Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Научно-популярное

Перевод Человек, подчинивший себе половину частиц во Вселенной

24.09.2020 20:09:56 | Автор: admin

Мы живем буквально в преддверии эпохи квантовых компьютеров. Первые экспериментальные машины уже прямо сейчас доступны для тестирования благодаря облачным технологиям и об этом мы отдельно поговорим в конце статьи.

Но имя одного из крупнейших физиков XX века, плоды работы которого мы пожинаем сейчас, спустя 100 лет, часто остается за кадром. Шатьендранат Бозе мало кому известен за пределами родной страны. Западные СМИ вспоминают его исключительно в паре с Эйнштейном, ограничиваясь только фамилией.

Перед вами биография ученого из Индии, патриота и мыслителя. Он сделал для своей страны не меньше, чем его современница Ся Пейсу для Китая.

Страну создают не только её культура и традиции. Крупнейшие государства покоятся на плечах ученых, которые, подобно атлантам, закладывают фундамент для будущего процветания своих сограждан.

Человек, которому подчиняется половина частиц во Вселенной именно так однажды профессор физики представил Шатьендраната Бозе своим студентам. Бозе был ученым-энтузиастом. Эрудитом, заложившим основы статистики Бозе Эйнштейна и теории конденсата Бозе Эйнштейна.

Несколько крупных ученых получили Нобелевскую премию за исследования, связанные с областью науки, которую фактически открыл Бозе. Однако его самого премия обошла. Есть ли повод для грусти? Вряд ли. Титул повелителя половины частиц во вселенной сам по себе значит немало.

Ранние годы жизни

Шатьендранат Бозе родился 1 января 1894 года в Калькутте. Он был старшим сыном в большой и сравнительно небедной семье, у него было семь младших сестер. С малых лет Бозе проявлял недюжинные способности к учебе и жаждал знаний.

Его отец, Шурендранат, работал бухгалтером и всеми силами поощрял способности сына. Каждое утро, уходя на работу, он записывал на полу веранды домашнее задание для сына арифметические задачи. Бозе решал их и вечером с гордостью показывал готовые примеры отцу.

В возрасте 13 лет мальчика отдали в известную школу в Центральной Калькутте. Там способности Шатьендраната также не остались без внимания. Учителя признавали, что в области математики и естественных наук ему не было равных и это в престижной школе, где и преподаватели, и ученики были как на подбор.

В 1909 году, когда ему шел шестнадцатый год, Бозе принял решение пройти промежуточный курс естественных наук в Президентском университете.

А тем временем на Западе Альберт Эйнштейн уже был заслуженно известен своей специальной теорией относительности, опубликованной в 1905 году.

Преподавателями Шатьендраната в Президентском колледже были знаменитые Джагадиш Чандра Бос и сэр Прафулла Чандра Рэй. В 17 лет он успешно сдал промежуточные экзамены и спустя два года стал бакалавром наук в области математики. Стоит ли говорить, что Шатьендранат снова был лучшим в своем классе.

В 1915 году в возрасте 21 года Бозе стал магистром прикладной математики Калькуттского университета. При этом ему удалось установить абсолютный рекорд среднего балла 92%.

На Западе началась Первая мировая Война. Альберт Эйнштейн публикует общую теорию относительности.

Логичным продолжением карьеры любого ученого является получение докторской степени. Любого, но не Бозе. Это было бы слишком просто. Докторской диссертации он предпочел преподавание. С 1916 по 1921 год он читал лекции студентам физического факультета университета Калькутты.

Приблизительно в это время в руки Бозе попала только-только опубликованная общая теория относительности. Труд Эйнштейна очаровал Бозе настолько, что, заручившись помощью своего друга, он в кратчайшие сроки перевел научные работы Эйнштейна с немецкого языка на английский и опубликовал их сборник.

Отдельно отметим, что Бозе был полиглотом. Он хорошо знал множество языков. Среди них бенгали, английский, французский, немецкий и санскрит.

В том же 1921 году Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии за заслуги в области теоретической физики. В частности за объяснение фотоэффекта. Это был поворотный шаг в развитии квантовой теории. И вряд ли во всей Индии нашелся бы более преданный фанат Эйнштейна, чем Бозе.

Прорыв

В том же году Бозе покинул родную Калькутту и устроился лектором на физическом факультете Университета Дакки (Бангладеш). Вот что он говорил о ситуации в университете в письме своему другу:

Прошло уже больше месяца со дня моего переезда в твою часть страны. Работа все еще не началась. В университете было ценных вещей, однако из-за тотальной халатности они пришли в удручающее состояние. Кроме того, мы страдаем от нехватки научной прессы. Руководство пообещало оформить несколько подписок и приобрести старые номера. Поговаривают даже об отдельной научной библиотеке

Благодаря стараниям Бозе в университете открылись новые кафедры и лаборатории в частности, продвинутые курсов для студентов факультетов физики и химии. Своим студентам Бозе читал лекции по термодинамике и классическому электромагнетизму.

Как раз во время одной из своих лекций Бозе почувствовал, что существующие выводы из закона излучения Планка неполны. После долгих раздумий и консультаций с коллегами Бозе опубликовал статью, в которой без использования классической физики он приходит к тем же результатам, что и сам Планк. Это был настоящий прорыв. Поначалу выведенная им формула была отвергнута учеными как радикальная и противоречащая консервативным научным взглядам. Но он не унывал. Вместо этого он отправил свою статью непосредственно Альберту Эйнштейну в Германию.

В каком-то смысле Бозе помог Эйнштейну возродить свою научную карьеру. Иронично пионер квантовой революции в начале 1920-х активно препятствовал ей. Письмо Бозе оказалось отрезвляющим глотком свежего воздуха и заняло внимание великого ученого.

Эйнштейн сразу же осознал, какое значение имеет письмо от молодого индийского физика. Его стараниями статья Бозе была переведена на немецкий и опубликована в Zeitschrift fr Physik, популярном немецком научном издании. Так родилась статистика Бозе Эйнштейна.

Эйнштейн был крайне впечатлен тем, что ради научного прогресса никому не известный молодой ученый из Индии решился отправить ему свою спорную статью. Позднее он писал Бозе: Ваша статья важный шаг вперед. И она мне очень нравится!.

Чем больше Эйнштейн размышлял о статье, тем сильнее она влияла на его мировоззрение. Причина, по которой работа Бозе дала точные результаты, крылась в том, что, поскольку фотоны неотличимы друг от друга, нельзя рассматривать любые два фотона с одинаковой энергией как два разных фотона. Это довольно простая для понимания мысль. Рассмотрим пример.

Вы одновременно подбрасываете две различимые и несмещенные монеты в воздух. Существует 4 возможных результата:

Вероятность того, что выпадет два орла составляет всего 1/4. Но все меняется, если сделать монеты неотличимыми друг от друга. В этой ситуации возможны уже три исхода: одновременно два орла, одновременно две решки и орел + решка. Таким образом, шанс выпадения двух орлов увеличивается до 1/3. В мире статистики Бозе вероятность возникновения тех или иных событий может отличаться от наших ожиданий.

Эйнштейн осознал важность этого предположения даже раньше, чем сам Бозе. Он воспринял идею индийского ученого и распространил её на атомы. Это позволило Эйнштейну предсказать существование феномена, известного нам как конденсат Бозе Эйнштейна.

Конденсат Бозе Эйнштейна это так называемое пятое состояние материи. В нем каждый атом становится неотличим от других, и образуется гигантский суператом. В обычном газе атомы находятся в беспорядочном движении с очень высокой скоростью, в то время как в случае с конденсатом Бозе Эйнштейна они остаются вместе в состоянии совершенной гармонии.

Только в 1995 году, спустя 70 лет после того, как было сделано это предсказание, ученым удалось обнаружить существование конденсата Бозе Эйнштейна.

Эта работа стала для Бозе ключом к сотрудничеству с самыми видными учеными Европы тех лет. Для этого он подал заявление на двухлетний отпуск. Университет отпустил Бозе только после того, как он показал вице-канцлеру университета благодарственное письмо от Эйнштейна.

По прибытии в Париж Бозе написал своему кумиру:

Университет предоставил мне двухгодичный отпуск. Всего неделю назад я впервые приехал в Париж. Не знаю, получится ли у меня продолжить свою работу под вашим руководством в Германии. Однако, если вы согласитесь стать моим руководителем, исполнится моя давняя мечта.

С нетерпением Бозе ждал, что Эйнштейн ответит на его просьбу. В то же самое время ему посчастливилось познакомиться с Марией Кюри и помочь ей провести некоторые измерения пьезоэлектрического эффекта. Затем Морис де Бройль лично ознакомил Бозе с дифракцией рентгеновских лучей и спектроскопией. Наконец, пришел ответ от Эйнштейна:

Искренне благодарен вам за письмо. Рад, что скоро у меня будет возможность познакомиться с вами лично.

Бозе отправился в Берлин. Поработать с самим Эйнштейном у него не вышло, однако встреча с мэтром принесла свои плоды. Эйнштейн написал для Бозе рекомендательное письмо. Это позволило ему познакомиться с лучшими немецкими учеными: Фрицем Габером, Лизой Мейтнер и Максом Борном.

В 1926 году Бозе вернулся в Дакку. Ему было 32 года, но без докторской степени он не мог претендовать на должность профессора. Ситуацию спасло все то же письмо Эйнштейна: Бозе был назначен главой факультета физики университета Дакки.

Знания, полученные в Европе, помогли Бозе реформировать университет. Он самостоятельно разработал оборудование для лаборатории рентгеновской кристаллографии. Построил массу других лабораторий, выбил у руководства бюджет на строительство библиотеки. Под его руководством также был открыт центр исследований в области унифицированных теорий поля. Вплоть до 1945 года Бозе продолжал активную работу на факультете.

Когда раздел Индии стал неизбежен, ему пришлось вернуться в Калькутту. Отделение Пакистана виделось ему огромной раной в сердце любимой страны. Из-за депрессии у Бозе не получалось сосредоточиться на научных изысканиях.

Он преподавал в родном городе до самой пенсии. Новаторские идеи принесли Бозе восхищенные отзывы Эйнштейна и коллег по цеху. Обеспечили место в пантеоне крупнейших ученых-физиков. Но мало кто знает о человеческих качествах Бозе. Он был не просто ученым, но человеком, который хотел постичь окружающий мир во всей его полноте, во всей сложности. И непосредственно научная работа была лишь малой частью его собственной вселенной.

Кроме того, он был страстным патриотом. Много сил он потратил на продвижение бенгальского как языка, на котором ведется преподавание. Бозе лично перевел десятки статей на бенгальский. Он считал своим долгом открыть науку своим соотечественникам на их родном языке.

Пенсия

В 62 года Бозе оставил работу и вышел на пенсию, получив статус почетного профессора. Последовали бесчисленные приглашения на крупные мероприятия и вечеринки. Бозе отвергал большую часть приглашений. Не хватало ставшего привычным удовольствия от науки. Постоянного поиска новых знаний и свершения открытий. Поэтому спустя короткое время он вернулся в Калькуттский университет и продолжил исследования в области ядерной физики, органической химии и единой теории поля. Здесь он был на своем месте.

Как раз в это время Поль Дирак, знаменитый физик, посетил Калькутту вместе со своей женой. Примечательна история одной из совместных поездок Бозе и Дирака.

Комфортное заднее сиденье в машине получили Дирак и его супруга. Крупный Бозе сел впереди, рядом с водителем. В попутчики Бозе взял двух своих учеников. Каким-то образом всем удалось разместиться рядом с Бозе на переднем сиденье. На удивленный вопрос о том, не тесновато ли им, Бозе рассмеялся и обезоруживающим тоном ответил: Мы верим в статистику Бозе-Эйнштейна. А, как пояснил Дирак удивленной жене, в статистике Бозе-Эйнштейна всё очень тесно связано.

Именно Дирак, ставший близким другом Бозе, предложил термин бозон в память о вкладе ученого в теоретическую физику.

В 1958 году Бозе избрали членом Лондонского Королевского Общества. Год спустя правительство назначило его национальным профессором. Бозе занимал эту должность вплоть до своей кончины. Как уже было сказано выше, Нобелевскую премию он так и не получил. Когда Бозе спросили, что он думает по этому поводу, он скромно ответил: Я получил всё признание, которого заслуживаю.

Он умер в Калькутте в возрасте 80 лет. С ним ушла целая эпоха. Без натяжки можно сказать, что Шатьендранат Бозе один из величайших физиков Индии. И не только на основании его научных достижений, но и потому что он искренне любил свою страну.

Новость вместо заключения

В самом начале статьи мы обещали, что еще вернемся к теме квантовых вычислительных систем. Современные технологии делают доступным то, что когда-то можно было увидеть только в крупных научных лабораториях. Уже не первый год существуют квантовые вычислительные системы, доступ к которым обеспечивается облачными решениями.

