Отделение физических наук

Секция Общей физики и астрономии

 

Усиление экзотических электронных свойств таллена за счет внедрения атомного слоя олова между талленом и подложкой

Внедрение атомного слоя олова между талленом (аналогом графена, образованным атомами таллия) и подложкой NiSi₂/Si(111) позволило сильно ослабить химическое взаимодействие между талленом и подложкой. В свою очередь, это позволило таллену в полной мере проявить свои экзотические электронные свойства, в частности продемонстрировать гигантскую спиновую поляризацию зон вблизи уровня Ферми, что делает таллен перспективным низкоразмерным материалом для применений в спинтронике.

 

 

Рисунок 1. (а) Атомная и (б) электронная структура атомного сэндвича, состоящего из таллена, промежуточного атомного слоя Sn и монослойного силицида NiSi₂ на поверхности Si(111)

 

A.N. Mihalyuk¹, L.V. Bondarenko¹, A.Y. Tupchaya¹, Yu.E. Vekovshinin¹, T.V. Utas¹, D.V. Gruznev¹, Jyh-Pin Chou², S.V. Eremeev³, A.V. Zotov¹, A.A. Saranin¹. Large-scale thallene film with emergent spin-polarized states mediated by tin intercalation for spintronics applications. Materials Today Advances, 2023, Vol.18, P.100372-7.  

1 - Institute of Automation and Control Processes of the FEB RAS, 5 Radio St., Vladivostok, 690041, Russia.

2 - Department of Physics, National Changhua University of Education No.1, Jinde Rd., Changhua City, Changhua County, 50007, Taiwan.

3 - Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томский Государственный университет.

 

Двумерный сплав Pb-Ga на Si(111) с улучшенными сверхпроводящими свойствами

Установлено, что сплавление с галлием значительно улучшает сверхпроводящие свойства пленки свинца атомной толщины на подложке Si(111). Двумерный сплав имеет критическую температуру сверхпроводящего перехода 2,48 К, что превосходит величины для моноатомной пленки свинца и объемного галлия. Полученный результат открывает пути управления низкоразмерной сверхпроводимостью за счет сплавления подходящих материалов и позволяет достигать положительный эффект даже тогда, когда это не имеет место в случае аналогичных объемных материалов.

 

 

Рисунок 2. (а) Картина дифракции медленных электронов, (б) изображение в сканирующем туннельном микроскопе поверхности двумерного сплава Pb-Ga, (в) Температурная зависимость слоевого сопротивления образца (Pb, Ga)/Si(111)

 

L.V. Bondarenko¹, A.Y. Tupchaya¹, Y.E. Vekovshinin¹, D.V. Gruznev¹, V.G. Kotlyar¹, T.V. Utas¹, A.N. Mihalyuk¹, N.V. Denisov¹, A.V. Zotov¹, A.A. Saranin¹. Alloying with Ga promotes superconductivity in single-atomic Pb layer on Si(111). Journal of Alloys and Compounds, 2023, Vol. 969, P. 172453-5.  

1 - Institute of Automation and Control Processes of the FEB RAS, 5 Radio St., Vladivostok, 690041, Russia.

 

Магнитные и магнитотранспортные свойства текстурированных ферромагнитных пленок Fe₃O₄ на подложках SiO₂/n-Si(001)

Исследовано влияние толщины пленок поликристаллического магнетита с (311)-текстурой и толщиной на их электрические, магнитные и магнитотранспортные свойства. Обнаружено, что для пленок толщиной более 150 нм происходит быстрое уменьшение удельного сопротивления почти в три раза. Установлено, что величина магнитосопротивления достигает −2,5 % при толщине 50 нм. Поскольку при малой толщине текстурированные пленки имеют более высокие величины проводимости и намагниченности, чем обычные поликристаллические пленки, гибридные системы Fe3O4/SiO2/n-Si(001) являются перспективными для устройств спинтроники на основе кремния.

 

                                                             (а)                                           (б)                                                     (в)

Рисунок 3. (а) Картины дифракции отраженных быстрых электронов, б) петли магнитного гистерезиса, в) удельное сопротивление и г) магнитосопротивление текстурированных пленок Fe3O4/SiO2/n-Si(001)

 

V.V. Balashev¹, K.S. Ermakov², D.A. Tsukanov¹, A.Yu. Samardak², A.V. Ognev², A.A. Samardak², Thickness dependence of magnetic and magnetotransport properties of textured Fe3O4 ferrimagnetic films on SiO2/n-Si(001) // J. Alloys. Compd. 961 (2023) 170967.

