luckyea77 (luckyea77) wrote,
luckyea77
luckyea77

Сэр Харшад Бадехиа — о бронежилетах будущего, русских математиках и металлургии



Сэр Харшад Бадехиа — профессор Кэмбриджского университета, знаменитый ученый и специалист в области металлургии. «Хайтек» поговорил с Бадехией на Startup Village 2018 о создании уникальных наноматериалов и значимых для промышленности информационных технологиях, а также о том какую роль искусственный интеллект уже играет в металлургии и перспективах русских математиков в IT-науках

Броня из наностали поглощает мощь баллистической атаки


Сэр Харшад, вы занимаетесь исследованиями в области металлургии и разработками материалов будущего. Вы изобрели первый полноценный наноструктурный материал — super baintine — новый вид сверхпрочной стали. Что он из себя представляет, и что в нем особенного?

Разработки нанотехнологий — тема совсем не новая. Но создать объект с наноструктурой и при этом очень больших размеров очень трудно. Почти вся работа с наноматериалами раньше заключалась в создании совсем крошечных образцов. Это крайне интересно для многих исследований, но не очень-то применимо в жизни. Главная функция материала — в том, что он дешевый и может производиться тысячами тонн.

Если посмотреть на кусок металла через электронный микроскоп, мы увидим, что он состоит из множества разнообразных и очень красивых кристаллов. Наша идея — очень сильно уменьшить эти кристаллы, сделать их совсем маленькими по размеру. Мы сжимали их для того, чтобы многократно увеличить количество связей между ними. Площадь граней, связывающих кристаллы, в одном кубометре теперь составляют сотни миллионов квадратных метров.



Никто раньше не сделал это, а мы смогли. Особенности материала делают его не только очень крепким, но и упругим, — при ударе он абсорбирует энергию и не ломается.Благодаря ему, можно сделать производство и использование многих вещей намного безопаснее. И дело не только в том, что вещи станут крепче и не сломаются. Даже если предмет, преобразованный на наноуровне, поломается, он все равно останется безопасным — будет в покое. И super baintine — первый в мире материал с подобной наноструктурой.



Новая сталь используется для изготовления железнодорожных рельсов, например, для тоннеля, связывающего Великобританию и Францию. Как еще ее можно применять?

Из такой стали уже создаются защитные средства от баллистических атак — бронежилеты. Когда пуля с гигантской скоростью попадает в броню из наностали, ее материал не ломается, а поглощает и распределяет мощь удара. Поэтому повреждений для человека в таком жилете будет намного меньше.

У подобной брони выше баллистическое сопротивление, чем у обычной. Есть такой показатель — эффективность баллистической массы — чем он выше, тем надежнее броня. Так вот, у обычного бронежилета коэффициент равен 1.2, а у наностали — 3. То есть повреждения от пули в бронежилете из новой стали будут в два с половиной раза меньше. Также эта броня не теряет своих свойств после множества выстрелов. Другие бронежилеты с повышенной эффективностью баллистической массы становятся намного уязвимее уже после первого попадания пули.



Другое применение новой стали — вал для авиадвигателей в гражданской авиации. Это элемент, к которому крепятся все части двигателя, в том числе его лопасти. Из-за роста требований к современным самолетам валы становятся все больше. Во время полета повышается давление воздуха на все элементы и, соответственно, на ось двигателя, поэтому вал должен быть очень стабилен. Иначе в случае поломки одной из лопастей двигателя он завибрирует, и это послужит причиной крушения самолета. Но если ось остается неизменной, то она сохраняет баланс даже при поломке одного из элементов, в таком случае можно будет просто отключить один двигатель. Над этим проектом мы работаем вместе с Rolls-Royce.

Мы планируем создавать из новой стали подшипники для ветряков. Часто они бывают очень больших размеров — до четырех метров в диаметре. Их поломки непредсказуемы, поэтому их предсказать практически невозможно. И если подшипник ломается раньше плановой замены, то починить ветряк очень сложно. Сейчас мы создаем такие детали с большей прочностью, чтобы гарантировать определенный срок их службы



Наноматериалы состоят из частиц размером от 1 до 100 нанометров. Один нанометр примерно в 80 тыс раз меньше толщины человеческого волоса. Наноматериалы встрачаются в скелетах планктона, шелке, шерсти животных, вулканическом пепле, некоторых видах глины, межзвездной пыли. Но могут быть и синтезированными.

Искусственно создаются как композиционные уникальные материалы, так и существующие. Вторые синтезируют — на атомном уровне у них изменяются физические, химические, оптические, магнитные и электрические свойства. Конструкционные материалы могут обладать свойствами, которые другим способом до этого получить не удавалось.

Наноматериалы разрабатываются для применения в оптике, электронике, механике, медицине и ферментотерапии. Свойства синтезированных на наноуровне материалов очищают воду от тяжелых металлов, защищают от радиации, предохраняют организм от бактерий. Ежегодный рост глобального рынка наноматериалов составляет 20,7% и к 2022 году должен достигнуть $55 млрд.


Искусственный интеллект по-прежнему не может предсказывать будущее



Как вы оцениваете значение своего открытия?