В начале сентября стало известно о еще одном перспективном проекте. Исполнит ли он собственные обещания или окажется очередным журналистским квантовым утенком, покажет время. Приведем здесь короткое описание канадского проекта Xanadu.

2 сентября компания Xanadu (Занаду) из Торонто объявила о запуске первой в мире общедоступной платформы фотонных квантовых вычислений. Клиенты платформы смогут получить доступ к 8-, 12- и (в ближайшем будущем) к 24-кубитным машинам через облако.

По словам Кристиана Уидбрука, основателя и генерального директора Xanadu, каждые шесть месяцев компания собирается удваивать количество кубитов в своих облачных системах. В ближайшие месяцы Xanadu планирует опубликовать документ о фотонных квантовых вычислений, который, по сути, будет представлять из себя учебник о том, как масштабироваться до миллионов кубитов.

Принцип работы Xanadu, квантовые вычисления с непрерывными переменными, не использует генераторы одиночных фотонов. Вместо них применяются так называемые сжатые состояния, состоящие из суперпозиций множества фотонов.

Подробнее..

Перевод Социальные сети управляют вами, но есть способы дать им отпор

25.09.2020 14:16:06 | Автор: admin

Уроки от фильма Netflix Социальная дилемма.

Социальные сети делают вас другим человеком. Они меняют то, что вы делаете, меняют ход ваших мыслей и, в конечном итоге, меняют вас. И, кажется, это чуть страшнее, чем известный и давно обсуждаемый вопрос о защите конфиденциальных данных.

Документальный фильм Социальная дилемма от Netflix показывает, что проблема соцсетей в действительности гораздо глубже, чем может показаться. Через интервью с инженерами, участвовавшими в их создании, нам дают понять, что характерные особенности соцсетей, вызывающие привыкание, тщательно изучаются и с успехом применяются для того, чтобы заставить нас проводить на платформах еще больше времени. Каким образом? Все просто: алгоритмы, используемые в соцсетях, умеют создавать наши идеальные психологические портреты и постепенно изменять нас в собственных интересах.

Как говорит в Социальной дилемме Эдвард Тафти (Edward Tufte): Есть только две сферы деятельности, представители которых называют своих клиентов пользователями: торговля наркотиками и разработка программного обеспечения. Социальные платформы предлагают свои услуги бесплатно, поэтому мы думаем, что продукт, который они продают это наше внимание, и если сервис бесплатный, то вы и есть продукт. Однако, этим дело не ограничивается.

Это постепенное, легкое, незаметное изменение в вашем собственном поведении и восприятии. Именно это и есть единственная вещь, на которой они могут зарабатывать деньги: изменение того, что вы делаете, как вы думаете, изменение вашей личности.

Социальная Дилемма

Так, собственно, в чем проблема?

Социальная дилемма называет три главных повода для беспокойства.

Психическое здоровье

Исследование, в котором поучаствовали 5000 человек, показало, чем чаще люди используют социальные сети, тем хуже они оценивают состояние собственного физического и психического здоровья и тем ниже их удовлетворенность жизнью

Американский журнал эпидемиологии (American Journal of Epidemiology), 2017

Большинство инженеров, работающих в известных технологических гигантах, посещали университетские курсы, где учились использовать основы человеческой психологии с целью манипуляции нами для достижения своих собственных целей. Социальные сети успешно играют на глубинных проявлениях человеческой природы, как бы мы ни пытались этому сопротивляться. Они соблазняет вас. Они манипулирует вами. Они хотят от вас многого, говорит Тристан Харрис (Tristan Harris), бывший специалист Google по этике дизайна и соучредитель Центра гуманных технологий.

Тим Кендалл (Tim Kendall), бывший исполнительный директор Facebook и Pinterest, делится: Думаю, в этом есть некая классическая ирония. Целый день я работаю над созданием чего-то такого, чьим заложником стану сам. И в некоторые моменты я ничего не смогу с собой поделать.

Психологические манипуляции вызывают особую тревогу о представителях более молодых поколений. Современные дети рождаются в мире, управляемом технологиями, который им просто не с чем сравнить.

Мы создали целое поколение людей, выросших в среде, где главной целью общения, главной целью всей культуры, является манипуляция, говорит в фильме писатель Джарон Ланье (Jaron Lanier).

Цена которую мы платим высока. Всё это оказывает огромное влияние на психическое здоровье детей, приводя к росту числа самоубийств и проявлений членовредительства среди подростков.

Демократия

Количество стран, проводящих политические дезинформационные кампании в соцсетях, удвоилось за последние два года

Социальная Дилемма

Неожиданный поворот: социальные сети увеличивают дистанцию между людьми. Идеологическую дистанцию. В фильме рассказывается о том, что разрыв во взглядах сторонников Республиканской и Демократической партий с каждым годом увеличивается, и с каждым годом остается все меньше пространства для взаимопонимания и конструктивного диалога.

Этот феномен один из симптомов болезни, которой больны мы все, и ее страшным последствием может стать угроза демократии. Но эта угроза не является результатом взлома нас какими-то идеологическими группами. Эти группы просто используют имеющиеся в их распоряжении инструменты. Профессор Гарвардской школы бизнеса указывает на простую, но шокирующую правду о российском влиянии на выборы в США в 2016 году: Русские не взламывали Facebook. Они использовали инструменты, которые Facebook специально создал для добросовестных рекламодателей.

Дискриминация

Алгоритмы продвигают контент, который вызывает возмущение, разжигает ненависть и усиливает предубеждения, живущие в информации, которую мы же им даем

Социальная Дилемма

Социальные сети разрушают понятие истины. Вместо того, чтобы жить в едином мире, каждый из нас проводит дни в своем собственном, специально созданном мире даже не осознавая этого. У новостных лент есть пугающий эффект в них мы подтверждаем свои собственные взгляды на жизнь снова и снова, и это отдаляет нас от реальности.

Конечная цель технологических компаний 'определять аудиторию из одного человека' и извлекать максимум данных о каждом пользователе", говорит Тристан Харрис. "Это отправляет каждого человека в свою собственную кроличью нору", или, как говорит режиссер фильма Джефф Орловски (Jeff Orlowski): "2,7 миллиарда "Шоу Трумэна", работающих одновременно.

Как следствие, мы видим, например, активизацию движения сторонников плоской Земли. Все благодаря алгоритму Youtube, который продолжает подбрасывать людям контент, совпадающий с их видением мира, даже если оно не соответствует действительности.

Проще всего думать, что это действует на нескольких не очень умных и легко внушаемых людей, предупреждает Гийом Шасло (Guillaume Chaslot), инженер, создавший алгоритм Youtube, но алгоритм с каждым днём становится всё умнее и умнее. Сегодня он убедит кого-то, что Земля плоская, а завтра он сможет убедить в чём-то и вас.

Что можете сделать вы как личность

Первый совет дает сайт Социальной дилеммы голосом Тима Кендалла (Tim Kendall).

  1. Проанализируйте время, проводимое перед экраном

    • Оцените свой уровень цифровой активности: вы не будете мотивированы на решение проблемы, если у вас нет её полноценного осознания. Это исследование показывает, что среднестатистический человек ежедневно проводит перед экраном телефона примерно 4 часа. При этом, отвечая на вопрос о продолжительности пребывания перед экраном, эти же люди будут утверждать что провели там не более половины этого времени. Вы можете проконтролировать себя с помощью установки на телефон отслеживающих активность приложений (тайм-трекеров), которые сообщат вам сколько времени вы проводите перед телефоном и какие приложения используете. Два неплохих варианта: StayFree и YourHour.

    • Отключите уведомления: они отвлекают вас, держат в постоянном желании их проверить и в течение всего дня притягивают вас к телефону. Особое беспокойство вызывает факт, что среднестатистический пользователь получает 63 уведомления в день. Это означает, что если вы бодрствуете в течение 16 часов, то получаете уведомление каждые 15 минут.

    • Установите ограничения: воспользуйтесь еще одной полезной функцией тайм-трекеров, определите для себя дневные лимиты на использование конкретных приложений, в особенности, соцсетей и новостных ресурсов. Кроме этого можно установить для себя временные (например, не использовать телефон после 9 вечера) или территориальные (не брать телефон в спальню) ограничения.

  2. Наведите порядок в лентах новостей

    Социальные сети постоянно кормят нас невероятным количеством информации, сражаясь за наше внимания. Потратьте немного времени и пересмотрите аккаунты, которые вы отслеживаете. Все ли они все еще актуальны для вас?

    Стив Бартлетт (Steve Bartlett), генеральный директор Social Chain одного из крупнейших агентств по продвижению в соцсетях, подчеркивает важность гигиены новостных лент: Ваша лента это ваша библиотека, и, даже если вы этого не осознаете, она управляет тем, что вы знаете, думаете или чувствуете. Старайтесь становиться фолловерами тех, кто просвещает, вдохновляет и мотивирует. Откажитесь от чтения записей негативных, мелочных и демотивирующих людей.

  3. Выбирайте видео на Youtube

    Одна их ключевых рекомендаций, озвученных в Социальной дилемме, это получение контроля над контентом, который мы видим. Именно мы должны его выбирать. Самый простой способ это сделать последовать совету Жарона Ланье (Jaron Lanier): прекратите кликать на видео, которые предлагает вам Youtube.

  4. Проверяйте факты

    Существует исследование, проведенное в Массачусетском технологическом институте (MIT), которое показывает, что фейковые новости распространяются в Твиттере в 6 раз быстрее, чем правдивые. Количество фейковых новостей в лентах соцсетей просто зашкаливает.

    Одна из первых вещей, которой учат будущих журналистов в университетах: всегда проверяйте дважды, даже если источник информации ваша мама. Не доверяйте своей маме. И тем более, не доверяйте лентам новостей.

  5. Поделитесь фильмом с другими

    Фильм заканчивается шуткой Следите за нами в социальных сетях. Шутка. Но, честно говоря, возможно, вам все же стоит написать пару слов о Социальной дилемме на своих страницах и рассказать лично своей семье и друзьям. Вместе мы сможем сделать несколько шагов навстречу лучшему миру. Примерно так, как описано в следующем разделе.

Что можем сделать мы как общество

  1. Присоединиться к движению за гуманные технологии

    Это движение создали Тристан Харрис (Tristan Harris), Аза Раскин (Aza Raskin) и Рэнди Фернандо (Randy Fernando), те, кто принимал участие в съемках Социальной дилеммы. Оно посвящено "созданию условий для радикально переосмысленной цифровой инфраструктуры 21 века, которая поддерживает благосостояние людей, наши отношения, демократию и единую информационную среду.

    Можете использовать их ресурсы для того, чтобы оставаться в теме. Кроме этого можно прослушать несколько тематических курсов.

  2. Бороться с политической дезинформацией

    Плагин Ad Observer был создан как часть проекта Политическая Прозрачность в Интернете (Online Political Transparency) в университете Нью-Йорка (New York University). По заявлению проекта, онлайн-рекламу обычно видит только та аудитория, на которую нацелен рекламодатель, после чего эта реклама исчезает. Это затрудняет общественный контроль за такой рекламой и привлечение к ответственности рекламодателей, в том числе политических групп.

    Установив данный плагин в свой браузер, вы внесете вклад в предоставление информации исследователям, поможете им разоблачать методы микротаргетинга, а также привлекать политических рекламодателей к ответственности.

Выводы

Не следует воспринимать эту информацию как предупреждение о конце света и полностью отключаться от сети. Что вам действительно нужно сделать, так это быть бдительными, развивать критическое мышление и начать предпринимать личные и коллективные действия по изменению ландшафта социальных сетей. Активно высказывайте свое мнение, не будьте пассивной пешкой, которую технологические гиганты используют как свой продукт.

С технологиями и социальными сетями не всё так уж плохо. Они все также дают возможность сокращать дистанцию между людьми, объединять их и распространять сообщения, которые могут помочь сделать мир лучше.

Джастин Розенштейн (Justin Rosenstein), один из разработчиков кнопки нравится в Facebook, говорит в фильме: Когда мы делали кнопку "нравится", наша мотивация была такая: Можем ли мы распространять позитив и любовь в мире? Мы не думали о том, что подростки будут впадать в депрессию, когда им ставят мало лайков, или что это может привести к политической поляризации.

Надежда есть. Но нам нужно перестать быть такими безразличными ко всей этой ситуации. Легче думать, что у вас нет абсолютно никакой силы противостоять технологическим гигантам. И если все будут так думать, это станет правдой. Но если мы объединимся в этой борьбе, то у нас есть шанс. Мы можем требовать, чтобы социальные сети разрабатывались исходя из принципов гуманизма, говорит Харрис. "Мы их создали, и мы должны взять на себя ответственность за то, чтобы они изменились.

О переводчике

Перевод статьи выполнен в Alconost.