1 - Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, г. Владивосток.

2 - Лаборатория спин-орбитроники, Институт наукоемких технологий и передовых материалов, Дальневосточный федеральный университет.

 

Отделение нанотехнологий и информационных технологий

Секция Нанотехнологий

 

Метод лазерной печати плазмонных метаповерхностей, поддерживающих высокодобротные резонансные моды типа связанных состояний в континууме

Разработан метод фемтосекундной лазерной печати плазмонных метаповерхностей, поддерживающих высокодобротные резонансные моды типа связанных состояний в континууме (BIC). Согласование положения указанных мод со спектром фотолюминесценции (ФЛ) нанесенного на метаповерхность монослоя квантовых точек (КТ) теллурида ртути (HgTe) позволяет добиться 12-ти кратного усиления интенсивности их спонтанной эмиссии в диапазоне 900 – 1700 нм, а также улучшения направленности излучения. Разработанный с использованием лазерных технологий метод создания плазмонных метаповерхностей открывает перспективы для масштабируемого производства нового класса высокочувствительных оптоэлектронных и сенсорных устройств для ближнего ИК диапазона.

 

Рисунок 4. (а) Эскиз исследуемой структуры: слой квантовых точек HgTe, излучающих в ближнем ИК-диапазоне, нанесенный на плазмонную метаповерхность на основе массива золотых нановыступов, поддерживающую BIC-моды. Однородная диэлектрическая пленка Al₂O₃ (толщина от 0 до 40 нм) отделяет КТ от нановыступов. (б) Серия спектров ФЛ монослоя КТ HgTe, нанесенных на три метаповерхности с различным положением BIC-моды относительно максимума излучения. Экспериментально измеренные спектры отражения этих метаповерхностей показаны в верхней части панели. На вставке показано усиление ФЛ монослоя КТ HgTe как функция спектральной отстройки положения плазмонной моды относительно максимума ФЛ

 

K.A. Sergeeva³, D.V. Pavlov¹, A.A. Seredin⁵, E.V. Mitsai¹, A.A. Sergeev^1,2, E.B. Modin⁷, A.V. Sokolova³, T.C. Lau², K.V. Baryshnikova⁵, M.I. Petrov⁵, S.V. Kershaw^3,4, A.A. Kuchmizhak^1,6, K.S. Wong², A.L. Rogach³, Laser‐Printed Plasmonic Metasurface Supporting Bound States in the Continuum Enhances and Shapes Infrared Spontaneous Emission of Coupled HgTe Quantum Dots // Advanced Functional Materials 33(44) (2023) 2307660.

1 - Institute of Automation and Control Processes of the FEB RAS, 5 Radio St., Vladivostok, 690041 Russia.

2 - Department of Physics, Hong Kong University of Science and Technology, Clear Water Bay Rd, Kowloon, Hong 3 - Department of Materials Science and Engineering, and Centre for Functional Photonics (CFP), City University of Hong Kong, Kowloon, Hong Kong SAR, 999077 P. R. China.

4 - City University of Hong Kong, Kowloon, Hong Kong SAR, 999077 P. R. China.

5 - School of Physics and Engineering, ITMO University, Saint-Petersburg, 197101, Russia.

6 - Pacific Quantum Center, Far Eastern Federal University, Vladivostok, 690922, Russia.

7 - CIC NanoGUNE BRTA, Avda Tolosa 76, Donostia-San Sebastian, 20018, Spain.

 

Композитные керамические люминофоры для сверхъяркого лазерного освещения

Определены условия реакционного искрового плазменного спекания (ИПС) композитов Al2O3−RE3+:YAG (RE=Ce; Ce/Gd) с тонкозеренной микроструктурой (1-3 мкм) и плотностью 99±1% от теоретической (1425°С/30мин/30-60 МПа). В сравнении с вакуумным спеканием (ВС), новый подход обеспечил снижение температуры на 340°С и сокращение изотермической выдержки до 20 раз. Получены следующие светотехнические характеристики керамических люминофоров: при плотности мощности 1 Вт∙мм-2, максимальные значения светоотдачи LE составили 264 лм∙Вт-1 (5596 К) и 225 лм∙Вт-1 (5374 К) для Ce- и Ce/Gd-легированных образцов, соответственно. Лазерноиндуцированное насыщение люминесценции не наблюдалось до значений плотности мощности возбуждения синего ЛД ~18-20 Вт∙мм-2, при этом световой поток (LF) составил >3200 лм.

