November 3rd, 2020

Нейросеть в 1000 раз ускорила решение дифференциальных уравнений в частных производных



Дифференциальные уравнения в частных производных описывают широкий спектр явлений, от движения планет до климатических изменений, но для их использования исследователям часто приходится прибегать к помощи суперкомпьютеров. Специалисты из США разработали модель глубокого обучения, которая превосходит аналогичные методы в точности, удобстве использования и скорости обработки данных.

Дифференциальные уравнения в частных производных — категория математических уравнений, хорошо подходящих для описания изменений в пространстве и времени, а следовательно — подходящие для описаний физических феноменов Вселенной. Их можно использовать для моделирования всего, от планетарных орбит до тектонических сдвигов.

Загвоздка в том, что ДУ в ЧП сложно решать. Поэтому дисциплины, использующие эти уравнения, часто обращаются к суперкомпьютерам. А с недавнего времени — и к технологии глубокого обучения, которая способна ускорить процесс решения дифференциальные уравнения в частных производных, пишет Technology Review.

Исследователи из Калтеха разработали новую технику глубокого обучения для решения ДУ с ЧП, которая намного точнее предыдущих методов.

Также с ее помощью можно решать целые группы этих уравнений — в частности, уравнения Навье — Стокса — без необходимости переобучения модели. Вдобавок, она в 1000 раз быстрее, чем традиционные математические инструменты — это значит, что зависимость ученых от суперкомпьютеров снизится, и можно будет решать более сложные задачи.

Например, уравнения Навье — Стокса хороши не только для моделирования турбулентности, но и для расчетов климатических изменений. «Хорошие, точные метеорологические предсказания в глобальном масштабе — это очень сложная проблема, — сказала профессор Анима Анандкумар, курировавшая исследование. — Даже самые большие суперкомпьютеры не могут сегодня выполнять эти задачи в мировом масштабе. Так что если мы сможем использовать эти методы для ускорения процесса, это будет чрезвычайно полезно».

promo luckyea77 june 19, 23:05 15
Buy for 10 tokens
Часть 1 Часть 2 Часть 3 Часть 4 Часть 5 Март 2018 года Индустриализация стала основным инструментом достижения экономического богатства стран, начиная с появления прядильных машин в конце XVIII века; при смене технологических укладов менялись местами мировые промышленные лидеры. Какой…

Институт генома человека предсказал развитие генетики на 10 лет вперед



В статье, вышедшей в журнале Nature, перечислены десять важных достижений в области геномики, которые, вполне возможно, произойдут к 2030 году и повлияют на микробиологию, медицину и повседневную жизнь. В частности, генетические тесты станут общераспространенной практикой, доступной для миллионов людей, такой же, как анализ крови сегодня.

Со времени появления проекта «Геном Человека» 30 лет назад геномика проникла в научные исследования, медицину и даже повседневную жизнь, превратившись в область знаний, играющую огромную роль в развитии микробиологии и онкологии. Появились пренатальные генетические тесты, методы генной диагностики заболеваний и генетические паспорта, определяющие ДНК-профиль человека.

Национальный исследовательский институт генома человека США сформулировал в документе «Видение 2030» наиболее вероятные достижения геномики, которые ждут нас в ближайшие десять лет. А также обрисовал препятствия, стоящие перед развитием этой науки, и меры, необходимые для того, чтобы эти барьеры преодолеть, пишет Scientific American.
Collapse )

Создан революционный терагерцовый лазер. Он изменит многое



Инженеры из США и Канады разработали высокомощную портативную версию квантово-каскадного лазера, способного генерировать терагерцовое излучение вне лабораторных условий. Такое устройство можно будет применять, например, для мобильной диагностики онкологических заболеваний или обнаружения взрывчатки и запрещенных предметов в потоке людей. Эта же технология позволит создать терагерцовые лазеры, действующие при комнатной температуре.

Компактные лазеры покорили большую часть электромагнитного спектра, от ультрафиолетового до инфракрасного, и сделали возможными технологии цифровой коммуникации, печати, сканирования и многие другие. Но одна ключевая область спектра остается неподвластной: терагерцовый диапазон, лежащий между инфракрасным и микроволновым. Инженеры разрабатывают источник ТГц-излучения, способный проникать сквозь непрозрачные объекты и раскрывать их химический состав, но компактные терагерцовые лазеры работают только при ультранизких температурах, то есть в лабораторных условиях.

Однако теперь это в прошлом. Специалисты из США и Канады описали в журнале Nature Photonics технологию создания терагерцового лазера размером с рисовое зерно на чипе, который работает при температуре 250 К или –23 °C, в пределах холодильника размером с хоккейную шайбу, сообщает Science.
Collapse )

Появился метод навигации под водой, для которого не нужна батарейка



Появился метод навигации под водой, для которого не нужна батарейка. Он хорошо работает в глубоких слоях океана, но систему нужно адаптировать для мелководья.


Ученые из MIT разработали новую навигационную систему, предназначенную для использования под водой. Она может стать аналогом GPS, но не под водой, так как радиоволны не проходят сквозь слои океана. Поэтому сейчас исследователи используют такие инструменты как гидролокатор — он излучает звуковые волны и измеряет их отражение от других подводных объектов и поверхностей. Но гидролокаторы и другие методы навигации в воде очень дорогие, поэтому в MIT предложили заменить их новым устройством.

Исследователи обратили внимание на то, что современные технологии подводной навигации используют большие быстроразряжаемые аккумуляторные батареи для питания звуковых устройств. MIT предлагает заменить ее на новый тип безбатарейных акустических навигационных систем, которые работают с сигналами, уже находящимися в окружающей среде, вместо того, чтобы создавать свои.

Система работает при помощи пьезоэлектрических материалов, которые генерируют заряд при механическом напряжении (например, в результате воздействия звуковой волны). Исследователи создали систему датчиков, которые преобразовывают информацию о звуковой волне в двоичный код, они используют его для измерения температуры окружающего океана или содержания соли. Но его также можно использовать для вычисления информации о местоположении.

Для этого технологию пришлось адаптировать, потому что звук отражается от поверхностей под водой и возвращается назад под непредсказуемыми углами. Исследовательская группа смогла настроить систему для сбора информации в диапазоне различных волн. Они проверили его эффективность на больших глубинах, а теперь работают над тем, чтобы систему можно было использовать и на мелководье.

Она позволит будущим роботизированным подводным устройствам лучше картировать дно океана, выполнять все виды автоматизированного мониторинга и подводной навигации.

Разработка ученых избавит от СО2 при комнатной температуре



Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) и их коллеги продемонстрировали метод преобразования CO2 в CO при комнатной температуре. Новый подход может снизить уровень углекислого газа в выхлопных газах электростанций, работающих на ископаемом топливе. Это один из основных источников выбросов углерода в атмосферу. О разработке сообщает журнал Nature Materials.

Хотя исследователи продемонстрировали свой новый метод избавления от СО2 в небольшой, строго контролируемой среде в несколько нанометров, они уже придумали концепции его масштабирования и практического применения.

Помимо того, что новая технология может смягчить последствия изменения климата, химический процесс, используемый учеными, снизит затраты и потребности в энергии для производства жидких углеводородов и других химических веществ, используемых в промышленности. Дело в том, что часто используемые строительные блоки для синтеза метана, этанола и другие углеродные соединения — побочные продукты нового метода.
Collapse )