных для подобных задачи метрика для определения подобия задач классификации по сгенерированным мета-признакам. Основные результаты. Проведенные эксперименты на реальных наборах данных из открытой базы OpenMLпозволили подтвердить, что предложенный алгоритм в целом за фиксированное время достигает существенно лучших результатов, чем существующий алгоритм байесовской оптимизации. Практическая значимость. Предложенный алгоритм может быть использован для настройки гиперпараметров алгоритма классификации на любой задаче, например, в медицине, при обработке изображений или в химии.

Предмет исследования.Рассмотрена задача вывода генных регуляторных сетей в форме байесовских сетей из данных экспрессии геновкак задача оценки частной вероятности вхождения каждого ребра в истинную байесовскую сеть при известных уровнях экспрессии генов. Для решения задачи предложен метод, использующий подход Монте-Карло на основе марковских цепей. Метод. Предлагаемый метод состоит в сэмплировании пар из байесовской сети и дискретизационной политики, позволяющей применять сеть к данным экспрессии генов согласно апостериорному распределению. Для сэмплирования используется подход Монте-Карло на основе марковских цепей с реализацией с помощью алгоритма Метрополиса–Гастингса. На основе полученной выборкивыполняется оценка искомых вероятностей. Результаты. Предложенный метод протестирован на симулированных данных из соревнования DREAM4 Challenges. Сравнение с лидерами показало, что качество разработанного метода на некоторых тестах превосходит лидера из существующих методов – метод regularized gradient boosting machines (RGBM) – и сравнимо на остальных тестах. В то же время метод является довольно гибким и позволяет адаптировать его к другим видам экспериментальных данных. Практическая значимость. Метод может быть использован в вычислительной биологии для изучения механизмов регуляции генов в различных процессах, в том числе в развитии опухолей или работе иммунной системы.

Предмет исследования. Рассмотрен метод решения NP-трудной задачи синтеза минимальной булевой формулы по заданной таблице истинности. Предложено решение указанной задачи, основанное на ее сведении к задаче выполнимости булевой формулы (SAT). Рассмотрены вопросы эффективной и удобной программной реализации сведений NP-трудных задач к SAT. Метод. Для решения задачи синтеза минимальной булевой формулы используется подход программирования в ограничениях: для заданной таблицы истинности строится SAT-формула, выполнимая тогда и только тогда, когда существует искомая булева формула заданного размера, удовлетворяющая заданной таблице. Отличительной особенностью разработанного метода является возможность использования инкрементальных программных средств для решения SAT (SAT-решателей). Основные результаты. Предложен метод синтеза минимальной по числу операторов и терминалов булевой формулы по заданной таблице истинности. Метод основан на сведении к SAT и позволяет использовать инкрементальные SAT-решатели. Разработан фреймворк kotlin-satlib, позволяющий эффективно и удобно использовать языки Kotlin и Java для программной реализации сведения различных NP-трудных задач к SAT, пользуясь нативным взаимодействием с SAT-решателями посредством технологии JNI. Предложенный метод синтеза минимальной булевой формулы реализован на языке программирования Kotlin с использованием разработанного фреймворка kotlin-satlib. Практическая значимость. Экспериментальное исследование на примере синтеза минимальной булевой формулы показало, что использование инкрементальных SAT-решателей для решения NP-трудных задач является целесообразным, поскольку позволяет уменьшить суммарное время решения задач по сравнению с использованием неинкрементального подхода.

Предмет исследования. Представлен новый метод оценивания распределения отражательной характеристики по заданному объему — зоне ответственности. Такое распределение позволяет выявлять неоднородности, обнаруживать и оценивать отражательные характеристики малоразмерных объектов в однородной среде. Задача решается с использованием зондирующего сверхширокополосного непрерывного сигнала и множества приемных датчиков. Метод. Метод основан на принципах томографического подхода в обработке сигналов — многоканальной томографии. Зона ответственности разбивается на элементы разрешения. Распределение отражательной характеристики ищется в дискретизированном варианте как вектор отражений, каждая компонента которого есть отражательная характеристика соответствующего элемента разрешения. В качестве отражательных характеристик элементов разрешения рассматриваются удельные эффективные поверхности рассеяния. Согласно принципам многоканальной томографии получено векторно-матричное уравнение отображения, в котором оригиналом является вектор отражений, а отображением — объединенные в вектор измерения приемных датчиков. Это уравнение является исходным для оценивания вектора отражений. Рассмотрены три варианта оценивания: методом псевдообращения, методом псевдообращения с усреднением и новым методом на основе корреляционной обработки. Основные результаты. С использованием компьютерных экспериментов выполнен анализ возможностей предложенного метода оценивания распределения отражательных характеристик по элементам разрешения, на которые разбита зона ответственности. Эксперименты показали преимущество корреляционного метода: этот метод, в отличие от методов псевдообращения, позволяет выявлять отражающие элементы разрешения как при увеличении их числа в зоне ответственности, так и при наличии искажений зондирующего сигнала. Практическая значимость. Результаты работы могут найти применение, например, в области подпоерхностного зондирования для выявления неоднородностей в однородной среде.