Alconost занимается локализацией игр приложений и сайтов на 70 языков. Переводчики-носители языка, лингвистическое тестирование, облачная платформа с API, непрерывная локализация, менеджеры проектов 24/7, любые форматы строковых ресурсов.

Мы также делаем рекламные и обучающие видеоролики для сайтов, продающие, имиджевые, рекламные, обучающие, тизеры, эксплейнеры, трейлеры для Google Play и App Store.

Подробнее..

Из песочницы Перенос сознания недостижим?

24.09.2020 20:09:56 | Автор: admin
Поговорим о самом перспективном направлении радикального продления жизни переносе сознания на другой носитель. А также на примере одной специфической науки выясним, какие препятствия стоят перед так называемым цифровым бессмертием.





О создателе науки сеттлеретики



Практически каждый имморталист, который произвел на свет хотя бы один текст по тематике, считает, что только он один знает, как действовать правильно. Другие же трансгуманисты, по его мнению, немного или в достаточной степени идиоты

Михаил Батин, имморталист


Ян Корчмарюк родился 12 сентября 1963 года в Волгограде. У него три высших образования: инженер-экономист, инженер-программист, инженер-системотехник САПР. Он был ведущим научным сотрудником в Нижегородском НИИ, преподавал программирование, сейчас он работает в Волгоградском Техническом Университете специалистом вычислительного центра.

Ян занимается задачей цифрового бессмертия с начала девяностых. Найденное им решение оформилось в концепцию новой науки, разрешающей одновременно личные и всеобщие экзистенциальные риски. Науки, которую он назвал сеттлеретикой, от слова settle переселять.
Во время зарождения и активного развития ТГ-движения в России (2001-2014 годы) он принимал участие, как сеттлеретик, во всех значимых проектах, включая РТД, Россия 2045, различные семинары и конференции по иммортализму и трансгуманизму; также в кооперации с болгарским философом Таню Колевым Ян провел конференцию по сеттлеретике в Болгарии. Все это время он безуспешно ищет финансирование на эксперименты по переносу сознания: на какие-то из них ему нужно 2 миллиона рублей, на иные 10 млн., а полную стоимость цифрового бессмертия он оценивает в 30 миллионов долларов. Та часть сеттлеретики, которую можно непосредственно увидеть и осознать, находится на его сайте settleretics.ru.

Ян не миллиардер, не предприниматель, не профессор, не руководитель лаборатории и не популярный видеоблогер, он не лидер никакой трансгуманистической организации и он никогда, насколько мне известно, не публиковался на английском языке в международных научных журналах типа Nature. Я бы сказал, что он обычный парень 57 лет (тем не менее, достаточно известный в трансгуманистических и не только кругах) с техническим образованием, который уже 20 с лишним лет практически в одиночку развивает, возможно, одно из самых важных направлений современной науки.

Я бы хотел предупредить неосведомленного читателя, что не без помощи самого Корчмарюка слово сеттлеретика у многих людей стало ассоциироваться с классическим случаем лженауки. Корчмарюк в свою очередь превратился в научного фрика, не для всех, но для многих, в том числе для таких людей как Данила Медведев и Алексей Турчин, известных футурологов и трансгуманистов.

Вот один из примеров обвинений в лженаучности. Эту страницу поисковики выдают в первом десятке по запросу сеттлеретика.

Скажу, что логически доказать, является или не является ли что-то наукой чрезвычайно сложно и не всегда рационально. Наука это что угодно, что позволяет эффективно управлять миром и делать верные предсказания. Понятия вроде критерия Поппера, верифицируемости, воспроизводимости являются частью метанауки такой штуки по управлению другими науками. Наличие публикаций, рецензируемость, индекс Хирша и т.п. (на них как раз ссылается автор блога) относятся к современным правилам диалога среди ученых и между учеными и обществом. Поэтому предлагаю здесь и далее вопрос о принципиальной научности сеттлеретики игнорировать.

Что такое сеттлеретика?



Сеттлеретика это инструментальная и прикладная наука, в основе которой лежат теория и практика таких дисциплин как вычислительная нейробиология, нейроинформатика, нейрокибернетика и нейроинженерия. Существенно то, что, даже если вы уже обучились любому из перечисленных направлений понять сеттлеретику сразу и целиком вы не сможете. Дело в том, что Ян Корчмарюк идентифицирует себя, помимо прочего, как синергетик. Сама синергетика как наука точно не определена, в школе и в большинстве институтов ее не проходят, а области ее исследований распространяются буквально на все существующие системы и объекты; понятиями и математикой синергетики пронизаны все главные тексты Корчмарюка, что сильно усложняет их восприятие. Интересующиеся могут прочесть доступный ввод в синергетику, например, здесь.

Однако, несмотря на вышесказанное, цель, предмет и методы сеттлеретики от этого нисколько не изменяются.

Сеттлеретика это единственная и наиболее разумная возможность для людей расселиться в пестрящем безграничными возможностями космосе через обретение ими физического бессмертия.




Сеттлеретика описывает принципы, законы и общие технологические аспекты переноса сознания на иной (желательно, небиологический) носитель. Более строгое определение: сеттлеретика это технология горячего резервирования нейроинформации. Это и отличает ее от проектов по созданию искусственного мозга с нуля:

Сеттлеретика предлагает создать искусственный мозг путем постоянной синхронизации когнитивных функций мозга живого человека с компьютером на нейроморфной архитектуре и постепенного перетекания сознания в него.


Англоязычное название этого метода Gradual in-place replacement; оно хорошо отображает суть сеттлеретики и смысл слова перетекание: перенос сознания на иной носитель должен решиться путем постепенной замены функциональных элементов мозга (нейронов) на их искусственные аналоги.



Взгляните на этот случайно найденный в сети роадмап. Этот алгоритм действий похож на сеттлеретику, с той лишь разницей, что сеттлеретика уточняет 10-14 пункты; также она уточняет, что именно означает выражение creating a model. Это значит создание постоянно обновляемой модели мозга, неотличимой от него в информационном смысле; это немного похоже на концепцию зеркалирующего RAID-массива. Здесь и далее понятие модели в контексте сеттлеретики будет употребляться именно в этом смысле.

Сеттлеретику не следует путать с концепцией Whole Brain Emulation, потому что последняя только очерчивает концептуальную научную область; сеттлеретика же дополняет эту область конкретными принципами решения задачи эмуляции. На до сих пор не отвеченный вопрос Что именно следует считать успешным созданием модели мозга? она дает такой ответ: Успешная модель мозга это та модель, которую мозг создает почти самостоятельно при участии вспомогательных вычислительных устройств и встроенных в них алгоритмов обучения. Отчасти, человек, чья модель мозга создается, сможет сам определять успешность процедуры. С другой стороны, ему в этом поможет универсальный язык нейрокодирования и ПО на его основе.

Прежде чем идти дальше, хочу сделать небольшую ремарку. Большинство ученых давно склоняются к тому, что сознание результат взаимодействия миллиардов нейронов. Нейрону в сущности все равно, куда отправлять и откуда принимать информацию, а значит, мы можем стимулировать его искусственно, фиксировать его ответ и дублировать этот процесс стимуляции-ответа в компьютере. Например, так и сделали ученые из Великобритании, Германии, Италии и Швейцарии, соединив биологические и искусственные нейроны через мемристор. Ничего принципиально нового в этом нет это уже знакомая специалистам по интерфейсам мозг-компьютер методология, в основе которой лежат универсальные принципы связи.

Я часто встречаю расхожую мысль, что перемещение собственной личности на иной носитель произведет только копию этой личности. Эта мысль часто через избыточные философские силлогизмы доходит до крайней стадии измышлений квантовой природы сознания, панпсихизма или же квалии вместе с ее красностью красного, являющихся гипотетическими доводами в пользу невычислимости сознания, не говоря уже о показанных где только можно в научной фантастике последствиях проблемы двойников.

Возможно, Данила Медведев также внес свой вклад в это предубеждение, говоря о копии себя как о самом себе, ведь это всего лишь вопрос договоренности. Но лично для меня моя копия только тогда является мной, когда я чувствую все, что она делает, и своим разумом влияю на ее действия и все то же самое справедливо для нее. То есть мы с ней находимся в постоянной синхронизации и фактически расширяем друг друга. Таким образом, можно вообще уйти от слова копия, ведь мы оба можем быть соединены через некий интерфейс с двухсторонней связью, фактически образовывая друг для друга третье полушарие мозга, так же интегрированное в нас, как одно полушарие интегрировано во второе, с той лишь разницей, что это третье полушарие лишь зеркалирует и постепенно замещает наши полушария. Именно в подобном ключе и поступила сеттлеретика. Она предлагает уйти от вышеописанных проблем через два ключевых фактора:

  1. последовательное и прижизненное замещение отмирающих нейронов нейронанороботами (далее нанороботы)
  2. ряды и ядра Винера-Вольтерра


Если с первым все достаточно понятно искусственный наноробот дублирует естественный нейрон при жизни, а после его гибели берет на себя все функции естественного нейрона, и ничего в восприятии идентичности для человека не меняется, то со вторым заинтересованному обывателю, который может являться еще и не имеющим достаточно свободного времени потенциальным инвестором, придется попотеть. По какой-то причине Ян решил не объяснять своим будущим потенциальным партнерам математическую сторону сеттлеретики, оставив им стезю проходить сквозь темные леса самостоятельно.

Ну хорошо, давайте откроем профиль Яна на Хабре и зайдем в список его комментариев. Побродив там, мы увидим несколько слов про ряды-ядра Винера-Вольтерра. Ниже небольшой список цитат, попробуем их осознать.

1. Используется математический метод ряды и ядра Винера-Вольтерра, который восстанавливает переходную или передаточную функцию нейрона, как черного ящика, по входу и выходу. То есть, решает обратную задачу. Если информация от коммуникации субъекта управления (мозга) с объектом управления (телом) по каналам прямой и обратной связи (нервно-гуморальной системе, центральной и периферийной) хоть как-то отразилась на переходной или передаточной функции нейрона, она обязательно будет восстановлена, с любой заданной точностью

2. Обучение [нанороботов-дубликатов прим.] идет путем восстановления переходной или передаточной функции нейрона, рядами и ядрами Винера-Вольтерра, по входу и выходу. Пока их (оригинала и дубликата) различие не станет сколь угодно малым. Такой квазистатический перенос снимает все проблемы идентичности, как и морально-этические и психологические проблемы

3. Как раз анализ сигнала, методом рядов и ядер Винера-Вольтерра и позволяет установить корреляционную зависимость в сигнале. Это похоже на метод наименьших квадратов, который аппроксимирует ряд точек подходящей кривой. Только здесь функции аппроксимируются функционалами. Интегральными свертками энного порядка.

4. Если обработка данных будет идти по иерархической сети, сжимаясь в коэффициенты рядов и ядер Винера-Вольтерра, на вживленных узловых микросхемах, то наружу передавать придется относительно небольшой поток информации

5. Собственно, именно эти корреляционные коэффициенты, для всех нейронов, и составят уникальную индвидуальность для психики переселяемого. И именно их и формируют ядра Винера-Вольтерра

Я думаю, немногим из вас удавалось использовать метод рядов-ядер на практике, а кто-то вообще сейчас слышит об этом впервые. Лично мне понять их необходимость для сеттлеретики помогли видеоролики про ряды Тейлора-Маклорена с YouTube (например, этот), где при визуализации отрисовки функций на графике становится понятно, что весь этот математический оркестр нужен лишь для того, чтобы максимально точно снимать нейронные спайки и дублировать их в компьютер. То есть вся их суть состоит в точности съема нейросигнала: математическая функция как бы с каждым бесконечно малым шагом делает поправку на саму себя и стремится к идеальному дублированию в компьютер оригинального биологического нейроимпульса.


Идеальное приближение к кривой как демонстрация генетического алгоритма

Просто если в рядах Тейлора-Маклорена есть связка точка-функция, то в рядах-ядрах Винера-Вольтерра связка уже функция-функционал.

Есть еще и такая вещь, как коэффициенты (h) рядов-ядер Винера-Вольтерра, и их суть состоит уже в емкости передаваемых на внешний компьютер данных:



Как говорит сам Ян, передавать всего 3 значения вместо много-много для каждого нейрона существенно (на порядки величин) разгружает канал связи.

Поискав информацию в сети (в основном в зарубежном сегменте), можно увидеть немалое количество научных работ и понять: сжатие данных через коэффициенты рядов-ядер Винера-Вольтерра в ряде областей действительно практикуется. Скорее всего, здесь специалистам будет полезно ознакомиться с работой Мармарелисов по анализу физиологических (нелинейных) систем, к которым также относится и единичный нейрон: Мармарелис П., Мармарелис В. Анализ физиологических систем. Метод белого шума. / Пер. с англ. д-ра биол. наук Е. А. Умрюхина. М.: Мир, 1981. 481 с.