 

 

Рисунок 5. Спектральные характеристики (а) и зависимости LF от плотности мощности накачки синим ЛД (б) ИПС-образцов “30 МПа” толщиной 1 мм (вставка – общая схема белого СД на основе керамического люминофора)

 

D.Yu. Kosyanov¹, A.A. Vornovskikh², O.O. Shichalin², E.K. Papynov², A.A. Belov², A.A. Kosianova², A.N. Fedorets², A.A. Leonov¹, A.P. Zavjalov³, S.A. Tikhonov⁴, Y. Wang⁵, Z. Cheng⁶, X. Liu⁶, J. Li⁷. Reactive SPS of Al₂O₃−RE:YAG (RE=Ce; Ce+Gd) composite ceramic phosphors, Journal of Advanced Ceramics. 2023. V.12. Is.5. P. 1015-1032.  

1 - Institute of Automation and Control Processes of the FEB RAS, Vladivostok, Russia.

2 - Far East Federal University, Vladivostok, Russia.

3 - Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics, Russia.

4- Kamchatka branch of the Geophysical Service of Russian Academy of Sciences, Russia.

5 - Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, China.

6 - Chinese Academy of Sciences, China.

7 - Shanghai Institute of Ceramics Chinese Academy of Sciences Shanghai, China.

  

Упорядоченные фотонные наноструйные массивы для люминесцентного оптического зондирования в жидких и газообразных средах

Разработана и продемонстрирована новая структура датчика на основе упорядоченных массивов диэлектрических микроструктур, созданных с помощью CMOS-совместимой технологии. Показано, что при возбуждении со стороны подложки микроструктуры генерируют протяженные и интенсивные фотонные наноструи в полимерный слой, избирательно возбуждая его, образуя большую распределительную чувствительную область. Изготовленные массивы использовались для усиления сенсорного отклика хемочувствительных рецепторов на основе люминесцентных красителей для обнаружения ионов металлов в водных средах и летучих органических соединений в газообразных средах. Оптимизация параметров позволила снизить предел обнаружения аналитов в водных средах в 50 раз и к снижению предела обнаружения аналитов в газообразных средах в 15 раз. Полученные результаты демонстрируют высокий потенциал готовых структур при разработке лабораторных устройств нового поколения.

 

 

Рисунок 6. Визуализация основной идеи и результатов научного исследования

 

K.A. Sergeeva¹, M.V. Tutov^2,3, A.Y. Zhizhchenko^1,*, A.B. Cherepakhin¹, A.A. Leonov¹, A.K. Chepak², A.Y. Mironenko², A.A. Sergeev¹, “Ordered photonic nanojet arrays for luminescent optical sensing in liquid and gaseous media,” Sensors and Actuators B: Chemical, Volume 381, Госзадание Исследование проблем механики сплошных сред.  

1 - Institute of Automation and Control Processes of the FEB RAS, Vladivostok, Russia.

2 - Institute of Chemistry Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, Vladivostok, Russia.

3 - Far Eastern Federal University, Vladivostok, Russia. 

 

Отделение нанотехнологий и информационных технологий РАН

Секция информационных технологий и автоматизации

 

Повышение точности визуальной навигации автономного подводного робота (АПР) в задаче распознавания подводного трубопровода (ТП)

Разработана технология распознавания протяженных линейных объектов подводной промышленной инфраструктуры (в частности, ТП) и координатной привязки к ним АПР, основанная на совместной обработке растровой и векторизованной формы фиксируемых стереоизображений. Ее отличают от аналогов: оригинальный метод слежения за ТП с вычислением пространственной осевой линии; реализация трех альтернативных методов локального вычисления осевой линии ТП (по множеству точечных особенностей, метод тангенциальных плоскостей и метод медианных плоскостей) с оценками их сравнительной эффективности на модельных и реальных данных; применение модификации метода Хафа с минимизацией объема вычислений. Подход применим также для обработки снимков, получаемых монокамерой АПР в ходе осмотра реального ТП.