Предмет исследования.Рассмотрена оптимальная адаптивная задача при наличии неопределенности о числовом коэффициенте исходной динамической (экономической) системы в рамках задачи налогообложения на прибыль для расширенного воспроизводства. Методы. Задача решена с использованием оптимизационного метода динамического программирования в линейно-квадратичной постановке и адаптивного метода настраиваемых параметров. Основные результаты. Предложен новый алгоритм оптимального адаптивного управления экономической системой. Выполнен анализ функционала обобщенных затрат в качестве меры расходов на воспроизводство, минимальное значение которого надо обеспечить. В предложенной трактовке исследуемая задача решается впервые. Теоретический анализ сопровождается данными численных расчетов. Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы в качестве реально действующих экономических схем обслуживания промышленных расширенных производств с учетом минимизации обобщенных затрат в процедуре налогообложения на прибыль.

Предмет исследования. Исследован метод предсказания различных свойств химических реакций: тип реакции, подходящие группы растворителей, катализаторов для проведения реакции. В качестве представления реакций рассчитаны разницы молекулярных отпечатков пальцев между продуктами и реагентами с использованием химической библиотеки RdKit. Молекулярные отпечатки пальцев широко используются для предсказания различных свойств молекул. Знание условий проведения реакции необходимо для успешного планирования ретросинтеза. Методы хемоинформатики могут эффективно находить взаимосвязь между реагентами реакции и необходимыми условиями для проведения реакции. При этом уменьшаются затраты времени и ресурсов на определение набора необходимых условий для проведения реакции. Прогноз групп растворителей может значительно улучшить качество моделей и применимость подходов. Метод. В качестве моделей машинного обучения применены LightGBM и нейронная сеть с механизмом выбора признаков Deep Feature Selection. Результаты оценивались с помощью метрики F1. Для обучения и оценки моделей данные были разбиты на химически непохожие части. Для перебора параметров использовалась байесовская оптимизация. Основные результаты. Выполнены эксперименты по предсказанию типа реакции, катализаторов и групп растворителей для проведения реакции. Полученные результаты показали, что на основе разницы молекулярных отпечатков между реагентами и продуктами модели машинного обучения можно предсказывать в среднем с мерой метрики F1: тип реакции MLP = 0,99, катализатор MLP = 0,7 и группу растворителей MLP = 0,68. Работа охватывает значительное количество катализаторов и растворителей. Практическая значимость. Автоматизированное планирование ретросинтеза является одним из актуальных направлений исследований. В ходе планирования составляется последовательность необходимых реакций. Предлагаемый метод может быть применен для выработки рекомендаций возможных группы катализаторов и растворителей и позволяет уменьшить затраты ресурсов и времени на определение необходимых условий реакции.

Рассмотрена модель системы передачи света со световыми трубами, обеспечивающая естественное освещение производственных площадей зданий. Наличие естественного света создает значительный физиологический эффект и влияет на потребление энергии в здании. Обсуждается правильное применение системы труб дневного света, основанной на использовании естественных источников солнечного света. Преимущество использования вертикальной световой трубы заключается в том, что дневной свет доставляется в определенное пространство. Представлены подходы к моделированию освещения с использованием световодов для достижения желаемого светового результата. Приведены практические примеры моделирования для различного вида световых труб.

Предмет исследования.Проведены исследования тепловых и механических свойств полимерных нитей и волокон. Внесены уточнения вполученное ранее определяющее уравнение, описывающее деформационно-релаксационные процессы в полимерных материалах. Уточнение позволяет описывать термовязкоупругое поведение изучаемых материалов в широком диапазоне температур и механических напряжений, а также получить и исследовать уравнение состояния полимерных нитей в условиях переменной температуры. Метод. На основе барьерной теории с использованием уравнения баланса исследовано состояние полимерных нитей и волокон, и получены определяющие уравнения для случаев одного и нескольких энергетических барьеров. Методом термодинамики упругих стержней получено однобарьерное уравнение состояния полимерного материала, в котором учтены текущая температура и коэффициент линейного расширения. Приведено общее уравнение состояния полимерного материала для случая произвольного числа барьеров. Основные результаты. Модернизировано определяющее уравнение, описывающее термовязкоупругие свойства полимерных материалов. Получено уравнение состояния полимерных нитей и волокон. Установлена связь между максимальной температурой усадки и коэффициентом линейного теплового расширения. Определен динамический модуль упругости как функция температуры. Практическая значимость.Показано, как, используя метод изометрического нагрева, определить истинный модуль упругости как функцию температуры.

