№ 3 (2019)

Рассматриваются актуальные вопросы разработки нейросетевого кластеризатора, предназначенного для распознавания рукописного кода почтового индекса корреспонденции, задаваемого с использованием упрощенного кодового штампа. В качестве нейросетевого базиса кластеризатора использована структурированная сверточная нейронная сеть, обеспечивающая формирование и кластеризацию набора классифицирующих признаков, характеризующих символы кода индекса. Разработана программная модель нейросетевого кластеризатора, обеспечивающая посимвольное распознавание сканированного и соответ-ствующим образом предварительно обработанного изображения почтового индекса. При разработке кластеризатора использовался пакет Deep Learning ToolBox программной среды MatLab версии 18b. Для обучения нейросетевого кластеризатора применялся цифро-вой набор образцов рукописных арабских цифр MNIST. В статье представлены результа-ты выполненных экспериментов, из которых следует, что обученная программная модель нейросетевого кластеризатора обеспечивает ошибку распознавания произвольной руко-писной цифры из состава проверочной выборки на уровне 0,72 %. Преимуществами предла-гаемого подхода являются: отказ от применяемого в настоящее время кодового штампа начертания индекса путем замены его штампом упрощенного представления и формально неограниченной длины; возможность использования в составе индекса рукописных сим-вольных обозначений, принятых национальными почтовыми системами при условии соот-ветствующего предварительного обучения нейросетевого кластеризатора; возможность применения предлагаемого подхода на различных этапах обработки корреспонденции, на-чиная от ее приема у граждан и заканчивая автоматами сортировки в составе крупных сортировочных центров.

В работе предлагается метод распознавания трехмерных объектов с применением глубокого машинного обучения. В вычислительных системах объекты часто представляются 3D моделями в виде совокупности полигонов или поверхностей, описывающих  геометрическую форму. Поиск релевантных объектов путем распознавания на основе таких данных без предварительного сжатия является неэффективным. Кроме того, при распознавании на основе попарного сопоставления объектов друг с другом зачастую сложно систематизировать результаты. Предложенный метод распознавания нацелен на решение данных проблем. В распознавании применяются спектральные дескрипторы с использованием характеристик, описывающих различные физические процессы на поверхности. Данные дескрипторы используют спектральное разложение дискретного аналога оператора Лапласа-Бельтрами для объектов, поверхность которых аппроксимирована треугольной сеткой. Каждый из предъявляемых объектов представлен тремя дескрипторами.  Предлагается способ сжатия информации о форме объекта, представленной дескрипторами  при помощи введенных карт спектральных распределений. Особенность данного способа сжатия состоит в том, что при его использовании: возможно сравнивать объекты различного уровня детализации, ускоряется процесс распознавания, а также сохраняются важные свойства устойчивости к зашумлениям и инвариантности к различным преобразованиям формы, которыми обладают спектральные дескрипторы.  Затем выполняется распознавание объектов с применением глубокого машинного обучения, в котором используется сверточная нейронная сеть с несколькими каналами. Входными данными для каждого из каналов нейронной сети являются карты спектральных распределений. Распознавание выполняется путем вычислений в предварительно обученной нейронной сети и последующим определением класса, к которому принадлежит объект. Проведена серия вычислительных экспериментов с применением различных конфигураций спектральных дескрипторов. Результаты экспериментов демонстрируют высокую точность распознавания для трехмерных объектов с различными преобразованиями формы.

Рассматриваются способы применения модифицированных многоагентных алго-ритмов для решения задачи кластеризации. Представлен модифицированный биоинспири-рованный алгоритм моделирования поведения муравьиной колонии. Также описываются сравнительные характеристики модифицированнного алгоритма и канонического. Пред-ставлен аналитический обзор различных перспективных разработок среди классических и современных алгоритмов решения задачи кластеризации, дана оценка их достоинств и недостатков. Рассмотрены особенности представленного модифицированного алгоритма. Эвристика представленного алгоритма заключается в модификации отдельных конст-руктивных особенностей для таких этапов работы алгоритма, как этап получения пер-вичного решения и этап проведения локального поиска. Также предлагается использовать принцип динамической смены кодировки решений в момент выполнения локального поиска для получения более оптимальных результатов среди глобальных решений. Для этапа полу-чения первичного решения предлагается использовать равномерное покрытие пространст-ва поиска решений, локальный поиск предлагается проводить среди кластеров, содержа-щих граничные элементы. Проведенные экспериментальные исследования показали, что применение разработанного алгоритма позволяет получать решения не уступающие или превосходящие по качеству решения канонического алгоритма, временные затраты в дан-ном случае остаются такими же или имеют незначительные улучшения.