 

 

Рисунок 7. Распознавание подводного трубопровода по стереоизображениям с использованием АПР: а) вычисление осевой линии ТП методом касательных плоскостей; б) оценка погрешности вычисления осевой линии ТП (на последовательности длиной 80 снимков виртуальной сцены) для трех методов: 1 - метод расчета по точечным особенностям (красная линия); 2 - метод касательных плоскостей (синий цвет); 3 - метод медианных плоскостей (черный цвет). Для метода 2 ошибка в среднем – 0.4 см, максимальная ошибка – 1.5 см

 

Valery Bobkov ¹, Antonina Shupikova ¹ and Alexander Inzartsev ². Recognition and Tracking of an Underwater Pipeline from Stereo Images during AUV-Based Inspection // J. Mar. Sci. Eng. 2023, 11(10).

1 - Institute of Automation and Control Processes, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, 690041, Vladivostok, Russia.

2 - Institute of Marine Technology Problems, Far East Branch of the Russian Academy of Sciences, 690091, Vladivostok, Russia.

 

Роль фотосинтетических процессов в динамике растительного сообщества

Представлены две математические модели фотосинтетических процессов. Особое внимание уделено динамичности содержания хлорофилла и других фотосинтезирующих веществ, а также энергоемких соединений (аденозинтрифосфат - АТФ) в клетках растительных организмов в процессе фотосинтеза. В первой модели описывается динамика хлорофильной квоты, а во второй – дополнительно – динамика энергоемких соединений в растительных клетках и их влияние на результаты фотосинтетических процессов. Показаны эффекты влияния хлорофилла и АТФ на скорость производства первичной продукции фитопланктона.

 

Рисунок 8. Области устойчивости стационарных режимов в пространстве параметров (α) в первой модели (слева) и (β) во второй модели (справа). Обозначения: α – параметр влияния солнечной радиации, β – параметр влияния энергоемких веществ

 

Abakumov, A.¹; Pak, S¹. Role of Photosynthesis Processes in the Dynamics of the Plant Community. Mathematics. 2023, 11(13), 2924. 

1 - Institute of Automation and Control Processes of the FEB RAS, Vladivostok, Russia.

 

Метод рассуждения по аналогии для задачи назначения персонифицированного лечения

Разработан метод рассуждения по аналогии для задачи назначения персонифицированного лечения на основе базы прецедентов – историй болезни пациентов. Уникальной особенностью метода является извлечение прецедентов на основе гибридного подхода, сочетающего извлечения прецедента на основе знаний с классическим способом K-ближайших соседей. Новизна метода заключается в обеспечении максимальной гибкости и корректности в оценки сходимости прецедентов. На основе метода реализован программный облачный сервис, доступный для использования. Предлагаемое решение является особенно эффективным в условиях, когда отмечается дефицит медицинских знаний и данных.

 

Рисунок 9. Пример работы программы: найденный прецедент

 

Gribova V.V.¹, Kovalev R.I.¹, Okun D.B.¹ Intelligent System for Prescribing Personalized Treatment by Analogy // Pattern Recognition and Image Analysis. 2023. Vol. 33, No. 3. Pp. 334-339.

1 - Institute of Automation and Control Processes of the FEB RAS, Vladivostok, Russia.

 

Отделение энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН

Секция проблем машиностроения и процессов управления

 

Метод синтеза систем формирования программных сигналов для избыточных манипуляционных роботов

Разработан метод автоматического формирования программных сигналов для всех электроприводов шестистепенного манипулятора, установленного на подвижном основании. Этот метод позволяет не допускать снижения заданных скорости перемещения рабочего инструмента и точности контурного управления за счет дополнительного автоматического перемещения основания манипулятора вблизи объекта работ, исключая выход всех его степеней подвижности на ограничения и вход самого манипулятора в особые положения, а также расширяя его рабочую область. Созданный метод задает конкретную конфигурации манипулятора из множества возможных с учетом его кинематики и вида программной траектории. Результаты экспериментальных исследований подтвердили работоспособность и эффективность представленного метода. 

Рисунок 10. Общий вид экспериментальной установки (слева) и траектория точного движения рабочего инструмента многостепенного манипулятора (справа)

 

Filaretov V.^1,2, Gubankov A.1^1,3,4, Gornostaev I.^1,2,3,4 Development and Experimental Studies of a Method Based on a Reference Control Signal Generating System for Redundant Serial Manipulators // Robotics. 2023. Vol. 12. Is. 3. 75.

