Цифровые технологии
«Цифровые технологии – это не отдельная отрасль, по сути это
уклад жизни, новая основа для развития системы государственного управления, экономики, бизнеса, социальной сферы, всего общества. Формирование цифровой экономики – это вопрос национальной безопасности и независимости любого государства, конкуренции отечественных компаний». В.В. Путин
Современные научно-технические процессы практически невозможны без широкого внедрения и использования современных методологических подходов и технологий, в том числе и цифровых, которые позволяют реализовывать множество разноплановых научно-технических и технологических задач за кратчайшие промежутки времени. Именно быстродействие и универсальность сделали IT-технологии столь востребованными в современных отраслях науки и производстве. И далеко ходить за примерами не приходится.
Возьмём хотя бы бытовую технику, имеющуюся в каждом доме. Компьютеры, смартфоны, бытовая электроника – трудно представить современную действительность без подобных предметов обихода. А цифровые технологии – это уникальное явление, которое за последние десятилетия коренным образом поменяло жизнь каждого из жителей планеты.
Развитие цифровых технологий
Некоторые исследователи утверждают, что внедрение технологических новинок с каждым годом будет происходить все более быстрыми темпами. Например, если на повсеместное распространение электричества в ХХ столетии ушло более 30 лет, то планшетные компьютеры вошли в нашу повседневность за какие-то 3-4 года. Трудно себе представить, что буквально несколько лет назад ответ на вопрос «Какую бы одну из трёх особенно нужных вам вещей вы взяли бы с собой – ключи от дома, карманные деньги, сотовый телефон?» ответ прозвучал бы в пользу либо ключей, либо денег. Но уже сегодня, по заявлению авторитетного издания Gartner, более половины респондентов остановили бы свой выбор именно на электронном гаджете. В будущем внедрение технологий электронного банкинга и интернет-вещей позволит полностью перейти к цифровизации жизнедеятельности человечества, удобно совместив в одном устройстве неограниченные функциональные возможности множества необходимых человеку предметов.
Реальность такова, что внедрение информационных технологий оказывает существенное влияние на производительность труда. Отрасли, интенсивно использующие цифровые технологии, развиваются в два раза быстрее, чем в среднем по экономике. Так, обслуживание клиентов через сеть «Интернет» позволяет банкам сократить свои трудозатраты почти в 10 раз по сравнению с традиционными видами обслуживания. В последнее время во многом благодаря применению информационных технологий достигнут значительный прогресс и в ряде фундаментальных научно-исследовательских областей, включая и авиационно-космическую отрасль.
Технологии цифровой экономики
Переход к возможностям применения новых форм организации труда с использованием автоматизированных систем распределения задач, управления предприятиями с учётом эффективного распределения ресурсов, электронной бухгалтерии и документооборота, а также систем мониторинга производства, окружающей среды и поддержки принятия управленческих и технологических решений позволяет осуществить качественный скачок и более эффективно использовать имеющийся экономический потенциал, что является определяющей целью реализации программы «Цифровая экономика», принятой Правительством Российской Федерации в 2017 году.
Исторически сложилось так, что входящее в холдинг «Российские космические системы» АО «ОКБ МЭИ», как научно-производственная и исследовательская организация, всегда работающая в интересах обеспечения функционирования ракетной, космической и авиационной отраслей, просто не может, по определению, оставаться в стороне от современных трендовых направлений развития. При этом повышение качества корпоративного и внутреннего управления является приоритетной целью для развития экономики и научно-исследовательских программ нашей организации, согласно провозглашённой российским правительством Стратегии развития отрасли информационных технологий на 2014-2020 годы и на перспективу до 2025 года.
Важнейшими задачами Стратегии являются повышение прозрачности принятия решений в государственном секторе, повышение прозрачности функционирования бизнеса, увеличение инвестиционной привлекательности российской экономики, наконец – её эффективности.