Данная статья посвящена решению задачи исследования и разработки методов функционирования квантовых алгоритмов и моделей квантовых вычислительных уст-ройств. Квантовый алгоритм, реализованный в работе, позволяет произвести преобразо-вание классического изображения в квантовое состояние, выделения границ и преобразова-ние полутонового изображения в бинарное, показывает возможности квантовой теории информации в интерпретации классических задач. Целью работы является компьютерное моделирование квантового алгоритма для решения задачи преобразования классического изображения с использованием квантовых вычислительных средств и методов, изучение существующих алгоритмов распознавания образов и создание эффективной модели распо-знавания с помощью свойств и методов квантовых вычислений. Данная статья посвящена решению задачи исследования и разработки методов функционирования квантовых алго-ритмов и моделей квантовых вычислительных устройств. Актуальность данных исследо-ваний заключается в математическом и программном моделировании и реализации кван-тового алгоритма для решения классов задач классического характера. Научная новизна данного направления в первую очередь выражается в постоянном обновлении и дополнении поля квантовых исследований по ряду направлений, а компьютерная симуляция квантовых физических явлений и особенностей слабо освещена в мире. В настоящее время во многих передовых странах мира интенсивно ведутся научно-исследовательские работы по разра-ботке и созданию квантовых компьютеров и их программного обеспечения, наблюдается стремительный рост интереса к квантовым компьютерам. Публикуется большое количе-ство статей и монографий. В работе приведены основные теоретические и практические результаты в области квантового компьютинга.

Статья посвящена исследованиям термофлуктуационных процессов в соответствии с теорией теплопроводности для решения задач диагностики и прогнозирования остаточ-ного ресурса изоляционных материалов на основе неразрушающего температурного ме-тода. Обоснована актуальность задачи создания нейросетей для оценки пропускной спо-собности, расчёта и прогнозирования температуры жил СКЛ в режиме реального времени на основе данных системы температурного мониторинга, с учетом изменения токовой нагрузки линии и внешних условий теплоотвода. Рассматриваются вопросы создания диаг-ностики и прогнозирования термофлуктуационных процессов изоляционных материалов силовых кабельных линий (СКЛ) электроэнергетических систем на основе таких методов искусственного интеллекта, как нейронные сети и нечеткая логика. Разработана нейро-сеть для определения температурного режима токоведущей жилы силового кабеля. Про-веден сравнительный анализ экспериментальных и расчетных характеристик распределе-ний температуры, при этом исследовались различные нагрузочные режимы работы и функции изменения тока кабеля. При анализе данных было определено, что максимальное отклонение данных, полученных от нейросети от данных обучающей выборки, составило менее 10% что является вполне приемлемым результатом. Для повышения точности ис-пользовалось большое количество входных и выходных данных при обучении сети, а также некоторая доработка ее структуры. Разработанное цифровое аппаратное устройство осуществляет измерение температуры поверхности и окружающей среды силового кабе-ля, а затем в режиме реального времени позволяет выполнять расчет его внутренних тем-ператур и решать задачи раннего выявления развивающихся в нем повреждений. Основная область применения разработанной нейросети для определения температурного режима токоведущей жилы заключается в диагностике и прогнозировании ресурса электроизоля-ции (ЭИ) силового кабеля. Модель позволяет оценивать текущее состояние изоляции и прогно-зировать остаточный ресурс СКЛ. Разработка интеллектуальной системы прогнозирова-ния температуры жилы СКЛ способствует планированию режимов работы электросети с целью повышения надежности и энергоэффективности их взаимодействия с объединен-ной энергосистемой.