1 - Institute of Automation and Control Processes, 690041 Vladivostok, Russia.

2 - Department of Informatics and Control in Technical Systems, Sevastopol State University, 299053 Sevastopol, Russia.

3 - Laboratory of Marine Unmanned Aviation and Marine Aviation Systems, Maritime State University Named after Admiral G.I. Nevelskoy, 690059 Vladivostok, Russia.

4 - Laboratory of Intelligent Information Systems for Marine Robots, Institute of Marine Technology Problems, 690091 Vladivostok, Russia.

 

Метод построения робастных интервальных наблюдателей для динамических систем

Разработан новый метод построения интервальных наблюдателей для динамических (мехатронных) систем при наличии внешних возмущений, шумов измерений и параметрических неопределенностей. На основе канонической формы Жордана сформированы соотношения, позволяющие синтезировать указанные наблюдатели минимальной размерности. В отличие от известных методов производится оценка множества допустимых значений не полного вектора состояния системы, а только его определенной линейной функции. В результате удается значительно упростить процедуру построения наблюдателей, а также минимизировать влияние внешних возмущений, шумов и любых неопределенностей. Результаты моделирования подтвердили работоспособность и эффективность предложенного метода.

 

 

Рисунок 11. Результаты моделирования: поведение переменной состояния мехатронной системы и ее верней и нижней оценок, полученных синтезированным наблюдателем при разных начальных условиях и при наличии внешних возмущений

 

Жирабок А.Н.^2,3, Зуев А.В.^2,3, Филаретов В.Ф.¹, Шумский A.Е.⁴, Ким Чхун Ир⁴ Интервальные наблюдатели для непрерывных систем с параметрическими неопределенностями // РАН Автоматика и телемеханика. 2023. № 11. С. 3-16.

1 - Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН; Владивосток, Россия.

2 - Институт проблем морских технологий им. академика М.Д. Агеева ДВО РАН.

3 - Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Россия.

4 - Дальневосточный федеральный, Владивосток, Россия.

 

Система согласованной работы двух подводных аппаратов в сложной непрерывно изменяющейся окружающей обстановке при выполнении технологических операций

Предложен новый метод точного выполнения манипуляционных операций с объектами с помощью многозвенника, устанавливаемого на основном автономном необитаемом подводном аппарате (АНПА), в режиме его зависания над объектами работ, когда система технического зрения (СТЗ) этого АНПА, имеющая несколько степеней свободы, не видит сам объект обработки. Для точного выполнения этих операций используется малогабаритный вспомогательный АНПА с устанавливаемой на нем собственной СТЗ, которая видит объект и передает его точные координаты из своей системы координат (СК) через абсолютную СК в СК основного манипуляционного АНПА. Экспериментальная проверка указанного метода полностью подтвердила высокую точность его реализации при работе обоих АНПА в условиях полной неопределенности и изменчивости окружающей обстановки.

 

 

Рисунок 12. Согласованная работа двух необитаемых подводных аппаратов

 

Филаретов В.Ф.¹, Кацурин А.А.² Робототехника и техническая кибернетика. №11 (2). 2023. С.124-132. (RSCI). DOI: 10.31776/RTCJ.11206. 

1 – Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, Владивосток, Россия.

2 – Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Россия. 

 

Отделение энергетики, машиностроения, механики и процессов управления

Секция механики

 

Анализ применимости теории взаимодействующих взаимопроникающих континуумов

Предложена численная модель и разработан решатель открытой программной платформы OpenFOAM для моделирования течений жидких и газовых теплоносителей через накопители энергии на основе гранулированных материалов с изотермическими и неизотермическими фазовыми переходами. Сравнение экспериментальных данных с результатами расчета процессов в тепловых аккумуляторах показало, что теория взаимодействующих взаимопроникающих континуумов способна адекватно описывать процессы в гранулированных материалах с фазовыми переходами даже при относительно большом размере частиц, а именно, когда характерный размер моделируемого объекта всего лишь в 8 раз больше характерного диаметра гранул.