Неудобные вопросы



Но как бы ни была интуитивно ощутима технология, к ней есть ряд серьезных вопросов. До сих пор сеттлеретика была достаточно прозрачной наукой, многие компоненты которой так или иначе тиражируются в сети и не идут ни в какое противоречие с существующими наработками или технологическими тенденциями в нейронауках. Но это верхний, абстрактный уровень сеттлеретики. У нее также есть темная и нераскрытая сторона, с которой вы неизбежно столкнетесь в попытке понять низкоуровневое, конкретно-техническое содержание предложений Яна. Ряд этих проблем может быть решен теоретически, но это требует участия квалифицированных нейробиологов и нейроинженеров.
Решить их нужно обязательно (и, по-хорошему, дополнить неучтенными проблемами), как предварительную проверку концепции, которая позволит создать настоящий сеттлеретический роадмап, открытый и прозрачный для всего сообщества имморталистов.

Перво-наперво, любой из тех, кто читал статьи Яна Корчмарюка на его официальном сайте, видел, что одних нанороботов недостаточно потребуется еще и имплантируемый в голову чип, который будет сжимать все нейронные данные перед отправкой на внешний компьютер. Но как этот чип будет способен принимать на себя столь огромную армаду сигналов от 80-100 млрд. нанороботов, да еще и понимать из конкретно какого места поступил сигнал? Неужели потребуется впаивать в каждую из этих крохотулек собственный уникальный ID, а в самом чипе вести еще и огромную базу данных о них? А как наладить синхронизацию всех процессов? Сеттлеретика не предполагает проводного матричного интерфейса, в котором проблема идентификации источника сигнала решается самой архитектурой системы. Здесь чип на вход получает огромный массив данных, для обработки и структуризации которого сеттлеретика сейчас не предлагает решений.

Мозг не ведет базы данных о каждом своем нейроне и всех связей между ними, он прекрасно обходится без этого. Но для дублирования функций мозга в реальном времени в нейроморфной системе мы должны учесть следующее:

  1. Каждый наноробот фиксирует сигнал своего нейрона и отправляет его на чип.
  2. Чип сжимает весь полученный массив сигналов рядами-ядрами Винера-Вольтерра и отправляет данные на нейрокомпьютер.
  3. В нейрокомпьютере содержатся нейроны дубликаты естественных нейронов.
  4. Каждый из этих дубликатов должен принять в себя соответствующий ему сигнал и, если потребуется, отправить сигнал-стимул обратно нанороботу на естественном нейроне. То есть каждый наноробот неизбежно должен быть как-то локализован и прочно связан со своим двойником. Необходимость подобной обратной связи регламентирована тем, что при постепенном отмирании нейронов нейрокомпьютер будет брать на себя утраченные мозгом функции, и именно в этот момент система превратится в третье полушарие.


Здесь может возникнуть закономерное возражение: необязательно просчитывать утраченные нейроны на внешнем компьютере, ведь нанороботы могут взять на себя эту работу. Но построение достаточно маленького полнофункционального кибер-нейрона, способного встроиться в нервную систему, не повредив ее задача намного более отдаленного будущего, на которую сейчас нет времени.

Ян уже пробовал ответить на описанную выше проблему здесь же, на Хабре, но его ответ не прояснил ситуацию. На вполне логичный вопрос:

Как вы будете эти сигналы от каждого датчика передавать на чип через биологические ткани?

Ян отвечает:

До вживленного чипа с передатчиком, сигнал может передаваться по естественным каналам связи возбудимым образованиям, от датчика к датчику, как от узла к узлу. Для этого я рассмотрел простейшую модель возбудимого образования, как длинной линии из емкостей и резисторов, предложенную еще Нобелевскими лауреатами Ходжкиным и Хаксли в 1963 г, но дополненную оценкой индуктивности линии L...

То есть, получается, что чип будет принимать сигналы от какой-то определенной подсоединенной к нему группы конечных нейронов (группы, которая наиболее близка к чипу), а те огромные множества нейронов, сигналы которых не достигли этой группы, будут просто игнорироваться? А если, допустим, к чипу привязать не отдельную группу нейронов, а только один нейрон тоже можно было бы осуществлять снятие всего сознания сразу? Очень нечетко описывается общая схема всей этой связи. Даже если мы превращаем каждое нервное волокно в микро-антенну (о чем он действительно пишет на своем сайте), это не избавит нас от проблем пространственной идентификации источников сигналов. Поставлю себя на место инвестора и скажу, что меня бы все это сильно смутило перед принятием решения о финансировании.

Идем далее по его ответу:

Так же мною рассматривалась возможность ультразвуковой волноводной передачи (гипотеза о молекулярной выч. машине в трубочках цитоскелета по Либерману, упомянутая в моей работе 1998 г), и гипотеза о возбудимом образовании, как оптическом волноводе....

Либерман ученый XX века, область интересов которого простиралась от нейробиологии до физических теорий о способах связи между человеческой душой и Богом. По современным меркам это сомнительный авторитет, но как бы там ни было, все еще остается неясным, как именно чип будет считывать все элементы цепи, будь они нанороботами, нейронами-волноводами или даже квантовыми точками.

Далее:

Так же, в выступлениях, расматривалась возможность использовать внутреннюю среду возбудимых образований, прокладкой в них проводящих нанокабелей, сформированных из частиц нанопорошка.

Трудно даже представить, что внутри нейронов можно как-то прокладывать нанопровода, не повредив при этом сами нервные клетки. По сравнению с этим идея с присвоением каждому нанороботу уникального ID и созданием базы данных на чипе кажется не такой уж и трудноосуществимой.

Чтобы доказать работоспособность своей науки, Корчмарюк собирается опробовать методологию сеттлеретики на червях-нематодах, о чем прямо указывает:

Первым шагом я предлагаю 100% реализуемый и крайне дешевый проект. 2 года работы, коллектив из 5 человек, 10 млн рублей бюджет. Что предлагается? Берем нематоду. Во все ее 300 нейронов втыкаем даже не нано. а микроэлектроды. Тренируем ей условный рефлекс. Восстанавливаем нейронку по Винеру-Вольтерру в компе. Потом, понейронно, анестезируем все 300 нейронов, подключая вместо них искусственные и уже обученные. И если полностью замененная нейросистема червя будет вести себя, как естественный червь и с тем же рефлексом, управляя адекватно тем же биологическим телом, значит, переселение произошло успешно! Для контроля берем уже известную, картированную нейросеть этого червя

Посмотреть более детальное описание проекта можно здесь.

На минуточку, анестезия подразумевает блокирование передачи нервного испульса. То есть сначала Корчмарюк говорит, что собирается использовать естественные каналы связи (а не беспроводную передачу светом, ультразвуком или радиоволнами), а потом говорит, что эти же каналы он будет блокировать? Как же нанороботы будут передавать сигналы через естественные биоканалы? Как мы можем проверить нематоду на уникальный рефлекс, если условно мозг и тело червя ничем не соединены и фактически оторваны друг от друга?

Нанороботы, по словам Яна, будут нужны только на модельных животных с небольшим числом нейронов (червь-нематода, мышь и т.п.). Для обезьяны и человека Ян собирается использовать более современную технологию т.н. квантовых точек они меньше и дешевле нанороботов. Да, интернет пестрит подобными обнадеживающими новостями, но все мы помним из школьных учебников по физике, что свет в плотную среду не проникает. Поэтому снятие сигналов с мерцающих точек в мозге тем более в его глубинных зонах немного бессмысленное занятие.

Внутренняя несогласованность информации в высказываниях Яна встречается регулярно. С одной стороны Ян предлагает рассматривать нейрон как черный ящик, а с другой стороны в этой статье приводит описание молекулярной вычислительной машины внутри нейрона. Внутринейронная переработка происходит, по-видимому, на системе молекулярных квантовых голографических компьютеров. Серьезно? Если нейрон всего лишь черный ящик, то зачем нам углубляться в кибернетические аналогии на уровне клеточного ядра, межмолекулярных и межклеточных связей? Я уже начинаю ломаться.

Чтобы закрыть вопросы, возникающие при прочтении сайта, я заходил в социальные сети и искал комментарии Яна в профильных группах. В определенном смысле это нормально подобные топики и создаются как раз для того, чтобы чайники могли переварить сложную информацию простыми аналогиями. Но в результате у меня появилось больше вопросов чем ответов.

Некое подобие открытого форума по обсуждению сеттлеретики и переноса сознания было создано в группе Партия научно-технического прогресса. Форум недолго был активен, но среди появившихся там вопросов можно увидеть один действительно важный:

Вопрос в формулировке подписчика:



На что Ян ответил так:



Если здесь вы почувствовали некоторое несоответствие тому, что о сеттлеретике писалось в самом начале, вы не одиноки: следуя этому комментарию, физическое замещение нейрона не требуется, потому что отмерший био-нейрон замещается исключительно виртуальным клоном и дальше мозг целиком просчитывается в компьютере. Но здесь возникает серьезное противоречие.

Суть в том, что отмерший био-нейрон перестроит локальную конфигурацию нейросети вокруг себя. Если сеттлеретическая система без наличия у нейронов физических нанороботов резервирует этот конкретный мозг, то любые изменения его электрохимической активности, включая отмирание нейронов, будут автоматически синхронизироваться с нейрокомпьютером причем, в одностороннем порядке. А это значит, что кибер-мозг будет получать те же повреждения, что и био-мозг. Синхронизируя повреждения, в результате мы получим виртуального пациента с букетом нейродегенеративных заболеваний, которого можно использовать разве что для изучения студентами-медиками в практических целях.

Поскольку виртуальному нейрону в естественном мозге нечего стимулировать (био-нейрон умер, наноробота-дубликата нет), то ни о какой обратной связи с мозгом не может идти и речи. Без обратной связи с мозгом мы получаем не перенос личности, а ее копирование и только.

Сам этот момент с виртуальными нейронами слишком расплывчато описан на сайте, а Ян то говорит, что это можно сделать, то говорит, что нельзя. Но любое из этих решений требует серьезной теории в основе. Мы пока не знаем, можем ли мы интерпретировать отмирание любого нейрона как событие, которое нужно предотвратить или как часть нормального гомеостаза нервной системы.

Это вопросы к теории, которые возникают у меня и у других. По-хорошему, сайт settleretics.ru, как единственный на данный момент источник информации по сеттлеретике, должен отвечать на эти вопросы, в том числе и популярным языком, то есть должен быть максимально исчерпывающим. Даже если есть проблемы и белые пятна он также должен о них указывать и, в идеале, предлагать теоретические ответы или способствовать диалогу например, через создание форума. Пока этот сайт представлен исключительно речью Корчмарюка но эта речь не дает всех ответов и, как мы уже увидели, часто противоречива.

Замечу также, что примерные ответы на свои вопросы я нашел не на сайте Корчмарюка, а в комментариях к одной из тысяч статей на Хабре и на других ресурсах, найти которые можно только при особом желании. Это как если бы ознакомиться с FAQ с сайта Humanity+ можно было бы только путем долгого поиска в интернете на самых разных форумах вопросов по поводу трансгуманизма и ответов Ника Бострома под ними на ознакомление с таким FAQ могла бы уйти неделя.

Наиболее свежее обновление текстов по сеттлеретике от Корчмарюка представлено статьей-дайджестом Нанонейротехнологии-2018. Это одна из наиболее полноценных работ Корчмарюка, из которой и можно вывести весь массив предлагаемых им актуальных решений. Кроме того, из статьи можно понять, что отдельные технологии, необходимые для переноса сознания, уже существуют. Cтатья завершается анонсом второй части, где Ян обещает описать средства доставки нанороботов в мозг. Однако с 2018 года вторая часть так и не появилась на сайте

Вывод


Как видно, значительная часть сеттлеретики является не такой прозрачной, как хотелось бы. До тех пор, пока к теоретической части науки можно задавать такие вопросы, как выше, сеттлеретике не следует надеяться на финансирование проверочных экспериментов ни на людях, ни на обезьянах, ни даже на червях.
Подробнее..

Как мы Neuralink рецензировали

25.09.2020 16:06:58 | Автор: admin
В конце августа Илон Маск провел вторую презентацию технологии Neuralink нейроинтерфейса для считывания мозговой активности. Первую версию устройства Макс представил в июле 2019. Тогда редакция журнала J Med Internet Res обратилась за рецензией к ученым из Лаборатории нейронауки и когнитивных технологий Университета Иннополис. Александр Писарчик, Владимир Максименко и Александр Храмов дали экспертные комментарии на новый способ вживления электродов в головной мозг. В этой статье сотрудники университета разбирают новую технологию Маска.