Система распознавания отпечатков пальцев является перспективной биометрической технологией. В области исследования отпечатков пальцев было разработано большое количество алгоритмов, методологий и систем распознавания, но, тем не менее, высокий уровень безопасности и механизм подделки в некоторых системах распознавания отпечатков пальцев все еще ограничены, поскольку работа уже ведется. В результате проведенных исследований все они используют изображения для идентификации и аутентификации людей, поэтому изображение человека легко взломать с помощью каучукового цемента, желатинового носителя и т. д. В этой статье мы решаем эту проблему с помощью спектроскопического метода. Устройство, которое генерирует спектральные подписи ладоней, и эти спектральные подписи являются уникальными для каждого человека. Следовательно это дает высокую безопасность, и механизм спуфинга также избегается. В этой статье описывается разработка спектральной библиотеки Palmprint, для приложений ENVI 5.5 используются программные средства.

Предлагается метод распознавания объектов по данным лазерного сканирования. Эти данные можно получить сканированием объектов специальным прибором LIDAR (LIght Detection And Ranging) в виде облака точек, которое представляет собой неупорядо-ченный набор точек с координатами трехмерного пространства. Решение многих задач компьютерного зрения и распознавания c использованием данных лазерного сканирования зачастую эффективней, чем с использованием двумерных данных по нескольким причинам. Во-первых, третья координата повышает информативность и способствует более под-робному описанию объекта. Во-вторых, качество облака точек не зависит от погодных условий, при которых проводилось лазерное сканирование. В-третьих, облако точек позво-ляет сохранить масштабы объектов. Современные приборы LIDAR позволяют получить данные высокой детализации с большим количеством точек. Однако использование всех точек для распознавания объектов может привести к большим вычислительным затра-там. Кроме того данные могут содержать зашумления и выбросы, приводящие к ошибкам в распознавании. Для повышения качества распознавания выполняется предварительное сжатие данных при помощи признакового описания в виде дескрипторов, инвариантных к ряду преобразований. Таким образом, с одной стороны снижается зависимость от зашум-лений и выбросов, с другой − уменьшаются вычислительные затраты. В настоящее время для решения задач распознавания объектов, все чаще применяются подходы, связанные с представлением структур анализируемых объектов в виде графов. Предлагаемый метод основывается на использовании структур объектов, которые описываются частями облака точек. Распознавание осуществляется путем сравнения комплексных спектральных разложений графов, характеризующих структуры объектов. Предлагаются способы опре-деления весовых коэффициентов графа структуры на основе пространственных характе-ристик множеств точек. Также предлагается способ предварительного отбора объектов, существенно отличающихся по структуре с использованием собственных значений в спек-тральных разложениях графов. Эффективность предлагаемого подхода демонстрируют результаты экспериментов.

В настоящее время известно много комбинаторных задач, оптимальное решение которых теоретически можно найти, используя метод полного перебора. Однако количество решений таких задач экспоненциально увеличивается с ростом размерности задачи. Это исключает возможность быстрого нахождения оптимального решения методом полного перебора даже для задач среднего размера. Среди комбинаторных задач имеются и малоразмерные задачи. Это такие задачи, множество элементов в которых составляет несколько десятков. К таким задачам можно отнести задачи о назначениях и рюкзаке, а также задачу формирования турнирных таблиц. Быстрое совершенствование компьютерных технологий позволяет решать некоторые малоразмерные комбинаторные задачи в режиме реального времени. В статье рассматривается несколько подходов оптимального формирования турнирных таблиц, являющихся результатом жеребьевки. Важное значение это имеет для тех видов спорта, в которых принимает участие относительно большое количество игроков из разных регионов. В этих случаях цель жеребьевки состоит в том, чтобы рассеять игроков по разным группам так, чтобы все группы имели примерно одинаковый суммарный рейтинг и региональный фактор. При таком условии задача становится двухкритериальной. Если число участников находится в пределах двух десятков, то задачу еще можно решать полным перебором за приемлемое время. При числе участников турнира за пределами двух десятков полный перебор уже практически не применим.