 

 

Рисунок 13. Изменение со временем температуры гранулированного материала, измеренной экспериментально (1 – 3) и рассчитанной численно (4 – 6) в точках, расположенных на расстоянии 6,5 см (1, 4), 13 см (2, 5) и 19,5 см (3, 6) от входа в цилиндрический тепловой аккумулятор длиной и диаметром 26 см, состоящий из гранул характерного диаметра 3,4 см, при пропускании через этот аккумулятор газового теплоносителя

 

Fetsov S.S.^1,2, Lutsenko N.A.^1,2 A novel computational model and OpenFOAM solver for simulating thermal energy storages based on granular phase change materials: Advantages and applicability // Journal of Energy Storage. 2023. Vol. 65. Article 107294. 

1 - Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН.

2 - Дальневосточный федеральный университет.

 

Термодинамический подход к построению связанной теории больших деформаций

 Исследован новый класс связанных краевых задач теории больших деформаций, когда параметры определяющих законов ползучести и пластического течения зависят от температуры. Приводится решение задачи о деформировании тяжелого слоя материала с упругими, вязкими и пластическими свойствами, удерживаемого жесткой наклонной плоскостью, в условиях термомеханического воздействия и производства тепла за счет деформирования как при активном нагреве и нагружении, так и при остывании и разгрузке. Обратимые и необратимые деформации заданы дифференциальными уравнениями их изменения. Считается, что до начала течения за счет вязких свойств материала уже развиваются необратимые деформации ползучести, и на движущейся упругопластической границе изменяются законы производства необратимых деформаций.

 

 

Рисунок. 14. Распределение остаточных необратимых деформаций в слое

 

Burenin A.A.², Kovtanyuk  L.V. ^1,2,  Panchenko G.L. ^1,2 Thermomechanical loading of an elastoviscoplastic heavy layer held by an inclined plane // Continuum Mechanics and Thermodynamics. Volume 35, issue 4, July 2023. Pages 1325-1341. 

1 - Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН.

2 - Институт машиноведения и металлургии Хабаровского федерального исследовательского центра ДВО РАН.

 

Резонансные колебания в заливе Петра Великого Японского моря

С применением спектрально-разностной численной модели на нерегулярной треугольной сетке исследованы частотные характеристики и пространственная структура резонансных колебаний уровенной поверхности северной части залива Петра Великого Японского моря. В совместном анализе результатов натурных измерений, выполненных зимой 2016 г. в бухте Новик (рисунок 15а), и численного моделирования получено хорошее соответствие расположения пиков модельных резонансных кривых и спектральных пиков по данным измерений, что указывает на возможность существенного резонансного усиления колебаний уровня волновыми и периодическими атмосферными воздействиями. Знание пространственной структуры резонансных колебаний позволяет выявить подверженные затоплению участки побережья во время метеоцунами.

 

                                                                     (а)                                                                                (б)

Рисунок 15. Амплитуда и фаза резонансных колебаний в модельных акваториях: а) для колебания с периодом 86,4 мин в бухте Новик (символом ♦ показаны положения измерителей донного давления PG); б) для колебания с периодом 29,4 мин в северной части залива Петра Великого. Изолинии фазы показаны с шагом 60°

 

Smirnov S.¹, Dolgikh G.², Yaroshchuk I. ² et al. Results of the Study of Resonant Oscillations in the Northern Part of the Shelf of the Peter the Great Gulf, the Sea of Japan // Journal of Marine Science and Engineering. 2023. Vol. 11. Is. 10. Article 1973.

1 - Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН.

2 - Тихоокеанский океанологический институт ДВО РАН.

 

Отделение энергетики, машиностроения, механики и процессов управления

Секция энергетики

 

Автоматизация битумного производства

Увеличение объемов дорожного строительства в Дальневосточном регионе требует решений по оптимизации технологических процессов при производстве асфальта. В производстве применяют специальные битумоплавительные установки. Проведен сравнительный анализ основных способов нагрева битума: огневого, электрического и масленого. Реализован проект автоматизации приема и хранения битума. Опытная эксплуатация системы подготовки битума с применением масленого нагрева, несмотря на преимущества на фоне других способов нагрева, выявила ряд технических проблем: пожароопасность, необходимость контроля утечки теплоносителя, образование застывших участков с битумом, необходимость периодической замены теплоносителя. Перспективы автоматизации связаны с объединением локальных контуров управления в единую систему.

 

 

Рисунок 16. Схема автоматизации резервуарного парка

 

А.Н. Виноградов¹. Локальная автоматизация технологических процессов нефтебазы на примере битумного производства // Автоматизация в промышленности. 2023. №10. 