Свой комментарий на технологию Neuralink мы опубликовали в октябре 2019 года. По сравнению с прошлогодней презентацией изменился внешний вид устройства теперь это миниатюрная круглая таблетка размером с монету и язычком из связки электродов, которых, кстати, стало меньше. Изначально было заявлено 3072 электрода, теперь осталось 1024.

Можно предположить, что изменение количества электродов связано с задачами устройства. Прибор нацелен на распознавание конкретной активности мозга. В презентации показали, как с его помощью считывается двигательная активность. Для этой задачи чип должен быть имплантирован в моторную кору. Это небольшая область и 1000 электродов, скорее всего, достаточно.

Если мы захотим решить другую задачу стимулировать зрительные или аудиальные центры, то необходимо имплантировать чип в другие области мозга. Более того, чтобы контролировать сложную когнитивную активность, электроды должны покрывать несколько областей одновременно. Тут уже вопрос не в количестве электродов, а безопасности такой операции.

Появились и новые фишки. На вопрос журналистов можно ли будет с помощью Neuralink управлять Tesla, Макс ответил положительно, добавив, что все чувства: зрение, слух, осязание это электрические сигналы, которые отправляются нейронами в мозг. Учитывая сказанное, можно предположить, что технология применима для управления умным домом и интернетом вещей. Также в презентации говорилось, что чип может транслировать музыку и работать с различными устройствами по Bluetooth-соединению, а для управления Neuralink будет разработано мобильное приложение. Маск сравнил новый прототип с фитнес-браслетов Fitbit только с маленькими проводами в черепе.

Давайте разберем, в чем новизна технологии и почему Neuralink может стать прорывом в области лечения когнитивных нарушений. Для этого абстрагируемся от маркетинговых теглайнов про управление с помощью чипа в игре StarCraft и разговоров про чипирование людей.


Прототип устройства год назад и сейчас

Чем перспективен проекта Маска


Идея Neuralink основана на интерфейсе мозг компьютер. Термин интерфейс мозг компьютер (ИМК) появился в начале 1970-х годов, а первые попытки исследовать нейронную активность на обезьянах проводились уже в 1960-х. Сегодня работа в этом направлении перспективна для реабилитации при нарушениях двигательных функций.

Neuralink позволяет применять инвазивный метод следующего поколения. Устройство содержит до 1024 электродов, распределенных по десяткам нитей, с помощью которых подключается к мозгу. Чтобы преодолеть хирургическое ограничение, разработчики создали нейрохирургического робота, который вводит до шести нитей в минуту с точностью до микрометра.

Технология может служить прототипом инвазивного нейроинтерфейса для клинических приложений. Многоэлектродные нейроинтерфейсы могут стать основой для новых технологий и медицинских решений для парализованных людей. Развитие технологии позволит взаимодействовать с внешней средой без ограничений благодаря интеграции в умный дом и интернет вещей.

Neuralink не имеет аналогов по числу регистрируемых каналов. Существующие ИМК, которые используют инвазивные записи с нескольких десятков нейронов, уже позволяют обезьяне и человеку управлять движениями манипулятора силой мысли. В журнале Nature опубликованы работы, которые демонстрируют, как обезьяна ест роботизированной рукой и как полностью парализованные пациенты захватывают и перемещают предметы с помощью манипулятора.


Нити устройства взаимодействуют с мозгом

ИМК перспективны для обнаружения скрытой информации о работе мозга, которую невозможно получить с помощью обычных каналов связи. Использование неинвазивных ИМК ограничено небольшим количеством распознаваемых команд. Это ограничение возникает из-за зашумленности и нестационарности неинвазивных записей электроэнцефалографии или спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне.

В этом плане инвазивные электроды более устойчивы к помехам и артефактам, и позволяют получить качественные записи нейронной активности. Вместе с тем, инвазивная регистрация требует большего числа электродов, чтобы покрыть распределенные области мозга. При помощи методов Neuralink эта проблема может быть решена.

Как с помощью инвазивного подхода предсказывать приступы эпилепсии


Для нас технология Маска интересна в том числе с точки зрения собственных разработок. В Лаборатории нейронауки и когнитивных технологий мы работаем над проектом по предупреждению приступов эпилепсии.

Мы разработали ИМК, который при помощи трех электродов, вживленных в мозг крысы, позволяет предсказывать эпилептические приступы с точностью до 90%. Однако, существуют проблемы, связанные с большим числом ложных предсказаний. Если говорить о системе предотвращения приступа при помощи электрической стимуляции, то ложные предсказания приводят к большому числу ненужных стимуляций. В нашем интерфейсе удалось свести к минимуму число ложных предсказаний, но точность предсказания приступа снизилась до 50%.


Подробнее про разработки Университета Иннополис в области предупреждения приступов эпилепсии

Neuralink расширяет возможности для считывания сигналов мозговой активности. Скорее всего, использование 1000 каналов вместо трех, позволит значительно повысить точность предсказаний приступа эпилепсии и уменьшить количество ложных предсказаний.

Для прогнозирования эпилептических приступов нейронная активность должна регистрироваться в заранее определенных фокальных областях мозга, где активность проявляется раньше всего, а патология выражена наиболее ярко. В таком случае можно быстро обнаружить приближающийся приступ.

ИМК нового поколения, которые могут появиться благодаря Neuralink, предполагают стимуляцию мозга для прерывания или даже предотвращения эпилептических приступов среди людей с лекарственной устойчивостью.

Незаменимый робот-хирург


Еще в первой презентации прошлым летом Маск показал прототип нейрохирургического робота для установки импланта. Это очень важное преимущество, потому что ИМК не применяется в клинической практике в том числе из-за хирургических трудностей и проблем биосовместимости. Робот-хирург очень быстрый устанавливает до шести электродов в минуту. Команда Neuralink ставит задачу сократить время установки импланта до часа, а операцию проводить под местной анестезией, чтобы отправлять пациента домой в тот же день.

По идее разработчиков проблему биосовместимости решит использование биосовместимого полиимида с тонкой пленкой золота. При выборе материалов нужно учитывать импеданс и биосовместимость. Команда Neuralink протестировала полимер допированный полиэтилендиокситиофеном с полистиролсульфонатом и оксидом иридия. В результате достигли более низкого импеданса для первого, но лучшей биосовместимости для второго. Разработчики обещают продолжить исследования в этом направлении и проверить гипотезы на других типах проводящих электродных материалах и покрытиях.


Робот-хирург Neuralink

Наши вопросы к Neuralink


Было бы интересно узнать, возможно ли доставлять электрические импульсы к клеткам и одновременно регистрировать нейронную активность. Другими словами, сохраняет ли стимуляция возможность одновременной регистрации нейронной активности с минимальными артефактами.

Если данный функционал будет реализован, то это решит ещё одну важную задачу в области ИМК, возможность подстройки нейронной активности непрерывно. Например, при предотвращении эпилептического приступа путем электрической стимуляции появится возможность контролировать эффективность этого процесса. Можно будет подбирать оптимальную интенсивность стимуляции, чтобы предотвратить приступ, и при этом минимизировать негативное влияние на мозг.

Если заглянуть далеко вперед, то среди нежелательных эффектов ИМК с электродами, имплантированными в мозг человека, можно отметить потенциальную возможность контролировать и манипулировать поведением человека не только через средства массовой информации, но и напрямую посылать команды в мозг. Это предъявляет повышенные требования к шифрованию и защите данных и протоколов, использующихся в ИМК. Сейчас это кажется фантастикой, но в будущем этот вопрос обязательно возникнет.

По поводу этичности таких методов ведутся многочисленные дискуссии. Интересно, как в итоге будет сформулирована общественная позиция на этот счет. Захочет ли большинство добровольно устанавливать нейроимпланты? Напишите в комментариях, что думаете по этому поводу, согласились бы на такое, чтобы силой мысли найти Tesla на парковке или включить свет в квартире?
Подробнее..

Per aspera ad astra, или как я строил ракету. Часть 2. Собираем альтиметр на STM32 и BMP280

26.09.2020 16:11:14 | Автор: admin


Всем привет!

В предыдущей части я остановился на том, что мои ракеты удачно взлетели и приземлились, а на одной даже был установлен альтиметр. В этой статье я и расскажу о том как сделать простой высотомер на основе STM32 Nucleo L031K6 и датчика давления BMP 280 , который к тому же хранит все данные во Flash памяти.

Выбор железа


Основные требования к альтиметру:
  1. Высокая скорость считывания высоты, так как ракета в апогее находится не слишком долго, а я хотел узнать именно максимальную высоту;
  2. Низкое энергопотребление, чтобы не ставить большой аккумулятор;
  3. Небольшие размеры всей конструкции.

Исходя из них в качестве микроконтроллера взял STM32 Nucleo L031K6 (высокая скорость работы, низкое потребление тока, малый размер). Высоту решил измерять с помощью барометра BMP280 (те же резоны, что и у МК). Также добавил кнопку, при нажатии которой начиналась запись высоты. Ну и питала всю электронику батарейка CR2032, подключенная через адаптер. В итоге получилась такая схема:


Использованные модули

STM32 Nucleo L031K6


BMP280


Адаптер для CR2032

Разработка кода


Код вы можете найти на моем гитхабе . Пины STM32 были сконфигурированы в CubeMX под IAR. Для работы с BMP280 использовал вот эту библиотеку, добавил в нее функцию расчета высоты над уровнем моря с помощью барометрической формулы и инициализацию датчика с нужными мне параметрами частоты считывания, фильтрации и тд. Так как я хотел измерить высоту полета относительно земли, мне нужно было сначала вычислить высоту над уровнем моря в моей местности, взять ее за ноль и относительно нее измерять высоту полета. Частота измерений равнялась 10 Гц.

Запись во Flash память происходила следующим образом так:
Организация памяти в STM32 L031K6


  • Для всех измерений выделил 8 Кбайт с 0x08006000 по 0x08007FFF адреса
  • На одно измерение выделил 2 байта
  • Во Flash записывал по 4 байта, то есть сразу два измерения
  • Максимальное количество измерений 4096, этого хватало на запись примерно 7-ми минут полета
  • Высоту записывал в сантиметрах для большей точности

А происходила запись следующим образом:
  1. Если итератор записи четный, то в переменную с данными для записи во Flash сохраняем текущую высоту в младшую половину слова;
  2. Если итератор записи нечетный, то в переменную с данными для записи во Flash добавляем текущую высоту в старшую половину слова и сохраняем эту переменную в ячейку Flash

В итоге алгоритм работы программы следующий:
  1. После включения 5 секунд ждем нажатия кнопки для старта измерений высоты.
  2. Если кнопка не была нажата, то зажигаем встроенный светодиод и начинаем передачу по UART данных о высоте, записанных во Flash памяти
  3. Если кнопка была нажата, то два раза моргаем встроенным светодиодом и вычисляем высоту местности.
  4. После вычисления нуля два раза моргаем встроенным светодиодом и записываем во Flash-память высоту ракеты над землей.
  5. Когда выполнили передачу по UART или завершили измерения высоты, бесконечно моргаем встроенным светодиодом;
  6. Ждем пока нас найдут люди и выключат.


При питании STMки от CR2032 через пин 3.3V обнаружил, что код не работает. Проблема была в том, что при подаче питания через эту ногу необходимо было отпаять SB9 (расположен рядом с выводами RX и TX на обратной стороне МК) иначе плата постоянно перезагружалась.

Теперь необходимо было проверить точность работы альтиметра. Взяв рулетку, я стал поднимать альтиметр на разные высоты и смотреть, что он измеряет. Результаты тестов лежат в соответствующей папке на гитхабе. В текстовых файлах сырые данные с STMки, а в Excelевских таблицах находятся красивые графики всех тестов. Точность соответствовала заявленной 10см. Следует помнить, что высоту я измерял в сантиметрах, поэтому в таблице такие большие числа.

Сборка альтиметра


Так как во время приземления ракета может сильно ударится о землю, необходимо было хорошо зафиксировать всю электронику, чтобы при тряске не отваливались проводки, или, того хуже, сами модули. Альтиметр разместил в головном обтекателе (места там было достаточно, и стабильности за счет смещения центра тяжести к головному обтекателю прибавилось) в 3D-печатном креплении. STMка стояла вертикально, BMP280 контактами вверх и под крепление приклеил адаптер для CR2032. Из-за того, что он не помещался в корпус ракеты, пришлось немного сточить контакты минуса. Рядом с контактами в боковой стенке 3D-печатного крепления проточил вертикальную канавку, чтобы протянуть через нее минус от CR2032, а под плюсом просверлил отверстие и пустил провод через него. Думал крепить альтиметр к головному обтекателю с помощью самореза, поэтому в корпусе есть отверстие, но потом от этой идеи отказался.


Модель крепления, напечатанного на 3D-принтере

Собранный блок альтиметра

Вид сверху


Вид снизу

Кнопку приклеил рядом с BMP280, установил остальные модули в свои места, припаял все провода и замотал все синей изолентой залил для надежности термоклеем.