В статье предложено два комбинированных алгоритма формирования турнирных таблиц. Первый основан на эвристическом методе «змейки» и методе полного перебора. Второй алгоритм основан на предварительном формировании нескольких групп частичным перебором, а оставшихся групп – последовательным методом. Разработанные комбинированные алгоритмы позволяют существенно увеличивать число игроков в турнирной таблице при допустимом времени их работы. Поскольку предложенные алгоритмы являются приближенными, в статье разработан метод оценки качества результатов их работы относительно оптимального решения. Проведено тестирование представленных алгоритмов, используя как случайно сгенерированные тесты, так и тесты на основе реальных рейтингов, проведено сравнение алгоритмов и даны рекомендации по их использованию.

Предлагается гибридный алгоритм размещения базовых стандартных библиотечных элементов при проектировании топологии полузаказной СБИС методом одномерной упаковки, основанный на интеграции роевого и генетического алгоритмов. В работе в качестве интерпретации решения – структуры данных, несущей информацию об упаковке (размещении), используется последовательность элементов (приоритетный список), задающая порядок их упаковки. В качестве декодера используется стандартная процедура упаковки (СПУ). Интерпретацией решения задачи размещения, формируемого роевым и генетическим алгоритмами, является упорядоченный список, включающий все ячейки, с разбиением его на части. Каждая часть включает вершины, соответствующие элементам, помещаемым в линейку (блок). Число частей служит оценкой решения. Интерпретацией решения, формируемого алгоритмами, является хромосома, структура которой идентична структуре списка. Разбиение списка на части производится в результате декодирования. Описываются поисковые процедуры в пространстве решений, механизмы поведения модернизированного роя частиц и генетического поиска. В отличие от канонической парадигмы роевого алгоритма предлагается подход к построению модифицированной парадигмы роя частиц, обеспечивающей возможность одновременного использования хромосом с дискретными целочисленными значениями параметров в генетическом алгоритме и в алгоритме на основе роя частиц. В качестве аналога скорости при перемещении выступает оператор направленной мутации (ОНМ), суть которого заключается в изменения целочисленных значений генов в хромосоме. В отличие от канонической парадигмы роевого алгоритма предлагается подход к построению модифицированной парадигмы роя частиц, обеспечивающей возможность одновременного использования хромосом с дискретными целочисленными значениями параметров в генетическом алгоритме и в алгоритме на основе роя частиц. В качестве аналога скорости при перемещении частиц выступает оператор направленной мутации (ОНМ), суть которого заключается в изменения целочисленных значений генов в хромосоме. Это позволило снизить комбинаторную сложность задачи. Это позволило снизить комбинаторную сложность задачи. Для проведения экспериментов были использованы известные тестовые задачи, представленные в библиотеке OR-объектов – (OR-Library Beasley). Временная сложность алгоритма, полученная экспериментальным путем, совпадает с теоретическими исследованиями и для рассмотренных тестовых задач составляет О(n²)-О(n³). Разработанный алгоритм позволил получить оптимальные решения для всех задач набора.

Проблема преэклампсии беременных женщин является одной из актуальных в современном акушерстве, так как это заболевание является наиболее распространенным и тяжелым осложнением беременности, а проблема лечения тяжелых форм преэклампсии – одна из самых трудных в акушерской анестезиологии и реаниматологии. Высокая частота материнской и перинатальной заболеваемости и смертности основана на отсутствии точных знаний о патогенезе заболевания, который зависит от множества предрасполагающих факторов, достоверных диагностических критериев, что ведет к неадекватной терапии и различным осложнениям, зависящим от своевременности и метода родоразрешения, объема анестезиологической и реанимационной помощи. Учитывая высокую распространенность преэклампсии в России, а также отсутствие тенденции к снижению, целью работы является повышение эффективности проведения лечебной терапии при гипертензивных осложнениях беременности.

Анализ процесса диагностики и введения медикаментов при лечении преэклампсии беременных женщин, который характеризуется нелинейными зависимостями, привел к необходимости разработки методов задания многомерных функций принадлежности термов лингвистических переменных. Для случаев, когда функциональная зависимость заранее известна, в работе выделены основные типы аналитических функций принадлежности нескольких аргументов: гиперболоидная, конусообразная, колоколообразная, эллипсоидная, пирамидальная, трапециевидная. Для случаев, когда задание функций принадлежности термов лингвистических переменных аналитически является невозможным, разработан новый метод построения функций принадлежности, который в отличие от существующих, позволяет задавать многомерные функции принадлежности на основе статистических данных, а также снизить влияние субъективности эксперта за счет автоматизации процесса с применением нечеткой кластеризации.