1 – Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, Владивосток, Россия.

 

 Отделение физиологических наук РАН, Отделение медицинских наук РАН

 

Исследование распределения перфузии крови в органах желудочно-кишечного тракта во время малоинвазивных абдоминальных операций

Метод визуализирующей фотоплетизмографии впервые успешно применён для оценки перфузии органов во время лапароскопической операции в операционном зале. Разработана, реализована и апробирована оптическая система на основе стандартного жесткого лапароскопа, соединенного с цифровой монохромной камерой, и подсветкой органов брюшной полости в зеленом свете. Количественно определен и визуализирован градиент перфузии кишечника перед резекцией во время девяти абдоминальных операций. Показана возможность оценки перфузии в анастомозируемых органах непосредственно во время оперативных вмешательств. Экспериментально продемонстрирована хорошая повторяемость непрерывных длительных измерений перфузии тканей внутри брюшной полости.

 

 

Рисунок 17.  Система фотоплетизмографической лапароскопии и карты перфузии во внутренних органах, полученные при ее использовании. А - фотография системы незадолго до проведения внутрибрюшных измерений. В - распределение перфузии толстой кишки до воздействия на органы брюшной полости. С - перфузия толстой кишки после рассечения брыжейки толстой кишки и перевязки питающей артерии. Цветовая шкала индекса перфузии одинакова для обеих панелей и показана справа.

 

V. A. Kashchenkо^2,3, A. A. Lodygin^2,3, K.Yu. Krasnoselsky^2,3,4 V. V. Zaytsev^1,2 and A. A. Kamshilin^1,2 Intra-abdominal laparoscopic assessment of organs perfusion using imaging photoplethysmography, Surgical Endoscopy, vol. 37, no.11, p.1-11. (2023).

1 - Institute of Automation and Control Processes, FEB RAS, Vladivostok, Russia.

2 - Federal Medical and Biological Agency, Saint Petersburg, Russia.

3 - Department of Faculty Surgery, St. Petersburg State University, Saint Petersburg, Russia.

4 - Department of Anesthesiology-Resuscitation and Emergency Pediatrics, St. Petersburg State Pediatric Medical University,Saint Petersburg, Russia.

 

Метод бесконтактной оценки эндотелиальной функции

Впервые продемонстрирована возможность применения метода визуализирующей фотоплетизмографии для оценки функции эндотелия в проксимальной сосудистой системе человека. Предложенный метод показал 40% снижение энергии колебаний в эндотелиальном диапазоне частот (0,01-0,02 Гц) у добровольцев с длительным стажем курения, что можно интерпретировать как нарушение у них функции эндотелия. Полученные результаты могут быть использованы для неинвазивной оценки других кардиометаболических факторов риска, для раннего прогнозирования и своевременной профилактики неблагоприятных исходов путем оптимизации и интенсификации лечения.

 

 

Рисунок 18. Визуализация основной идеи и результатов научного исследования

 

Podolyan N.P.¹, Mizeva I.A.⁴, Mamontov O.V.1^,2, Zaytsev V.V.^1,2, Belaventseva A.V.¹, Sakovskaia A.V.^1,3, Romashko R.V.1, Kamshilin A.A.¹ Imaging photoplethysmography quantifies endothelial dysfunction in patients with risk factors for cardiovascular complications // Biomedical Signal Processing and Control. 2023. V. 86. Part A. 105168.

1 -  Institute of Automation and Control Processes, FEB RAS, Vladivostok, Russia.

2 -  Almazov National Medical Research Centre, Saint Petersburg 197341, Russia.

3 - Institute of Therapy and Instrumental Diagnostics, Pacific State Medical University, Vladivostok 690002, Russia.

4 - Institute of Continuous Media Mechanics of Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Perm, Russia.

 

Краткосрочный прогноз заболеваемости болезнями органов пищеварения на территории Российской Федерации

Проведено исследование структуры временного ряда заболеваемости болезнями органов пищеварения за период с 1990 по 2021 год на территории Российской Федерации. С помощью моделей Хольта-Винтерса и Бокса-Дженкинса построен краткосрочный прогноз заболеваемости. В качестве оценок точности прогноза рассчитаны значения средней абсолютной ошибки и среднеквадратической ошибки. Полученные результаты показывают рост заболеваемости болезнями органов пищеварения в России с 2021 года, что соответствует статистическим данным Росстата.