В обтекатель ракеты альтиметр плотно вставлялся. Для того, чтобы он никуда не отлетел после удара, протянул через отверстие в креплении резинку, соединяющую корпус ракеты и обтекатель.


Собранный альтиметр. Вид спереди


Вид сзади. Видна резинка, соединяющая альтиметр с ракетой

Альтиметр был готов! Теперь предстояло его испытать, а это значит, что я снова отправился на полигон!

Запуск альтиметра и результаты измерений


К сожалению первый запуск был с неисправными двигателями, о которых я писал в прошлой статье.

В итоге график получился таким:


По горизонтали номер измерения. Каждые 10 измерений 1 секунда. По вертикали высота в сантиметрах

Ракета взлетела на 15м, затем устремилась в землю. После прохождения апогеячерез 1 секунду началась какая-то аномалия: после значения 12м почему-то показания упали до -8м. Это произошло в момент второго запуска двигателя (которого не должно было быть), так что не исключаю, что неисправный двигатель как-то повлиял на альтиметр. Во всех остальных тестах он работал отлично, так что это была проблема явно не в электронике. В общем, те испытания альтиметра были успешными лишь наполовину, так как во вторую половину полета произошла аномалия. Сам график вы можете найти на гитхабе, он называется rocket_flight_fall_test.

После ремонта ракеты я снова отправился на полигон и в этот раз испытания прошли успешно. Полет был отличным, показания альтиметра были стабильными и соответствовали полету. График полета получился вот такой:


По горизонтали номер измерения. Каждые 10 измерений 1 секунда. По вертикали высота в сантиметрах

Ракета поднялась на 150м и успешно приземлилась. Таким образом это испытание было полностью успешным. Я удостоверился в том, что альтиметр работает и приступил к разработке новой бортовой аппаратуры.

Заключение


В итоге, я полностью собрал компактный альтиметр, который помещается в небольшую модель ракеты. Испытания прошли успешно, электроника пережила взлет и посадку и измерила высоту полета. На этом проект разработки альтиметра я закончил, возможно в будущем использую его в одной из ракет, потому что знать высоту полета иногда очень полезно (например, если вы запускаете ракеты ради достижения максимальной или какой-нибудь определенной высоты). Сейчас, как я уже говорил, я занимаюсь разработкой бортовой камеры с радиопередатчиком, потому что ракету с такой серьезной электроникой я терять не намерен.

Спасибо за внимание!
Подробнее..

Звук. От механических колебаний до ALSA SoC Layer

22.09.2020 10:23:41 | Автор: admin


Мы в SberDevices делаем устройства, на которых можно послушать музыку, посмотреть кино и ещё много всего. Как вы понимаете, без звука это всё не представляет интереса. Давайте посмотрим, что происходит со звуком в устройстве, начиная со школьной физики и заканчивая ALSA-подсистемой в Linux.

Что же такое звук, который мы слышим? Если совсем упрощать, то это колебания частиц воздуха, которые доходят до нашей барабанной перепонки. Мозг их, разумеется, потом переводит в приятную музыку или в звук проезжающего за окном мотоциклиста, но давайте пока остановимся на колебаниях.

Люди ещё в 19 веке поняли, что можно попытаться записать звуковые колебания, а потом их воспроизвести.

Для начала посмотрим, как работало одно из первых звукозаписывающих устройств.


Фонограф и его изобретатель Томас Эдисон
Источник фото

Тут всё просто. Брали какой-нибудь цилиндр, обматывали фольгой. Потом брали что-нибудь конусообразное (чтобы было погромче) с мембраной на конце. К мембране присоединена маленькая иголка. Иголку прислоняли к фольге. Потом специально обученный человек крутил цилиндр и что-нибудь говорил в резонатор. Иголка, приводимая в движение мембраной, делала в фольге углубления. Если достаточно равномерно крутить цилиндр, то получится намотанная на цилиндр зависимость амплитуды колебаний мембраны от времени.



Чтобы проиграть сигнал, надо было просто прокрутить цилиндр ещё раз с начала иголка будет попадать в углубления и передавать записанные колебания в мембрану, а та в резонатор. Вот мы и слышим запись. Можно легко найти интересные записи энтузиастов на ютубе.

Переход к электричеству


Теперь рассмотрим что-нибудь более современное, но не очень сложное. Например, катушечный микрофон. Колебания воздуха теперь изменяют положение магнита внутри катушки и благодаря электромагнитной индукции мы получаем на выходе зависимость амплитуды колебаний магнита (а значит, и мембраны) от времени. Только теперь эта зависимость выражается не углублениями на фольге, а зависимостью электрического напряжения на выходе микрофона от времени.



Чтобы можно было хранить такое представление колебаний в памяти компьютера, их надо дискретизировать. Этим занимается специальная железка аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). АЦП умеет много раз за одну секунду запоминать значение напряжения (с точностью до разрешения целочисленной арифметики АЦП) на входе и записывать его в память. Количество таких отсчётов за секунду называется sample rate. Типичные значения 8000 Hz 96000 Hz.

Не будем вдаваться в подробности работы АЦП, потому что это заслуживает отдельной серии статей. Перейдём к главному весь звук, с которым работают Linux-драйверы и всякие устройства, представляется именно в виде зависимости амплитуды от времени. Такой формат записи называется PCM (Pulse-code modulation). Для каждого кванта времени длительностью 1/sample_rate указано значение амплитуды звука. Именно из PCM состоят .wav-файлы.

Пример визуализации PCM для .wav-файла с музыкой, где по горизонтальной оси отложено время, а по вертикальной амплитуда сигнала:



Так как на нашей плате стереовыход под динамики, надо научиться хранить в одном .wav-файле стереозвук: левый и правый канал. Тут всё просто сэмплы будут чередоваться вот так:



Такой способ хранения данных называется interleaved. Бывают и другие способы, но сейчас их рассматривать не будем.

Теперь разберёмся, какие электрические сигналы нам нужны, чтобы можно было организовать передачу данных между устройствами. А нужно не много:

  1. Bit Clock(BCLK) тактирующий сигнал (или клок), по которому аппаратура определяет, когда надо отправить следующий бит.
  2. Frame Clock (FCLK или его ещё называют LRCLK) тактирующий сигнал, по которому аппаратура понимает, когда надо начать передавать другой канал.
  3. Data сами данные.



Например, у нас есть файл со следующими характеристиками:
  • sample width = 16 bits;
  • sampling rate = 48000 Hz;
  • channels = 2.

Тогда нам надо выставить следующие значения частот:
  • FCLK = 48000 Hz;
  • BCLK = 48000 * 16 * 2 Hz.

Чтобы передавать ещё больше каналов, используется протокол TDM, который отличается от I2S тем, что FCLK теперь не обязан иметь скважность 50%, и восходящий фронт лишь задаёт начало пакета сэмплов, принадлежащих разным каналам.

Общая схема


Под рукой как раз оказалась плата amlogic s400, к которой можно подключить динамик. На неё установлено ядро Linux из upstream. На этом примере и будем работать.

Наша плата состоит из SoC (amlogic A113x), к которому подключен ЦАП TAS5707PHPR. И общая схема выглядит следующим образом:

Что умеет SoC:
  • SoC имеет 3 пина: BCLK, LRCLK, DATA;
  • можно сконфигурировать CLK-пины через специальные регистры SoC, чтобы на них были правильные частоты;
  • ещё этому SoC можно сказать: Вот тебе адрес в памяти. Там лежат PCM-данные. Передавай эти данные бит за битом через DATA-линию. Такую область памяти будем называть hwbuf.

Чтобы воспроизвести звук, Linux-драйвер говорит SoC, какие нужно выставить частоты на линиях BCLK и LRCLK. К тому же Linux-драйвер подсказывает, где находится hwbuf. После этого ЦАП (TAS5707) получает данные по DATA-линии и преобразует их в два аналоговых электрических сигнала. Эти сигналы потом передаются по паре проводов {analog+; analog-} в два динамика.

Переходим к Linux


Мы готовы перейти к тому, как эта схема выглядит в Linux. Во-первых, для работы со звуком в Linux есть библиотека, которая размазана между ядром и userspace. Называется она ALSA, и рассматривать мы будем именное её. Суть ALSA в том, чтобы userspace и ядро договорились об интерфейсе работы со звуковыми устройствами.

Пользовательская ALSA-библиотека взаимодействует с ядерной частью с помощью интерфейса ioctl. При этом используются созданные в директории /dev/snd/ устройства pcmC{x}D{y}{c,p}. Эти устройства создаёт драйвер, который должен быть написан вендором SoC. Вот, например, содержимое этой папки на amlogic s400:

# ls /dev/snd/controlC0    pcmC0D0p   pcmC0D0с   pcmC0D1c   pcmC0D1p   pcmC0D2c

В названии pcmC{x}D{y}{c,p}:
X номер звуковой карты (их может быть несколько);
Y номер интерфейса на карте (например, pcmC0D0p может отвечать за воспроизведение в динамики по tdm интерфейсу, а pcmC0D1c за запись звука с микрофонов уже по другому аппаратному интерфейсу);
p говорит, что устройство для воспроизведения звука (playback);
c говорит, что устройство для записи звука (capture).

В нашем случае устройство pcmC0D0p как раз соответствует playback I2S-интерфейсу. D1 это spdif, а D2 pdm-микрофоны, но о них мы говорить не будем.

Device tree


Описание звуковой карты начинается с device_tree [arch/arm64/boot/dts/amlogic/meson-axg-s400.dts]:
sound {    compatible = "amlogic,axg-sound-card";    model = "AXG-S400";    audio-aux-devs = <&tdmin_a>, <&tdmin_b>,  <&tdmin_c>,             <&tdmin_lb>, <&tdmout_c>;                      dai-link-6 {        sound-dai = <&tdmif_c>;        dai-format = "i2s";        dai-tdm-slot-tx-mask-2 = <1 1>;        dai-tdm-slot-rx-mask-1 = <1 1>;        mclk-fs = <256>;        codec-1 {            sound-dai = <&speaker_amp1>;        };    };               dai-link-7 {        sound-dai = <&spdifout>;        codec {            sound-dai = <&spdif_dit>;        };    };    dai-link-8 {        sound-dai = <&spdifin>;        codec {            sound-dai = <&spdif_dir>;        };    };    dai-link-9 {        sound-dai = <&pdm>;        codec {            sound-dai = <&dmics>;        };    };};&i2c1 {    speaker_amp1: audio-codec@1b {        compatible = "ti,tas5707";        reg = <0x1b>;        reset-gpios = <&gpio_ao GPIOAO_4 GPIO_ACTIVE_LOW>;        #sound-dai-cells = <0>;                   };};&tdmif_c {    pinctrl-0 = <&tdmc_sclk_pins>, <&tdmc_fs_pins>,            <&tdmc_din1_pins>, <&tdmc_dout2_pins>,            <&mclk_c_pins>;    pinctrl-names = "default";    status = "okay";};

Тут мы видим те 3 устройства, которые потом окажутся в /dev/snd: tdmif_c, spdif, pdm.

Устройство, по которому пойдёт звук, называется dai-link-6. Работать оно будет под управлением TDM-драйвера. Возникает вопрос: вроде мы говорили про то, как передавать звук по I2S, а тут, вдруг, TDM. Это легко объяснить: как я уже писал выше, I2S это всё тот же TDM, но с чёткими требованиями по скважности LRCLK и количеству каналов их должно быть два. TDM-драйвер потом прочитает поле dai-format = i2s; и поймёт, что ему надо работать именно в I2S-режиме.

Далее указано, какой ЦАП (внутри Linux они входят в понятие кодек) установлен на плате с помощью структуры speaker_amp1. Заметим, что тут же указано, к какой I2C-линии (не путать с I2S!) подключен наш ЦАП TAS5707. Именно по этой линии будет потом производиться включение и настройка усилителя из драйвера.

Структура tdmif_c описывает, какие пины SoC будут выполнять роли I2S-интерфейса.

ALSA SoC Layer


Для SoC, внутри которых есть поддержка аудио, в Linux есть ALSA SoC layer. Он позволяет описывать кодеки (напомню, что именно так называется любой ЦАП в терминах ALSA), позволяет указывать, как эти кодеки соединены.

Кодеки в терминах Linux kernel называются DAI (Digital Audio Interface). Сам TDM/I2S интерфейс, который есть в SoC, тоже называется DAI, и работа с ним проходит схожим образом.