В данном исследовании разработан подход формирования графа системы, обладающего заданными передаточными свойствами, не утрачивающего эффективных соотноше-ний между векторами воздействий и откликов, на которых достигается максимум отно-шения этих норм (или отношения их квадратов норм), и реализующего на передаточной матрице эти экстремальные условия. Реализована задача восстановления матрицы смежности в заданных параметрах для исходной модели графа. Данная задача в обобщенной постановке не решалась и является новой. Решение данной задачи на основе комбинации положений теории систем, линейной и матричной алгебры позволяет формализовать за-висимость влияния характеристик сети на свойства сети, что дает возможность конструировать сети, обладающие заданными свойствами. Мы применяем понятие передаточ-ной матрицы к задаче максимизации передачи влияния в социально-экономической системе. В основе задачи оптимального изменения используется минимизация матричной нормы, согласованной с векторными нормами воздействий и откликов. Такая постановка задачи делает возможным формирование графа системы, обладающего заданными передаточ-ными свойствами. Алгоритм, реализующий данный подход, является вычислительно эф-фективным с O(m3), где m – это число пар задаваемых векторов, поскольку в его основе лежит метод множителей Лагранжа 2-го порядка и метод сопряженных направлений. Поскольку решаются задачи квадратичного программирования с линейными ограничения-ми, то критерием получения решения является не достижение требуемой точности, а выход в область безусловной оптимизации (ни одно ограничение не нарушается, множите-ли Лагранжа, соответствующие ограничениям в форме неравенств, неотрицательны), что происходит существенно быстрее по сравнению с задачами общего нелинейного про-граммирования.

Рассматриваются вопросы мониторинга состояния изоляции силовых кабельных ли-ний (СКЛ). Показано, что наличие примесей, либо продуктов окисления, возникающих в результате нагрева в изоляционном материале (ИМ), приводит к возникновению токов утечки. Получена математическая модель, позволяющая рассчитать мощность ЧР, а также определить расположение включения m1 в основной изоляции, обусловленные мощ-ностью активной составляющей тока утечки, при его возникновении в основной изоляции кабеля. Расчет изменения теплового потока, проходящего через слои изоляции кабеля про-водится в зависимости от радиальных расстояний методом кусочно-заданных функций, с учетом теплового сопротивления включения. Математическая модель, позволяет на ряду с послойным расчетом изотерм в поперечном сечении кабеля, определять наличие включений в ИМ. Методика, предлагаемая в разработанной модели, позволяет проводить учет теп-ловых потерь основываясь на тепловых и геометрических размерах включения, что не было учтено в указанных выше моделях. Предложен способ определения срока службы изоляци-онного материала учитывающий суммарную напряженность электрического поля в изоля-ционном материале для различных размеров включения, а также геометрические и электрические параметры включений; энергия активации структурного пробоя материала. Модель старения изоляционного материала позволит использовать ее для определения остаточного ресурса и прогнозирования износа изоляционного материала. Исследована надежность ИМ, а именно срок службы изоляционного материала КЛ от напряженности и температуры, в сравнении с базовой формулой. Проведены экспериментальные исследо-вания надежности изоляции, а именно разработан алгоритм и выполнено моделирование срока службы изоляции СКЛ от напряженности и температуры. Рассмотрены вопросы технического обслуживания силовых кабельных линий с использованием современных не-разрушающих методов диагностики.