 

 

Рисунок 19. Графики обследуемых (черная линия) и предсказанных (цветные линии) значений заболеваемости болезнями органов пищеварения по методу Бокса-Дженкинса (a) и по методу Хольта-Винтерса (b)

 

Ермолицкая М.З.^1,2 Прогнозирование заболеваемости болезней органов пищеварения на территории Российской Федерации // Здоровье населения и среда обитания – ЗНиСО. 2023. Т. 31, № 6. С. 20-26.

1 - Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН.

2 - ФГБОУ ВО Владивостокский государственный университет.

 

Объединенный ученый совет по биологическим наукам

 

Методология спутникового мониторинга массового цветения микроводоросли на примере цветения микроводоросли Karenia в акватории Камчатки осенью 2020г.

Представлена методология распознавания, районирования и мониторинга доминирующей при цветении микроводоросли (фитопланктон). Предложен критерий оценки состояния фитопланктона (на основе удельной флюоресценции): интенсивный рост, стагнация, «голод» и смена доминирующего вида цветущей водоросли. Приведено описание механизма образования вредоносных последствий цветения водоросли, обусловленных состоянием водоросли и гидродинамическими процессами, приводящими к концентрации вредоносных веществ в прибрежной зоне.

 

 

Рисунок 20. Слева ёмкость флюоресценции (красный цвет – «голод»). Справа – пространственное распределение водоросли Karenia, когда ее концентрация превышает 50% (темно-зеленый цвет). Изображения акватории Авачинского залива за 9, 21, 25 сентября и 3, 9 и 12 октября (a-f)

 

Anatoly Alexanin^1,2, Vasilii Kachur^1,2, Anastasiya Khramtsova² and Tatiana Orlova³. Methodology and Results of Satellite Monitoring of Karenia Microalgae Blooms, That Caused the Ecological Disaster off Kamchatka Peninsula // Remote Sens. 2023, 15, 1197.

1 - Institute of Automation and Control Processes, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, 690041 Vladivostok, Russia

2 - Institute of Mathematics and Computer Technologies, Far Eastern Federal University, 690922 Vladivostok, Russia

3 - National Scientific Center of Marine Biology, Far East Branch of the Russian Academy of Sciences, 690041 Vladivostok, Russia

 

Объединенный ученый совет по наукам о Земле

 

Сравнение скоростей перемещений морских маркеров, рассчитанных по ИК изображениям, с данными спутниковой альтиметрии

Впервые получена оценка влияния ветрового дрейфа на величины скоростей поверхностных течений, строящихся по последовательности инфракрасных (ИК) спутниковых изображений. Показано, что это влияние незначительно и им можно пренебречь. Проведено количественное сравнение оценок перепадов уровенной поверхности моря (УПМ), рассчитанных по спутниковым скоростям перемещений морских маркеров методом прослеживания с оценкой априорной точности (ММАТ) и по данным спутниковой альтиметрии базы Copernicus. Вдоль трасс альтиметра в пределах точности измерений 0,03-0,06 м оценки перепадов УПМ, рассчитанные разными методами, хорошо согласуются. Однако в узлах регулярной сетки наблюдается существенное различие оценки перепадов, в среднем на 17-18 см, в сторону часто более высоких значений при расчете методом ММАТ. Такое расхождение оценок может быть объяснено недостаточной плотностью измерений альтиметров по пространству и времени и недостатками схем интерполяции измерений между трассами.

 

 

Рисунок 21. ИК изображение за 17 апреля 2020 года. Трассы альтиметра (светло-розовые точки), узлы регулярной сетки (белые точки), ветер (светло-голубые стрелки), скорости перемещений морских маркеров (синие стрелки), сглаженные ортогональные составляющие скоростей (зеленый цвет)

 

M. G. Aleksanina^1,2 A. A. Zagumennov^1,2, B. V. Shuvalov¹. Estimation of Sea Level Difference: Velocities of Sea Sur face Markers Derived from IR Images in Com par i son with Satellite Altimetry Data// Russian Meteorology and Hydrology, 2023, Vol. 48, No. 1, p. 29-36.  

1 - Institute of Automation and Control Processes, Far Eastern Branch of Russian Academy of Sciences, 690041 Vladivostok, Russia.

2 - Far Eastern Federal University, 690922 Vladivostok, Russia.