Предмет исследования. Представлена методика прогнозирования механических свойств полимерных материалов. Предложено уравнение для высокоэластичной части деформации в дифференциальном виде для одномерных полимерных структур, в котором установлено несущественное влияниепредшествующих механических воздействий на деформационные свойства материалов.Метод. Предложен рекуррентный метод решения предложенного дифференциального уравнения, не интегрируемого в квадратурах. Экспериментально исследованы диаграммы растяжения для волокон из высокоориентированных полимеров (полиамида и полиэтилентерефталата) в пяти режимах нагружения. Первый режим заключался в равномерном нагружении волокон до разрыва, в остальных случаях нагружение проводилось в три этапа: с выдержкой в контрольных точках, полном разгружении и последующем нагружении до разрыва. Основные результаты.Предложено и решено уравнение для высокоэластичной части деформации в дифференциальном виде. Представлены экспериментальные диаграммы растяжения одномерных полимерных образцов из полиамида и полиэтилентерефталата до разрывных значений при различных режимах нагружения. Установлено, что предшествующие на образцы механические воздействия не оказывают существенного влияния на деформационные свойства. Показано, что образцы из полиамида и полиэтилентерефталата практически не обладают памятью, таким образом, высокоэластичная часть деформации релаксирует в устойчивое состояние. Практическая значимость.Показано, что в равновесии, вне зависимости от способа деформирования, каждому уровню механического напряжения соответствует некоторое значение равновесной деформации, для фиксированной деформации существует фиксированное значение напряжения. Результаты моделирования позволяют прогнозировать поведение полимерных материалов при различных режимах эксплуатации.

Предмет исследования. Поиск активных модулей в биологических графах, в том числе в генных графах, является одним из важных подходов к интерпретации экспериментальных биологических данных. Один из методов ее решения основан на применении алгоритма совместной кластеризации в графовом и корреляционном пространствах. Алгоритм находит группы генов, одновременно близко расположенные в генном графе и обладающие высокой попарной корреляцией по матрице значений экспрессии генов. Алгоритм является итеративным, одиниз его ключевых параметров–выбранное начальное приближение, от которого зависит время работы и качество получаемых результатов. В настоящей работе рассмотрена задача определения начального приближения для этого алгоритма. Для решения задачи предложено использование процедуры на основе метода независимых компонент. Метод. На первом шаге предлагаемой процедуры определения начального приближения применяется метод независимых компонент к центрированной матрице значений экспрессии генов. Далее для каждой компоненты определяются гены, которые ей соответствуют с заданным уровнем статистической значимости. Полученные группы генов для всех независимых компонент выбираются в качестве начального приближения. Основные результаты. Применение процедуры на основе метода независимых компонент позволитуменьшить число групп генов в начальном приближении без потери точности, что, в свою очередь, уменьшитвремя работы алгоритма кластеризации в десяткираз при сохранении качества результатов. Практическая значимость. Ускорение работы алгоритма совместной кластеризации в графовом и корреляционном пространствах без потери качества результатов значительно повыситудобство его использования для интерпретации транскриптомных данных в биоинформатике и вычислительной биологии.

Предмет исследования.Предложена система поддержки принятия клинических решений с использованием мультимодальных данных. Метод. При реализации системы использованы модели нейронных сетей. Для повышения качества предварительного анализа медицинских данных с использованием моделей нейронных сетей предложены методы переноса знаний с использованием доменной адаптации, обучения на мультимодальных данных и учета негативного переноса знаний. Алгоритмы нейронных сетей, с помощью которых осуществляется предварительный анализ исследования пациента, позволяют осуществлять анализ мультимодальных данных с учетом особенностей объединения модальностей, проводить обучение нейронных сетей с использованием техник доменной адаптации и учитывать явление негативного переноса знаний для повышения робастности нейросети к естественным шумам аппаратуры. Основные результаты.Предложенная система реализована в виде интернет-ресурса. Эффективность реализованной системы была оценена с помощью привлечения 30 экспертов: врачей, студентов, пациентов. Выполнена сравнительная оценка решения задач в различных сценариях с использованием предложенной системы и без нее. Эксперименты показали, что использование предложенной системы обеспечивает сокращение времени выполнения наиболее критичных этапов сценариев. Практическая значимость.Предложенная система размещена в домене Университета ИТМО и используется в практике работы ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России, а также учреждения здравоохранения «Городская детская инфекционная клиническая больница» (г. Минск).Система рекомендована к использованию в клинических больницах и индивидуальным практикующим и преподающим врачам-радиологам.