Микромеханические вибрационные гироскопы являются одним из устройств микроэлек-тромеханических систем (МЭМС) и предназначены для измерения угловой скорости. В данной работе исследуется модель одномассового микромеханического гироскопа LL-типа, изготавли-ваемого по объемной кремниевой технологии с толщиной приборного слоя 50 мкм. Целью ра-боты является изучение измерительных свойство прибора с определенной частотной настрой-кой. Описаны проведенные для этого исследования его динамических характеристик, частот-ного отклика при воздействии гармонических нагрузок эквивалентных тем, что будут воздей-ствовать при реальной работе микрогироскопа на изготовленный чувствительный элемент. АЧХ (амплитудно-частотная характеристика) МЭМС гироскопа существенно зависит от конструкции и топологии чувствительного элемента. При выборе конструкции закладываются качественные характеристики и алгоритм его функционирования, при разработке топологии получаются количественные характеристики существенно влияющие на измерительные свой-ства прибора. Получение амплитудно-частотных характеристик на этапе проектирования позволит оценить предельные точностные характеристики, определить его чувствитель-ность, провести оптимизацию конструкции гироскопа для улучшения его конечных характери-стик. В статье описана последовательность произведенных расчетов для получения АЧХ и определения чувствительности к угловой скорости методом конечных элементов в программ-ном пакете ANSYS Workbench. В результате исследований определены собственные частоты ММГ по двум осям, по полученным АЧХ графическим способом определена полоса пропускания, определена зависимость изменения емкости от угловой скорости. По полученным результатам анализа проведена оценка измерительные свойство прибора и рекомендации по его дальнейшей частотной настройке и оптимизации.

Представлены экспериментальные исследования пространственного распределения ам-плитуды и фазы звукового давления волн разностной частоты нелинейных акустических излу-чателей. Рассмотрено влияние слабовыпуклой формы акустических излучателей, используемых в качестве преобразователей накачки параметрических антенн, на формирование структуры акустического поля волны разностной частоты (ВРЧ). На основе решения нелинейного уравне-ния Хохлова - Заболотской -Кузнецова, которое позволяет наиболее полно описать реальный процесс нелинейного взаимодействия акустических волн, приводится аналитическое выраже-ние для расчета фазы звукового давления разностного сигнала на оси параметрической антен-ны с криволинейным преобразователем накачки. Полученное соотношение справедливо для сла-бозатухающих волн накачки в ближней зоне преобразователя с гауссовым законом распределе-ния амплитуды исходных волн на его поверхности. В основу акустических измерений фазовой картины звукового поля положен метод, основанный на использовании двух идентичных прием-ников ультразвука. Размеры этих приемников значительно меньше исследуемой длины волны. В работе в качестве опорного сигнала использовалась огибающая исходного процесса, пред-ставляющая собой биение двух частот накачки. Такой подход в значительной мере упрощает процесс фазовых измерений. Приведены результаты измерений осевого и поперечного ампли-тудного и фазового распределений звукового давления разностного сигнала. Они показывают однородную структуру сформированного поля волны разностной частоты, генерируемого пре-образователем накачки с расходящимся волновым фронтом. Формирование сферического вол-нового фронта слабовыпуклого преобразователя накачки происходит на малом расстоянии в пределах зоны дифракции. Исследования основных закономерностей формирования фазовой структуры звукового поля ВРЧ для выпуклых преобразователей накачки позволяет с высокой точностью предсказать поведение разностного сигнала для любых параметрических антенн. Рассматриваются перспективы применения слабовыпуклых преобразователей накачки пара-метрической антенны в качестве излучателей звука при проведении гидроакустических измере-ний в условиях ограниченного водного объема.

Работа посвящена синтезу системы управления летательным аппаратом с применением синергетической теории управления. Статья содержит общее описание аппарата и его системы управления, синтез законов управления и компьютерное моделирование нелинейной динамики аппарата. Раскрыт смысл понятия функциональной декомпозиции процессов управления и приведена блок-схема иерархической системы управления, которая может быть сконструирована с применением функциональной декомпозиции. Описаны три уровня иерархии, из которых состоит иерархическая система управления: верхний уровень, средний уровень и нижний уровень. На верхнем уровне иерархии содержится математическая модель «летающей платформы» в требуемом режиме работы и на базе этой математической модели синтезируются общие синергетические законы управления. На среднем уровне иерархии содержатся уравнения связи между верхним и нижним уровнями иерархии; эти уравнения связи основаны на компоновочной схеме «летающей платформы» и на расчёте аэродинамических параметров вентиляторов. На нижнем уровне иерархии содержится математическая модель системы синхронизации двигателей «летающей платформы» и на основе этой математической модели синтезируются частные синергетические законы управления. Актуальность работы состоит в необходимости создания вертикально взлетающего аппарата типа «летающая платформа» в целях повышения эффективности операций по спасению людей из зон бедствий, где вертолёты и иные современные средства не справляются с задачами. Научная новизна работы заключена в применении синергетических подходов к разработке иерархической системы балансировки пространственного положения аппарата и к координирующему энергосберегающему управлению электродвигателями, получающими энергию от турбогенераторной установки.