Основные направления цифровой технологий
Современные исследователи и специалисты выделяют десять основных направлений развития цифровых технологий будущего:
1. Искусственный интеллект и машинное обучение (Al and Machine Learning). >>> узнать подробнее
2. Блокчейн и криптовалюты (Blockchainand Cryptocurrencies).>>> узнать подробнее
3. Большие данные (Big Data). >>> узнать подробнее
4. Телемедицина (Telemedicine). >>> узнать подробнее
5. Дополненная и виртуальная реальность (AR/VR). >>> узнать подробнее
6. Чат-Боты и виртуальные помощники (Botsand Virtual Assistants). >>> узнать подробнее
7. Мобильность и кибербезопасность (Mobile and Cybersecurity). >>> узнать подробнее
8. Интернет вещей (1оТ — Internet of Things). >>> узнать подробнее
9. Компьютерное зрение (Computer Vision). >>> узнать подробнее
10. Нейросети (Artificial Neural Networks).>>> узнать подробнее
Однозначно, решение этих задач в рамках Стратегии без развития цифровых технологий невозможно, поэтому ОКБ МЭИ одним из первых включилось в столь интересную и важную по значению работу.
Отмеченные выше позиции так или иначе имеют свою интерпретационную основу и при функционировании наших структурных подразделений и организации в целом. Кратко рассмотрим перечисленные технологии.
12 новых технологий в электронике, которые изменят наше будущее
В частности, отрасль электроники играет решающую роль в обработке сигналов, обработке информации и телекоммуникациях. Оно имеет дело с электрическими цепями, которые включают такие компоненты, как датчики, диоды, транзисторы и интегральные схемы. Проще говоря, охватывает сложные электронные инструменты и системы, такие как современные ноутбуки и смартфоны.
Первый тип транзистора был изобретен в 1947 году. С тех пор мы прошли большой путь. Один смартфон, который вы используете сегодня, содержит более одного миллиарда транзисторов.
Это только начало. Многие революционные устройства еще предстоит изобрести. Давайте выясним, что может принести нам будущее (в области электроники).
12. Цифровая технология запаха
Было проведено множество исследований в области обонятельной технологии, которая позволяет устройствам (или электронным носам) распознавать, передавать и принимать носители с поддержкой запаха, такие как аудио, видео и веб-страницы.
Первая система выделения запаха под названием Smell-O-Vision была изобретена в конце 1950-х годов. Она была способна испускать запахи во время проекции фильма, чтобы улучшить восприятие зрителей.
С тех пор многие исследовательские учреждения придумали подобные устройства. Одним из них был iSmell, разработанный в 1999 году. Он состоял из картриджа со 128 запахами, из которого можно производить различные смешанные запахи. Однако, из-за определенных ограничений, продукт никогда не был запущен в коммерческую эксплуатацию.
На выставке CEATEC 2016 компания представила носимое ароматическое устройство, которым можно управлять через смартфоны и ПК. Ему все еще предстоит преодолеть множество препятствий, включая время и распространение ароматов, а также риски для здоровья, связанные с синтетическими запахами.
11. Термальная медная стойка
Компания Nextreme Thermal Solutions разработала эту технологию, чтобы интегрировать функциональность активного управления температурой на уровне микросхемы. Этот метод в настоящее время используется техническими гигантами, включая Intel и Amkor, для подключения микропроцессоров и других современных чипов к различным поверхностям.
Он действует как полупроводниковые тепловые насосы и добавляет функции управления температурой на поверхности чипа. Сегодняшние тепловые неровности имеют высоту около 20 мкм и ширину 238 мкм (диаметр). Технология следующего поколения позволит снизить высоту тепловых ударов до 10 мкм.
10. Дисульфид молибдена
Дисульфид молибдена является неорганическим соединением, которое широко используется в электронике в качестве сухой смазки из-за его низкого трения и прочности. Как и кремний, это диамагнитный полупроводник с непрямой запрещенной зоной с запрещенной зоной 1,23 эВ.