Драйвер описывает кодек с помощью struct snd_soc_dai. Самая интересная часть в описании кодека операции по выставлению параметров передачи TDM. Находятся они тут: struct snd_soc_dai -> struct snd_soc_dai_driver -> struct snd_soc_dai_ops. Рассмотрим самые важные для понимания поля (sound/soc/soc-dai.h):

struct snd_soc_dai_ops {    /*     * DAI clocking configuration.     * Called by soc_card drivers, normally in their hw_params.     */    int (*set_sysclk)(struct snd_soc_dai *dai,        int clk_id, unsigned int freq, int dir);    int (*set_pll)(struct snd_soc_dai *dai, int pll_id, int source,        unsigned int freq_in, unsigned int freq_out);    int (*set_clkdiv)(struct snd_soc_dai *dai, int div_id, int div);    int (*set_bclk_ratio)(struct snd_soc_dai *dai, unsigned int ratio);    ...
Те самые функции, с помощью которых выставляются TDM-клоки. Эти функции обычно имплементированы вендором SoC.

...int (*hw_params)(struct snd_pcm_substream *,    struct snd_pcm_hw_params *, struct snd_soc_dai *);...
Самая интересная функция hw_params().
Она нужна для того, чтобы настроить всё оборудование SoC согласно параметрам PCM-файла, который мы пытаемся проиграть. Именно она в дальнейшем вызовет функции из группы выше, чтобы установить TDM-клоки.

...int (*trigger)(struct snd_pcm_substream *, int,    struct snd_soc_dai *);...
А эта функция делает самый последний шаг после настройки кодека переводит кодек в активный режим.

ЦАП, который будет выдавать аналоговый звук на динамик, описывается ровно такой же структурой. snd_soc_dai_ops в этом случае будут настраивать ЦАП на прием данных в правильном формате. Такая настройка ЦАП как правило осуществляется через I2C-интерфейс.

Все кодеки, которые указаны в device tree в структуре,
dai-link-6 {    ...    codec-1 {        sound-dai = <&speaker_amp1>;    };};

а их может быть много, добавляются в один список и прикрепляются к /dev/snd/pcm* устройству. Это нужно для того, чтобы при воспроизведении звука ядро могло обойти все необходимые драйверы кодеков и настроить/включить их.

Каждый кодек должен сказать какие PCM-параметры он поддерживает. Это он делает с помощью структуры:
struct snd_soc_pcm_stream {    const char *stream_name;    u64 formats;            /* SNDRV_PCM_FMTBIT_* */    unsigned int rates;     /* SNDRV_PCM_RATE_* */    unsigned int rate_min;      /* min rate */    unsigned int rate_max;      /* max rate */    unsigned int channels_min;  /* min channels */    unsigned int channels_max;  /* max channels */    unsigned int sig_bits;      /* number of bits of content */};

Если какой-нибудь из кодеков в цепочке не поддерживает конкретные параметры, всё закончится ошибкой.

Соответствующую реализацию TDM-драйвера для amlogic s400 можно посмотреть в sound/soc/meson/axg-tdm-interface.c. А реализацию драйвера кодека TAS5707 в sound/soc/codecs/tas571x.c

Пользовательская часть


Теперь посмотрим что происходит, когда пользователь хочет проиграть звук. Удобный для изучения пример реализации пользовательской ALSA это tinyalsa. Исходный код, относящийся ко всему нижесказанному, можно посмотреть там.
В комплект входит утилита tinyplay. Чтобы проиграть звук надо запустить:

bash$ tinyplay ./music.wav -D 0 -d 0
(-D и -d параметры говорят, что звук надо проигрывать через /dev/snd/pcmC0D0p).

Что происходит?
Вот краткая блок-схема, а потом будут пояснения:



  1. [userspace] Парсим .wav header, чтобы узнать PCM-параметры (sample rate, bit width, channels) воспроизводимого файла. Складываем все параметры в struct snd_pcm_hw_params.
  2. [userspace] Открываем устройство /dev/snd/pcmC0D0p.
  3. [userspace] Обращаемся к ядру с помощью ioctl(, SNDRV_PCM_IOCTL_HW_PARAMS ,), чтобы узнать поддерживаются такие PCM-параметры или нет.
  4. [kernel] Проверяем PCM-параметры, которые пытается использовать пользователь. Тут есть два типа проверок:
    • на общую корректность и согласованность параметров;
    • поддерживает ли каждый задействованный кодек такие параметры.
  5. настраиваем под них все кодеки, которые прикреплены к /dev/snd/pcmC0D0p интерфейсу (но пока не включаем), возвращаем успех.
  6. [userspace] выделяем временный буфер, куда будем класть PCM-данные.
  7. [userspace] отдаем заполненный временный буфер ядру с помощью ioctl(, SNDRV_PCM_IOCTL_WRITEI_FRAMES, ). Буква I в конце слова WRITEI указывает, что PCM-данные хранятся в interleaved-формате.
  8. [kernelspace] включаем кодеки, которые прикреплены к /dev/snd/pcmC0D0p интерфейсу, если они еще не включены.
  9. [kernelspace] копируем пользовательский буфер buf в hwbuf (см. пункт Общая схема) с помощью copy_from_user().
  10. [userspace] goto 6.

Реализацию ядерной части ioctl можно посмотреть, поискав по слову SNDRV_PCM_IOCTL_*

Заключение


Теперь у нас есть представление о том, куда попадает звук в Linux ядре. В следующих статьях будет разбор того, как звук проигрывается из Android-приложений, а для этого ему надо пройти ещё немалый путь.
Подробнее..

Перевод Критически важная электроника в болидах Formula 1

22.09.2020 22:05:57 | Автор: admin
image

Болиды Формулы-1 оснащены множеством датчиков и электронных систем, которые команды используют для работы с самыми разнообразными данными.

За счет чего можно добиться успеха в Формуле-1 за счет навыков пилота или точно настроенной машины? Споры на эту темы разгорелись в 1980-х, когда начался рост использования электронных систем в болидах. Инженеры неустанно занимались оптимизацией гоночных автомобилей, дорабатывая конфигурации более чем 18 000 компонентов (включая датчики, блоки управления и механические детали).

Технические бригады Формулы-1 работают в различных научных областях от механики и электроники до анализа данных и аэродинамики. Соревнование между гоночными командами становится технологическим соревнованием по достижению лучшего понимания динамики поведения автомобилей, вплоть до микросекунд.

Строгие правила FIA (Международной автомобильной федерации) жестко ограничивают использование технологий для того, чтобы в гонках не утрачивалась важность фактора навыков пилотажа. Многие технологии и решения, внедряемые в коммерческие автомобили (такие как АБС и автоматическая коробка передач) запрещены к использованию в болидах Формулы-1.

За последние годы гоночные автомобили претерпели значительные изменения. Благодаря телеметрии, гоночные инженеры могут контролировать и улучшать эксплуатационные характеристики автомобиля, анализируя данные более 300 датчиков с различных устройств, расположенных в разных точках автомобиля Формулы-1. Сотни параметров могут быть измерены в режиме реального времени. Все данные собираются логгером и передаются командам по радио с помощью антенны, расположенной в передней части автомобиля.

В разговоре с представителями EE Times, Стивен Ватт, глава отдела электроники McLaren Racing, сказал: Автомобиль на треке это только верхушка айсберга; сейчас команды очень сильно зависят от данных. Передача данных осуществляется по 5-Мбит сети, протянутой по всему паддоку. Также инженеры пользуются локальными данными, выгруженными с бортовых логгеров. Все это позволяет инженерам оценивать как работу болида на трассе, так и заводские характеристики, что позволяет анализировать производительность болида, а также корректировать свою стратегию в соответствии с показателями других команд. Современный болид Формулы-1 это умная система обработки данных с возможностями сетевого взаимодействия, способная перемещаться со скоростью свыше 200 километров в час. Каждую секунду из автомобилей инженерам отправляются большие массивы данных, и в этих массивах содержатся данные обо всем от состояния шин до температуры двигателя.

ECU и датчики


image

Каждый автомобиль оснащен несколькими ECU. В центре системы находится стандартный ECU или SECU. По сути, SECU это небольшой, но очень мощный компьютер, который управляет большими массивами данных, а также обрабатывает и передает их из болидов Формулы-1 командам. SECU позволяет оптимизировать обмен данными с двигателем, коробкой передач и дифференциалом, а также с аэродинамической системой. SECU также является основным устройством для хранения и сбора данных, которое предоставляет телеметрические данные в реальном времени командам и гоночному руководству. Это позволяет командам визуализировать работу своих автомобилей в режиме реального времени, отслеживая состояние двигателя, износ шин и расход топлива.

SECU модели TAG-320B поставляются компанией McLaren Applied (родственная компания McLaren Racing) и, согласно регламенту, этими блоками должны пользоваться все команды Формулы-1. TAG-320B позволяет создать единую платформу, которую смогут использовать команды, поставщики силовых установок (для контроля работы устройства) и FIA. TAG-320B оснащен компонентами для работы с силовой установкой и восьмиступенчатой коробкой передач. Также TAG-320B позволяет FIA ограничивать функциональность ПО для управления различными системами это гарантирует, что команды не смогут реализовать системы помощи водителю вроде трекшн-контроля (либо их влияние на пилотаж можно будет отслеживать в том случае, если командам разрешат их использовать)

В болидах установлено около 300 датчиков, а SECU контролирует более 4000 параметров. Во время средней гонки автомобиль передает около 3 ГБ телеметрических данных, а также около 4 ГБ логов, и эти данные лишь лежат в основе всех вычислений. При обработке и объединении с данными из других источников (например, при работе с звуковыми данными и видеоматериалами) может оказаться, что за средний гоночный уикенд команде приходится работать с терабайтом критически важных данных и к этим данным нужно возвращаться вновь и вновь по ходу соревнований и грядущих сезонов.

Датчики в одноместных болидах используются для отслеживания потенциальных проблем. Инженеры могут мгновенно принимать решения, основываясь на собранных данных. Например, при обнаружении повышения температуры двигателя, можно выяснить, что причиной этому является приближение к машине, идущей впереди. В таком случае инженеры могут сообщить пилоту, что ему нужно выбраться из облака выхлопных газов и избегать его до того момента, пока температура не снизится до приемлемых значений.

Существует 3 категории датчиков: датчики управления, связанные с сервоприводами (например, для отслеживания состояния педали газа), датчики отслеживания состояния автомобиля (например, давления гидравлической системы) и приборные датчики (например, бесконтактные температурные датчики для отслеживания смазочного материала).

Болид Формулы-1 проживает несколько жизней. Во время квалификации и гонки он становится легким гоночным автомобилем с минимумом оборудования, необходимого для завершения гонки (хотя даже в этой конфигурации в болиде будет установлено более 1,5 км проводки и более 200 датчиков). Другая крайность зимние тесты, на которых проводится полная проверка болида, и он превращается в тестовую лабораторию на колесах.

По большей части нашу работу формирует спрос на получение данных высокого качества. Периодические изменения в технических и спортивных нормативах, а также сокращение количества испытаний на треке повысили важность глубокого понимания работы автомобиля в моменты, когда он находится на треке.

Недавние изменения в регламента Формулы-1, вызванные пандемией COVID-19 были направлены на снижение расходов за счет замораживания определенных областей разработки болидов. Эти изменения также меняют наши задачи и заставляют следить за бюджетами и цепочками поставок как никогда раньше все для того, чтобы получить максимум из тех областей, в которых у нас есть определенная свобода", таков комментарий Ватта.

С 2014 года FIA сделала обязательным использование расходомеров для различных жидкостей (FFM-датчики Fluid Flow Meters). В FFM-датчиках для измерения расхода жидкости используют ультразвук, что обеспечивает точность показаний и обеспечивает возможность осуществлять мгновенный анализ топливных характеристик болида. Для ультразвукового измерения требуются два пьезоэлектрических датчика. Эти датчики посылают ультразвуковые импульсы, получают их обратно и засекают время их полета для определения расхода жидкости.

Телеметрия


Телеметрия была внедрена в конце 1980-х годов и значительно развилась с годами. В настоящее время даже за долю секунды собирается и обрабатывается намного больше данных, чем в те годы за счет этого у гоночных инженеров есть возможность давать пилотам тактические советы в реальном времени.

Телеметрия и системы анализа данных используются в разных областях. Двигатель, моторный тормоз, контроль крутящего момента, впрыск двигателя и зажигание все это параметры, которыми можно управлять с помощью этих технологий. Также с использованием систем телеметрии и анализа данных тесно связаны шасси, шины, система ускорения, скорость болида и регулирование аэродинамики с помощью коэффициента проницаемости болида.

Говоря о телеметрии в Формуле 1, Стивен Ватт сказал следующее: Телеметрия как термин не всегда правильно используется в Формуле-1, обычно он используется для обозначения беспроводной передачи данных, генерируемых в SECU и посылаемых инженерам в боксах. Телеметрические системы, используемые в Формуле 1, значительно изменились с точки зрения прагматичности за последние годы

Ватт также заявил, что раньше каждая команда брала на трек собственную независимую радиотелеметрическую систему, продолжал он, и в итоге боксы выглядели как лес из мачт все большей и большей высоты. Конечно, радиочастотный спектр перегружался, и когда зашла речь о том, что эти установки нужно будет возить по всему миру и укладываться в местные регуляции частотного спектра, все это показалось сущим кошмаром.