В настоящее время в электронике ученые стараются перейти от микроуровня к на-но. С развитием такого направления, как наноэлектроника требуются усовершенствова-ние методов изучения поверхностей материалов. Многочастотная атомно-силовая микро-скопия включает несколько методов силовой микроскопии, которые позволяют сократить время сбора данных, повысить пространственное разрешение и количественное картиро-вание свойств поверхности. Для получения требуемых резонансных частот кантилевера используется метод распределения масс. В связи с этим используются специализированные кантилеверы, которые получаются путем модификации стандартных форм балок (с вы-травленным пазом; с утонение под форму стрелы). Для изготовления специализированных кантилеверов используют коммерческие кантилеверы из монокристаллического кремния. В качестве материалов помимо привычного кремния, также используются нитрид кремния и поликристаллический кремний. Применение поликристаллического кремния позволяет повы-сить прочность кантилевера. Целью данной работы является разработка конструкции стреловидного кантилевера из поликристаллического кремния для многочастотной атом-но-силовой микроскопии. В работе реализована параметрическая модель кантилевера на основе поликристаллического кремния специализированного для многочастотной атомно-силовой микроскопии, позволяющая исследовать частотные характеристики и отклонение кантилевера. Представлены результаты численного моделирования первых трех резонанс-ных частот методом конечных элементов. Моделирование выполнено при условии, что геометрические параметры балки лежали в диапазонах: длина 150–200 мкм, толщина от 2–6 мкм, ширина 20–50 мкм; размеры острия и его положение не менялись: высота острия 15 мкм, радиус основания 2 мкм и радиус вершины 35 нм. На основе разработанной модели определены диапазоны наиболее оптимальных значений для первых трех резонансных час-тот кантилевера, f1 – 50-250 кГц, f2 – 400-1500 кГц, f3 – 700 – 1900 кГц. Также получены аналитические зависимости коэффициента жесткости от геометрических параметров (длины, толщины, ширины): от 3,0 до 1,25 Н/м; 1,4 до 3,4 Н/м и от 2 до 50 Н/м; соответ-ственно. Полученные данные позволили определить конструкцию стреловидного кантиле-вера с геометрическими параметрами, обеспечивающими оптимальное соотношение же-сткости и резонансной частоты, удовлетворяющие требованиям многочастотной атом-но-силовой микроскопии (длина 170 мкм, ширина 30 мкм и толщина 2 мкм).

Представлены результаты исследования и моделирования характеристик метама-териала, состоящего из квадратных разомкнутых кольцевых резонаторов (SRR – split ring resonator), SRR с одним кольцом и SR резонаторов на основе полученных результатов. Чис-ленные результаты показали, что более высокая миниатюризация достигается с исполь-зованием спирального резонатора SR, по сравнению со случаями SRR с двойными вложен-ными кольцами и SRR с одним кольцом. Проведено исследование в диапазоне 9,15 ГГц до 5,25 ГГц влияния на характеристики метаматериала из SR спиральных резонаторов от числа оборотов (от 1 до 5) при фиксированных других размерах резонатора. Показано, что увеличение числа витков приводит к смещению рабочей полосы частот в сторону более низких значений частот, но рабочая полоса при этом уменьшается. В работе приведены расчет через коэффициенты прохождения и отражения эффективных значений диэлек-трической εeff и магнитной проницаемостей μeff слоя метаматериала на основе спирального резонатора SR. Рассмотрена микрополосковая антенна с подложкой из SR-метаматериала. Показано, что такая модификация антенны и использование техноло-гии LTCC позволяет уменьшить геометрические размеры излучателей, расширить рабочую полосу частот и эффективность излучения. Численные исследования проведены с использованием специализированного программного обеспечения электродинамического проектирования FEKO и HFSS.

В работе представлены результаты моделирования микрополосковых антенн с подложкой на основе метаматериала, состоящего из квадратных разомкнутых кольцевых резонаторов (SRR – split ring resonator). Комбинированная подложка на основе метаматериалов позволяют уменьшить геометрические размеры излучателей, расширить рабочую полосу частот и увеличить эффективность излучения. В работе также установлено соответствие между характеристиками SRR-метаматериала и однородным слоем с эффективными диэлектрической и магнитной проницаемостями, полученными через коэффициенты отражения и прохождения. Моделирование характеристик микрополосковой антенны выполнены с использованием программ FEKO и HFSS.

Рассматриваются недостаточно изученные аспекты управления двигателем внут-реннего сгорания, такие как детонация. Авторы предлагают использовать этот, счи-тающийся случайным, процесс для повышения крутящего момента и мощности двигатель внутреннего сгорания. При детонации вместо постоянного фронтального пламени в зоне сгорания образуется детонационная волна, несущаяся со сверхзвуковой скоростью. В волне сжатия детонируют топливо и окислитель. Этот процесс, с точки зрения термодинами-ки, повышает КПД двигателя благодаря компактности зоны. Рассматривается возмож-ность использования детонационного сгорания топливно-воздушной смеси в двигателе внутреннего сгорания, как полезной части рабочего процесса и делается предположение о возможности управления горением топливо-воздушной смеси в смешенном режиме, позво-ляющем улучшить индикаторные показатели. Хотя детонация считается разрушитель-ным явлением, возможность непродолжительного сгорания части ТВС с детонацией за-ложена в конструкции современных двигателей.Это вызвано существенным отличием марок топлива, различным подходом к определению октанового числа, изменением свойств бензина в зависимости от используемых присадок и т.д. Разработан стенд для экспериментального подтверждения высказанных предположений, оборудованный оригинальным датчиком давления в камере сгорания, позволяющим фиксировать индикаторную диаграмму и детонацию. Приведен пример получения улучшенных внешних скоростных характеристик. И представлены индикаторные диаграммы позволяющие объяснить улучшение внешних скоростных характеристик. В заключение высказаны предположения по изменению характеристик параметров горения топливовоздушной смеси и намечены последующие этапы для изучения возможности использования части топлива в режиме детонации с целью управления процессом горения.

В данной работе представлены результаты исследования влияния параметров фокусированного ионного пучка на технологические операции локального ионно-лучевого травления и ионно-стимулированного осаждения материалов из газовой фазы для формирования элементов вакуумной автоэмиссионной наноэлектроники. Разработана конструкция вакуумной автоэмиссионной ячейки, состоящая из системы катод-анод, форма которых обеспечивает, с одной стороны, высокую надежность и эффективность работы, а с другой стороны, позволяет применять технологии ионно-лучевого травления и ионно-стимулированного осаждения для формирования герметичных ячеек в едином вакуумном технологическом цикле. Применение элементов вакуумной электроники перспективно с точки зрения достижения высокой радиационной стойкости и высокого быстродействия элементов. Создание наноразмерных структур катода и анода, а также обеспечение сверхмалого межэлектродного расстояния позволяет добиться существенного снижения энергопотребления устройств и повысить плотность компоновки элементов. С использованием методов ионно-стимулированного осаждения углерода и вольфрама и локального травления фокусированным ионным пучком галлия изготовлен макет вакуумной автоэмиссионной ячейки на основе структуры кремний/золото/оксид кремния. Показано, что применение метода ионно-лучевого травления и ионно-стимулированного осаждения фокусированным ионным пучком галлия позволяет формировать элементы вакуумной автоэмиссионной наноэлектроники с высокой точностью и разрешающей способностью и позволяет избежать недостатков присущих традиционным технологическим процессам микроэлектроники, таких как необходимость применения масок, резистов и жидкостной химии. Полученные результаты позволяют создать основу для разработки радиационно-стойких быстродействующих элементов сверхбольших интегральных схем, обладающих пониженным энергопотреблением и могут быть использованы при разработке перспективных технологических процессов формирования элементной базы наноэлектроники и наномеханики с использованием локальных лучевых методов наноструктурирования.