Дисульфид молибдена является обычной сухой смазкой с размерами частиц в диапазоне 1-100 микрометров. Он часто используется в производстве эффективных транзисторов, фотоприемников, двухтактных двигателей и универсальных шарниров.
В 2017 году двумерный дисульфид молибдена был использован для создания 1-битного микропроцессора, содержащего 115 транзисторов. Он также использовался для создания 3-терминальных мемтранзисторов. В ближайшие годы это соединение может стать основой всех видов электронных гаджетов.
9. Электронный Текстиль
Этот тип технологии считается революционным, потому что он способен делать несколько вещей, которые обычные ткани не могут, в том числе проводить энергию, общаться, трансформироваться и расти.
Будущие приложения для умной одежды могут быть разработаны для мониторинга здоровья, слежения за солдатами и наблюдения за пилотом. Персональный и переносной физиологический мониторинг, связь, отопление и освещение могут извлечь выгоду из этой технологии.
8. Спинтроника
Спинтроника (или спиновая электроника) относится к собственному вращению электрона и связанному с ним магнитному моменту в физике твердого тела. Он сильно отличается от обычной электроники: наряду с состоянием заряда используются электронные спины для увеличения степени свободы.
Системы Spintronic могут использоваться для эффективного хранения и передачи данных. Эти устройства представляют особый интерес в области нейроморфных вычислений и квантовых вычислений.
Эта технология также используется в медицине (для выявления рака) и имеет большие перспективы для цифровой электроники.
7. Наноэлектромеханическая система
Наноэлектромеханическая система объединяет элементы электроники наноразмера с механическими машинами для формирования физических и химических датчиков. Они образуют следующий логический шаг миниатюризации из так называемых микроэлектромеханических систем.
6. Молекулярная электроника
Как следует из названия, молекулярная электроника использует молекулы в качестве основного строительного блока для электронных схем. Это междисциплинарная область, которая охватывает материаловедение, химию и физику.
Эта технология позволит разработать гораздо меньшие электронные схемы (в наноразмерных масштабах), что в настоящее время возможно с использованием традиционных полупроводников, таких как кремний. В таких устройствах движение электрона определяется квантовой механикой.
Хотя целые схемы, состоящие исключительно из элементов молекулярного размера, очень далеки от реализации, растущая потребность в большей вычислительной мощности и ограниченность современных литографических методов делают переход неизбежным.
В настоящее время ученые работают над молекулами с интригующими характеристиками, чтобы добиться воспроизводимых и надежных контактов между молекулярными сегментами и объемным материалом электродов.
5. Электронный нос
Электронный нос идентифицирует определенные компоненты запаха и анализирует его химический состав. Он содержит механизм обнаружения химических веществ, в том числе массив электронных датчиков и инструментов искусственного интеллекта для распознавания образов.
Такие устройства существуют уже более двух десятилетий, но обычно они дороги и громоздки. Исследователи пытаются сделать эти устройства менее дорогими, меньшими и более чувствительными.
Электронные носовые инструменты используются исследовательскими учреждениями, производственными отделами и лабораториями контроля качества для различных целей, таких как обнаружение загрязнения, порчи и фальсификации. Они также используются в медицинской диагностике и обнаружении утечек газа и загрязняющих веществ для защиты окружающей среды.
4. 3D Биометрия
Использование биометрической информации увеличивается с каждым годом, особенно в областях, связанных с банковской деятельностью, криминалистикой и общественной безопасностью. Большая часть биометрического распознавания использует двумерные изображения.
Тем не менее несколько продвинутых биометрических методов были разработаны в последние несколько лет. Это включает в себя 3D-отпечатки пальцев, 3D-отпечатки ладоней, 3D-ухо и 3D-методы распознавания лиц.
Будь то в целях взаимодействия человека с компьютером или повышения безопасности, будет широкое применение для надежной биометрии.
3. Электронная кожа и язык
Растяжимые, гибкие и самовосстанавливающиеся материалы, которые могут имитировать свойства кожи животного или человека, называются электронной кожей. Существует широкий спектр материалов, которые реагируют на изменения давления и тепла и способны измерять информацию посредством физического взаимодействия.
Эти материалы могут открыть новые двери для полезных приложений, таких как протезирование, мягкая робототехника, мониторинг здоровья и искусственный интеллект. В будущем конструкции новых электронных шкур будет включать в себя материалы с высокой механической прочностью, лучшей способностью восприятия, рециркулируемостью и самовосстановлением свойства.
Электронный язык, с другой стороны, измеряет и сравнивает вкусы. Он содержит несколько датчиков, каждый из которых имеет различный спектр реакции, способный обнаруживать органические и неорганические соединения.
Электронные языки применяются в различных областях, от пищевой промышленности и индустрии напитков до фармацевтической промышленности. Он также используется для сравнения целевых продуктов и мониторинга параметров окружающей среды.
2. Мемристор
Концепция мемристоров была введена американским инженером-электриком Леоном Чуа в 1971 году. Он предположил возможность дополнительного нелинейного элемента цепи, связывающего магнитный поток и заряд.
Патенты Memristors включают приложения в обработке сигналов, интерфейсах мозг-компьютер, реконфигурируемых вычислениях, программируемой логике и нейронных сетях. В будущем эти устройства могут быть применены для выполнения цифровой логики с применением на своем месте шлюза NAND.
1. Гибкий дисплей
Многие производители бытовой электроники проявляют интерес к гибким дисплеям: они работают над внедрением этой технологии в смартфонах и планшетах.
OLED на основе гибкой подложки (металлической, пластиковой или стеклянной) являются одним из наиболее перспективных электронных визуальных дисплеев, которые можно согнуть. Металлические и стеклянные панели, используемые в гибких ОСИД, очень тонкие, легкие, долговечные и практически небьющиеся.
На выставке CES 2018 компания LG представила первый прототип 65-дюймового OLED-дисплея с разрешением 4K, который можно катать. Телевизор раскручивается одним нажатием кнопки, а затем убирается из поля зрения, когда в этом нет необходимости.
В сентябре 2019 года компания Samsung выпустила новый складной смартфон, который можно использовать как для планшета, так и для смартфона.
Складные устройства текущего поколения имеют много недостатков и слишком дороги. Большинство из них являются доказательством концептуальных устройств для начинающих, а не устройств, подходящих для массового рынка. Тем не менее очевидно, что гибкие дисплеи превращаются в нечто совершенно иное, что может привести к удивительным событиям во всей технологической отрасли.
Камуфляж-невидимка и цифровая ткань: 10 реальных материалов «из будущего»
Material science — это наука, которая изучает материалы. Ученые ищут способы улучшить существующие материалы или разработать новые, исследуют их свойства и структуру. Открытия нередко поражают воображение даже самых преданных любителей фантастики.
«Броня» для транспорта
У российского изобретения есть аналоги, но они содержат вредные и недешевые в производстве вещества. Для изготовления литого стеклокристаллического материала не требуются дефицитные, дорогостоящие и токсичные вещества. Из него можно делать ударопрочные корпуса для автомобилей и железнодорожного транспорта, а также тротуарную плитку, бордюры, фонтаны, украшения для фасадов.
Сплав для новых систем охлаждения
Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» в сотрудничестве с компанией LG Electronics создали новые высокотеплопроводные магниевые сплавы. Их главное преимущество — устойчивость к высоким температурам, поэтому материалы планируют использовать в системах охлаждения. Проблема аналогов в том, что они быстро нагреваются и даже загораются на солнце. Например, в 2018 году в Германии на заводе BMW случился пожар в мастерской, где находилось большое количество деталей из магниевых сплавов.
Новый материал продлевает срок службы бытовой техники, электромобилей. В США, странах Евросоюза, Корее и Китае ученые запатентовали не только сплав, но и радиатор на его основе.
Иван Круглов, заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов в МФТИ:
«Высокотеплопроводные магниевые сплавы — один из удачных примеров, когда сначала компьютер исследовал свойства вариантов соединений Mg-Zn-Si-Ca, а потом ученые реализовали самые перспективные из них. Без помощи программ на создание этих материалов ушло бы в несколько раз больше времени».
Композит с возможностью регенерации
В научно-исследовательском институте космических и авиационных материалов (НИИКАМ) в городе Переславль-Залесский разработали новый композитный материал аристид. Он в десять раз легче промышленного алюминия и по прочности превосходит титан. Тонкая 3-миллиметровая пластина выдерживает выстрел в упор из пистолета среднего калибра. При этом повреждения от пули остаются только на поверхности материала. Аристид обладает свойством регенерации и самостоятельно восстанавливает небольшие повреждения. А еще он жаропрочный и переносит температуру до 1300 ℃. Для сравнения: огонь в камине разгорается максимум до 1200 ℃.
Разработчики утверждают, что аристид может заменить композитные материалы, которые используют при изготовлении деталей для космических кораблей, спутников, авиатехники. Также его можно применять в автомобильной промышленности, строительстве, производстве протезов и кардиостимуляторов.
Волокно для одежды со встроенной нейросетью
В Массачусетском технологическом университете (США) разработали первое в мире цифровое волокно — тонкую и гибкую нить, которая вшивается в любую ткань. Благодаря встроенной нейронной сети разработка умеет распознавать, хранить и анализировать информацию. Например, определять, какой физической активностью занят человек. Это доказали в ходе эксперимента: мужчина сидел, ходил и бегал в одежде с цифровым волокном, а в это время датчики анализировали изменения температуры тела и передавали данные на компьютер. Разработка смогла с точностью до 96% определить, какое действие выполняет человек. Принцип работы новинки можно сравнить со смарт-часами, которые знают, что вы начали движение, с какой скоростью идете и сколько сделали шагов.
В планах ученых — изготавливать вещи с цифровым волокном для массового потребления. Такая одежда не чувствуется на теле, а стирать ее можно до десяти раз. Пока человек носит изделие, оно измеряет пульс, температуру. Разработчики утверждают, что в перспективе технология может хранить в одежде и музыку, ведь они уже смогли записать на волокно 30-секундное аудио весом 0,48 мегабайта.
Бесконечно перерабатываемый пластик
Согласно исследованию Агентства по охране окружающей среды США, в Америке только 12% пластмассы перерабатывается более одного раза. Большинство ее видов не подлежит повторному использованию. В 2019 году американские ученые создали новый пластик полидикетоенамин (ПДК), который можно перерабатывать бесконечно. ПДК без вреда качеству «разбирают» на молекулярном уровне и собирают в другую форму с новой текстурой или цветом. Ученые даже спроектировали компьютерную модель оборудования для производства и обработки материала. На ее основе можно сделать реальную установку.
Полидикетоенамин может заменить пластмассу, которую используют в производстве бытовых предметов, машин, изделий для строительства и медицины. По планам ученых новый материал поможет очистить окружающую среду от мусора.
«Ткань» для плаща человека-невидимки
Канадская компания HyperStealth Biotechnology разработала технологию квантовой невидимости. Сквозь новый материал, как через стекло, видно почти все, что располагается за ним. Однако лучи света, попадая в микроскопические линзы, рассеиваются, и всё, что находится на определенном расстоянии позади материала — будь то люди или предметы, становятся неразличимыми. Материал похож на тонкий пластик, но его точные характеристики компания пока не раскрывает.
Разработчики запатентовали 13 видов материала разной формы и назначения. Одни могут скрывать человека, другие — здания, третьи — транспорт, космическую и военную технику, корабли. На основе нового материала получится создавать камуфляж для военных и полиции, а в будущем — и для массового потребления.
Пленка для очков вместо приборов ночного видения
Ученые из Австралийского национального университета разработали сверхтонкую пленку, которая состоит из микроскопических кристаллов и делает инфракрасное излучение видимым для человеческого глаза. Материал недорогой и простой в изготовлении.
Планируется, что разработку будут применять в службах безопасности и вооруженных силах. Сейчас там используют громоздкие приспособления для ночного видения, которые могут вызывать боли в шее. Новая сверхтонкая пленка крепится на обычные очки — она удобнее и облегчает работу в темноте. В будущем возможно массовое использование новинки: например, пленка пригодится для управления машиной в плохо освещенных местах.
Металл против болгарки и дрели
Немецкие физики создали материал Proteus, который невозможно разрезать. Он прочнее стали и в семь раз легче нее. При разработке ученые вдохновлялись природой — раковиной морских улиток и кожурой грейпфрутов. Оказалось, что их структура состоит из переплетений мягких и плотных элементов. Физики повторили этот принцип в своей разработке и получили материал, который похож на желе и заполнен множеством твердых керамических кусочков.
Звукоизолятор, способный сделать самолеты тихими
В британском Университете Бата разработали самый легкий звукопоглощающий материал. Сделан он из жидкого оксида графена и спирта. Изобретение похоже на соты, только внутри не мед, а плотная материя со множеством воздушных пузырьков. Профессор Микеле Мео, который возглавляет команду разработчиков, поясняет: «Метод получения материала можно сравнить со взбиванием яичных белков для создания безе. То есть звукоизолятор крепкий, но содержит много воздуха».
Разработку планируют использовать в авиатехнике: она очень легкая и способна снизить уровень шума двигателей самолета. По словам ученых, авиалайнеры могут стать почти такими же тихими, как новые автомобили. Пока что материал плохо рассеивает тепло, поэтому есть риск перегрева. Ученые проводят дополнительные исследования, чтобы решить эту проблему. Также специалисты хотят найти и другие полезные свойства. Например, огнестойкость или способность защищать от электромагнитных волн.
Золото со свойствами пластмассы
В Швейцарии разработали золото, плотность которого в десять раз меньше обычного: 1,7 г/см3 по отношению к 15 г/см3. По свойствам материал напоминает пластмассу, но химический состав такой же, как у природного металла. Изделие из него не получится сломать голыми руками или разбить, даже если уронить с большой высоты. В «пластмассовом» золоте содержится множество воздушных карманов, невидимых глазу, поэтому оно такое легкое.
Изобретение поможет уменьшить вес корпуса часов, также его предполагают использовать в производстве ювелирных украшений, электронике, атомной и химической промышленности. По желанию заказчика у модифицированного золота можно менять плотность, мягкость и цвет.
Куда движется material science
Иван Круглов, заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов в МФТИ:
«Раньше ученым приходилось методом проб и ошибок разрабатывать новые материалы и изучать их свойства. При этом все ограничивалось профессионализмом специалиста. То есть если он не знает про устойчивость медных проводов к вибрациям, то не поймет, что их можно использовать в транспорте. Такой подход называется экспериментальным.
В 2021 году набирает популярность другой подход — компьютерные методы. Это значит, что специальные программы ищут новые материалы и предсказывают, например, как поведет себя сплав при высокой температуре или насколько прочным будет новый вид пластика. Чаще всего этот способ используют для поиска сверхпроводников (они при низкой температуре теряют электрическое сопротивление) и термоэлектриков (веществ, которые образуют электроток при разности температур). Благодаря технологиям удалось ускорить процесс поиска различных материалов, а значит и в других производственных и научных сферах ожидается более быстрое развитие.
В российской сфере material science делают упор на разработку:
В 2021 году по этому направлению специально создали Центр НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества». Одна из перспективных разработок — обучение компьютеров поиску уникальных соединений для промышленности. Это возможно благодаря существующим базам данных веществ: программа анализирует их и предлагает собственные варианты с улучшенными свойствами».