Успешный результат — это использование материала на производстве, и это большой путь. Сначала делается очень много расчетов, чтобы понять, будет ли работать наш концепт. Но только подсчетов недостаточно. У нас нет всех необходимых знаний, чтобы определить верность теории и создать нужный материал. Поэтому, когда у нас есть некоторая уверенность в наших вычислениях, мы создаем 50 г материала в университете и проверяем все ли верно. Если да, то мы идем на производство и создаем образец в 100 кг, тестируем другие его свойства в больших масштабах. Если снова все нормально, то идем в индустрию, чтобы создать тонны материала и провести тесты компонентного уровня. Это очень дорого. Но без точной проверки никто не захочет работать с новым металлом. А продукт, в конце концов, должен продаваться. Сейчас мы работаем со многими производителями, поэтому да, это можно считать успехом.



Как ваше открытие повлияло на промышленность в целом?

Все очень просто: если вы не используете последние достижения науки в производстве, очень быстро вы становитесь неконкурентоспособны. После того, как наш материал подтвердил свои свойства в испытаниях, очень многие предприятия адаптировали и используют его для самых разных целей. В итоге, это приведет к созданию объектов, которые невозможно было построить раньше. После публикации нашей работы о наноструктурных материалах на эту тему стало выходить очень много других работ — в Китае, Индии, России. Все это говорит о влиянии открытия.



Награждение Бадехиа званием профессор металлургиитвиттер Королевской семьи

Какие IT-технологии имеют значение для металлургии в данный момент?

В металлургии мы применяем много разных технологий, и ИИ в том числе. Вот пример: на металлургическом комбинате производство контролируется ИИ и нейронными сетями. Во время проката стали идет мгновенный фидбек о том, что прочность материала остается неизменной. Производя сотни тонн металла в сутки, это невероятно важно. И такой подход применяется уже более двадцати лет. Также мы используем ИИ-методы, чтобы решать непростые задачи в исследованиях. У нас очень много информации, она действительно сложная, а такие задачи идеально подходят для нейронных сетей и искусственного интеллекта.



Харшад Бадехиа (второй слева) на Startup Village 2018

Первоочередная функция настоящего интеллекта в том, чтобы планировать будущее. У вас есть память о случившихся событиях. Основываясь на ней, надо предсказать, что случится в дальнейшем. Сейчас ИИ способен работать с имеющимся опытом в виде данных: проводить их анализ и делать выводы. Но в отношении планирования будущего он очень слаб, этой технологии нужно пройти еще долгий путь.

Сейчас совершенствуются методы взаимодействия ИИ с информацией: делают его более интеллектуальным. В Кэмбридже есть большая группа людей, которая работает над ИИ. И они идут дальше, чем просто интерпретация информации. Они учат компьютер планировать будущее. И когда у них (или у кого-то еще) получится, это будет захватывающее открытие



Харшад Бадехиа

Насколько долгий путь до того момента, когда ИИ сможет предсказывать будущее?

В данный момент уровень ИИ очень низкий. Я не могу сказать, как быстро произойдет этот рывок, математические методы сегодня быстро развиваются

Успех на атомном уровне — это только песчинка

Какие еще важные технологии сегодня вы бы выделили в сфере, в которой работаете?

В первую очередь, это инструментарий. Он дает возможность изучать материалы на глубинном уровне, а потом перекладывать разработки в больший масштаб. С помощью оборудования мы рассматриваем отдельные атомы и распознаем, что это за атом — неон, водород или что-то еще.



Харшад Бадехиа в Санкт-Петербургском политехническом университете имени Петра Великого

Иногда мы видим что-то на атомном уровне и затем масштабируем в большие размеры, появляется гигантское несоответствие между проектом и реальностью. Потому что у большого объекта будет неоднородная композиция, какие-то дефекты. Нам нужна наука, которая будет позволять делать адекватный перенос очень маленьких расчетов в очень большие масштабы. Это проблема практически не решена сегодня.

Если кто-то говорит, что может симулировать материал, нужно спрашивать его: в каком масштабе будет эта симуляция. Ученые работают над микроскопическими примерами и при публикации работы говорят, что достигли определенных свойств. Но они не понимают, что достигли этих свойств только в данном масштабе. Если речь идет о нескольких тысячах атомов, а реальный образец будет содержать 1025 атомов, то это ничего не значит, это только песчинка, по которой ничего нельзя сказать о целом здании.



Что может помочь преодолеть этот технологический разрыв?

Для этого нужны новые идеи. Сказать, какая именно из них выстрелит, когда это случится, — невозможно. Но если многие люди будут думать над этой проблемой, то кто-нибудь молодой придумает в итоге действительно отличное решение.

Решение подобных проблем связано исключительно с компьютерными науками?

Нет сомнений, что численное восприятие значительно превосходит вербальное. И с древних времен во всех науках количественный подход всегда срабатывал лучше, потому что на основе множества исследований можно делать предсказания и определять правильна ли ваша теория или нет.

Но если не делать количественных предсказаний, оценка верности исследования будет очень ограниченной. И, конечно, математика и ее возможности глубокого понимания, здесь очень важны. Русские студенты и ученые очень хорошо подготовлены в математике. Это позволит им внести свой вклад в формирование будущего высоких технологий.

Tags: интервью, технологии
Subscribe

Posts from This Journal “интервью” Tag

promo luckyea77 june 21, 2015 20:04 27
Buy for 10 tokens
В этой записи я буду давать ссылки на посты с лекциями и уроками в этом блоге: Учебные материалы и тесты: Дистанционное образование Правила дорожного движения 11 ресурсов для бесплатного образования Сайты для обучения программированию Игры, в которых нужно писать код: Grid Garden, Elevator…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments