Вдохновляясь природой. Как создают новое с помощью окружающего мира

На протяжении тысячелетий природа каждый день дает человечеству уроки совершенных технологических решений. Многие открытия – заслуга наблюдательных ученых, которые и сегодня заимствуют новые идеи у флоры и фауны. На что может вдохновить структура листа? Какие лекарства возможно создать из бересты? Как ученые смогут использовать природную нейросеть? Читайте в материале РИА Новости.

Природовдохновленный инжиниринг – процесс разработки новых технологий, в которых для получения революционных решений используются идеи и подходы из природы.

Среди самых ярких разработок, по мнению исследователей ТюмГУ, структурированные микроволокнистые катализаторы. Это принципиально новый тип систем, где в качестве носителей используются стеклянные микроволокна, структурированные в виде нитей в стеклотканях различного плетения, а активные компоненты выбираются из широкого ряда металлов: от платины до меди.

Созданные специалистами вуза вещества, не имеют зарубежных аналогов и обладают высоким потенциалом как в области импортозамещения в стратегически важных сферах, так и в сфере развития высокотехнологичного экспорта. На это изобретение ученых вдохновила структура листьев деревьев.

Перспективным практическим применением таких катализаторов являются реакции глубокого окисления углеводородов, производство синтез-газа и газофазный биокатализ.

Другим важным направлением природовдохновленных исследований стала разработка БАДов и ветеринарных препаратов для нужд животноводства, в том числе и птицеводческих хозяйств, с целью профилактики и лечения различных заболеваний, таких как: гепатоз, лейкоз, туберкулез, а также других бактериальных и вирусных инфекций.

"Работа основана на модификации природного тритерпеноида – бетулина, который в достаточном количестве (до 30%) содержится в бересте и потенциально несет защитную функцию от различных вредителей благодаря своим бактерицидным свойствам", – рассказал ведущий научный сотрудник лаборатории природовдохновленного химического инжиниринга Иван Кулаков.

Учеными Центра природовдохновленного инжиниринга на основе природных принципов была разработана новая экспериментальная методика нанесения покрытия из фотонных кристаллов.

"Фотонные кристаллы были получены из микро/наночастиц полистирола, способных отражать свет определенной длины волны в зависимости от угла наблюдения или угла падения света. Эти уникальные структуры были созданы экспериментально путем нанесения капель дисперсного раствора с варьированием концентрации полимерного поверхностно-активного вещества (ПАВ) и микро- или наночастиц полистирола в растворе. Практическое применение – источники света нового поколения или камуфлирующие покрытия", – рассказала ведущий научный сотрудник Центра Наталья Иванова.

Одним из последних инновационных продуктов в области природовдохновленных оптических технологий Центра является оптическое устройство, использующее адаптивную варифокальную жидкостную линзу.

"В ходе проекта был создан экспериментальный прототип установки, который работает на основе нагрева лазерным пучком. Эксперименты показали, что с помощью термокапиллярного механизма можно контролировать форму жидкой линзы в тороидальном исполнении (с "сухим" пятном), а также в исполнении "Сомбреро" (тороидальная структура со вторичной каплей)", – рассказал научный сотрудник Центра Денис Клюев.

В связи с увеличением востребованности технологий искусственного интеллекта все более проявляется неэффективность традиционных вычислительных устройств с фон-неймановской архитектурой. В таких приспособлениях данные физически находятся отдельно от устройства, выполняющего операции над ними, и запрашиваются по необходимости.

Именно постоянно перемещение данных является сильным ограничением на производительность в нейросетевых задачах. Нейропроцессоры предлагают новую вычислительную парадигму, обходя вышеуказанное ограничение тем или иным способом.

"Новая архитектура создается с оглядкой на строение биологических (природных) нейросетей. Он реализует внутри себя искусственную импульсную (спайковую) нейронную сеть с применением аналоговых вычислений в синапсах на основе мемристоров. Мемристорные синапсы, организованные в специальный массив, позволяют параллельно за одну операцию аналоговым способом обрабатывать информацию в отдельном слое нейросети, содержащем множество нейронов. Это значительно ускоряет полный расчет всей системы по сравнению с традиционными процессорами", – рассказал заведующий лабораторией наноэлектроники и наноматериалов Андрей Бобылев.

В данный момент учеными Центра природовдохновленного инжиниринга производится моделирование с целью оптимизации отдельных углов биоморфного нейропроцессора. В лаборатории экспериментально исследуются электрические характеристики мемристоров и устройств-селекторов.

Полученные данные используются при моделировании, но, кроме этого, они ценны сами по себе, поскольку на основе мемристоров можно создавать и другие полезные устройства. Например, энергонезависимую память для традиционных компьютеров.