Вдобавок ко всему, эти системы зачастую не обеспечивали полное покрытие на некоторых трассах (таких как Монако и Сингапур), поэтому некоторые команды начали устанавливать ретрансляторы на крышах отелей и все в таком духе. К счастью, FOM и FIA вступили в игру и внедрили стандартную систему связи, обеспечивающую как голосовую связь с пилотами, так и передачу телеметрии для всех команд. Теперь FOM размещает общую систему точек доступа вокруг трассы и передает зашифрованные данные с каждой машины в гараж команды по оптоволоконному каналу, сказал он.

Он добавил: " в наши дни телеметрическая связь является важнейшей частью работы всех команд Формулы-1. Из-за сочетания сложности автомобилей и силовых агрегатов, а также спортивных правил, подразумевающих, что команды должны хранить двигатели и коробки передач для нескольких гонок, команды почти наверняка не будут управлять автомобилем, о состоянии которого нет данных. Эти данные собираются с помощью набора датчиков и телеметрии, и с их помощью инженеры могут принимать определенные меры до того, как ошибка приведет к катастрофическому повреждению компонентов силовой установки. Если такие ошибки не будут исправлены, это может привести к потере времени на треке, а может даже обернуться штрафом для команды."

Датчики помогают контролировать и оптимизировать работу как болида, так и водителя, собирая данные о торможении, скорости поворота, коробке передач, вращении колес, сроке службы коробки передач, а также о диапазоне скоростей, при которых двигатель работает наиболее эффективно. Полученные данные используются для анализа работы двигателя в режиме реального времени, что позволяет инженерам действовать по ситуации и решать проблемы дистанционно и, таким образом, повышать эффективность машины.

Одними из самых больших препятствий на пути к успеху являются суровые условия, которые возникают во время гонок из-за чрезмерных температур и вибраций, снижающих точность работы датчиков и, в конечном счете, самого ECU. Электронные компоненты должны работать с максимальной эффективностью в том числе они спроектированы так, чтобы снизить фактор дрейфа. Дрейф это проявляющаяся со временем потеря точности, приводящая к повреждению компонентов и необратимому выходу двигателя из строя. При наличии сотни (или около того) датчиков в среднем гоночном автомобиле, общая нагрузка на системы обработки данных может быть огромной.

Во время гонок в болиды также попадают пыль, масло и влага. Необходимость решения этой проблемы создает большой спрос на материалы а значит, появляются запросы к науке и ученым, способным производить высоконадежные материалы для сложных условий. Общепринятое решение для защиты от вибраций заключается в работе с установкой аппаратных компонентов. Надежность со временем снижается, если электронные компоненты не защищены от вибраций или спроектированы без учета критической устойчивости материалов к усталости.

Система обработки данных


image

Измерения, записываемые системой сбора данных, фактически выполняются датчиками, установленными по всей машине. Например, скорость автомобиля можно измерить с помощью магнитного датчика Холла, установленного на колесе, оптического датчика Корревит и трубки Пито (в большинстве болидов Формулы-1 используют три датчика одновременно).

Воздушные датчики скорости в виде трубки Пито также используются на автомобилях Формулы 1, также должен учитываться фактор ветра. Даже на вопрос о том, насколько быстро едет автомобиль Формулы-1, трудно получить точный ответ для этого требуется статистический анализ данных из многочисленных источников и их постобработка., сказал Ватт.

Скорость вращения каждого колеса измеряется привычными методами для учета пробуксовки. Другие датчики оптические, они следят за треком и GPS.

Специальные датчики могут измерять температуру, угловую и линейную скорость, угловые и линейные перемещения, давление, напряжение материала, ускорения, изменения магнитного поля и другие показатели. Акселерометры используются для измерения G-перегрузок, также называемых прохождением поворота. Также акселерометры могут использоваться для определения продольных сил вроде торможения они находятся в диапазоне от 0 до 4G.

Положение датчика определяет, какое направление распознается. Двухосный датчик измеряет рулевое и тормозное усилие. Бесконтактное определение температуры часто используется в тормозных, моторных и шинных устройствах. Инфракрасные MEMS-датчики используются для измерения температуры, позволяя проводить бесконтактные замеры температуры. Обычно эти датчики используют термофильный материал для поглощения и измерения инфракрасной энергии, излучаемой измеряемым объектом, таким образом определяя температуру объекта. Набор тепловизоров, направленных на контактные участки шин, позволяет осуществлять отслеживание их состояния и контроль нагрева.

Некоторые параметры, такие как крутящий момент и показания тензодатчиков, записываются на частотах порядка 200 Гц, т.е. 200 раз в секунду. При сильной вибрации можно поставить дополнительный логгер на машину и изменить частоту записи, чтобы получить сведения о вибрации в разных частях машины. В качестве меры предосторожности инженеры команд в Формуле-1 собирают данные каждый раз, когда машина возвращается в боксы, загружая их на выделенный сервер. Когда речь заходит об анализе движения подвески, логи записываются с частотой 1 кГц, хотя она может подниматься до 100 кГц или выше при проведении анализа вибраций это часто требуется для проверки надежности, сказал Ватт.

Телеметрия и правильный сбор данных важные факторы в Формуле-1, поскольку они позволяют инженерам собирать огромные объемы данных прямо во время гонки. Затем данные могут быть интерпретированы и использованы для того, чтобы гарантировать оптимальную работу болида. Болид Формулы-1 может работать с двумя типами телеметрии: данными, передаваемые в реальном времени небольшими пакетами, и разовыми взрывами больших массивов данных, выгружаемыми при заезде болида в боксы.

Подписывайтесь на каналы:
@TeslaHackers сообщество российских Tesla-хакеров, прокат и обучение дрифту на Tesla
@AutomotiveRu новости автоиндустрии, железо и психология вождения




image

О компании ИТЭЛМА
Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.

Читать еще полезные статьи:

Подробнее..

Сверхскоростная съемка 15 триллионов кадров в секунду

23.09.2020 10:08:04 | Автор: admin


Каждую секунду вокруг нас протекает множество физических и химических процессов, которые крайне сложно зафиксировать. Сложность заключается не только в габаритах участвующих объектов, но и в скорости самих процессов. В современных исследованиях большую роль играет скоростная съемка, позволяющая запечатлеть сверхбыстрые динамические явления. Но даже у такой технологии есть свой предел, который утрировано можно обозначить кадрами в секунду. Ученые из университета Шэньчжэня (Китай) смогли создать исключительно оптическую систему, способную достичь 15 триллионов кадров в секунду. Какие техники и явления были использованы в данной разработке, что показали практические опыты, и где данное творение может найти свое применение? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Основа исследования


Высокоскоростная визуализация является неотъемлемым инструментом изучения таких шустрых динамических процессов как фемтосекундная лазерная абляция, распространение лазерных филаментов, молекулярная динамика, взаимодействие ударных волн в живых клетках и т.д.

Вполне ожидаемо, что сверхбыстрая оптическая визуализация, которая может обеспечить визуализацию переходных процессов без размытия, является желанным инструментом для ученых из самых разных областей науки (химия, физика, оптическая инженерия, материаловедение, биомедицина и т.д.).

На данный момент уже существует ряд методик, позволяющих достичь вполне неплохих результатов в области оптической визуализации. К примеру, визуализация с временным разрешением, основанная на методах накачки и зондирования, отлично справляется с воспроизводимой переходной динамики с высокой частотой повторения. Однако данная методика теряет свои преимущества при работе с процессами, которые имеют низкую частоту повторения или не повторяются вовсе.

Заменить метод накачки-зондирования можно однократной оптической визуализацией. В некоторых работах удавалось даже достичь 25 миллионов кадров в секунду (Mfps). А вот сжатая сверхбыстрая фотография (CUP от compressed ultrafast photography) может работать с частотой кадров 0.1 триллиона кадров в секунду (Tfps) с временным разрешением ~ 50 пс за счет применения алгоритма на основе алгоритма компрессионного зондирования* (compressive sensing).
Компрессионное зондирование (compressive sensing)* методика получения и восстановления сигнала за счет знания о его предыдущих значениях, которые разрежены или сжаты.
Пространственное разрешение такого метода может быть масштабировано до 7 lp/mm (пар линий на миллиметр, далее пл/мм). Если же добавить 20х объектив, то получится фазочувствительная сжатая сверхбыстрая фотография (pCUP), способная выдать пространственное разрешение в несколько микрометров и скорость визуализации в 1 Tfps.

В такой методики можно достичь хороших показателей пространственного разрешения, чего нельзя сказать о временном разрешении. Следовательно, необходим метод, который сможет объединить сильные стороны вышеописанных методов воедино.

По заверению ученых, отличным кандидатом на эту роль подходит оптическое параметрическое усиление (OPA от optical parametric amplification). Применяя OPA к оптическому изображению, информацию, содержащуюся в сигнале, можно скопировать на холостое изображение. Данная особенность вдохновила ученых на создание нового метода однократной сверхбыстрой оптической визуализации, названного формированием изображения посредством неколлинеарного оптического параметрического усиления (FINCOPA от framing imaging based on noncollinear optical parametric amplification; NCOPA от noncollinear optical parametric amplification).

Неколлинеарное устройство позволяет преобразовывать информацию в последовательных кадрах в пространственно разделенные холостые изображения с помощью многокаскадных оптических параметрических усилителей, накачиваемых последовательной серией лазерных импульсов.

Данный полностью оптический метод также лишен каких-либо узких мест, связанных с активными механическими и электронными компонентами для быстрого сканирования, что критично для высокой частоты кадров.

Принцип работы системы FINCOPA




Изображение 1

Схема выше является иллюстрацией работы системы FINCOPA. Был использован импульс выборки с достаточно большой временной шириной, чтобы охватить всю информацию в целевом переходном процессе. Кроме того, последовательность ультракоротких импульсов (обозначенных как trigger-1, 2, 3 и 4) была использована для запуска и переключения информации изображения с разных временных срезов импульса выборки на другую последовательность ультракоротких импульсов (помеченных как recorded-1, 2, 3 и 4) с использованием каскадных преобразователей оптических изображений. Поскольку записанные изображения пространственно разделены друг от друга, их можно принимать разными CCD (ПЗС от прибор с зарядовой связью) камерами.

Кадровые интервалы определяются относительными задержками между импульсом выборки и импульсами запуска, тогда как время экспозиции изображений можно оценить, используя длительность импульсов запуска. Таким образом, время экспозиции, эффективная частота кадров и номер кадра не зависят друг от друга.

Для реализации этой идеи необходима фемтосекундная лазерная система с фемтосекундным временным разрешением. Как отмечают ученые, тут крайне важна точная временная синхронизация между импульсами запуска и импульсом выборки. Достичь этого удалось за счет получения как импульса выборки, так и импульсов запуска от одного и того же лазерного источника, что снижает временные колебания между синхронизированными импульсами до нескольких фемтосекунд. Номер кадра (N) определяется отношением полной доступной мощности импульса запуска к мощности, необходимой для запуска каждого преобразователя оптического изображения.

OPA может отображать информацию о сигнале в холостом изображении, поэтому оптические параметрические усилители могут служить преобразователями изображения. Кроме того, использование ультракоротких импульсов в качестве накачки для OPA означает короткое время экспозиции при визуализации OPA, то есть высокое временное разрешение.

В оптическом параметрическом усилителе OPA возникает только во время взаимодействия между накачкой и сигналом, а это означает, что информация об изображении отображается в холостом только под действием накачки. Накачка имеет гораздо меньшую длительность импульса, чем сигнал, поэтому она может действовать как оптический затвор. Выдержку можно оценить по длительности импульса накачки, а временное разрешение в основном определяется длительностью холостого импульса. Обе длительности будут равны друг другу, если толщина кристаллов OPA будет достаточно тонкой для подавления временного отклонения между сигналом и импульсами накачки.

Кроме того, сверхкороткая длительность импульса накачки способствует высокой интенсивности накачки (например, > 100 ГВт/см2), что также положительно влияет на усиление OPA и позволят достичь большой пространственно-временной полосы пропускания.

Другими словами, интенсивность накачки для OPA определяется требуемым усилением OPA и полосой пропускания, но также ограничивается требуемыми размерами изображения и доступной мощностью накачки для OPA.

Для конкретных интенсивности накачки и размеров изображения или площади накачки каждого усилителя количество усилителей или количество кадров можно оценить, поделив общую мощность накачки на мощность накачки каждого усилителя. Кроме того, время задержки между импульсом накачки и сигнальным импульсом определяет экспонированные временные срезы сигнала в каждом усилителе ().

Из различий между каждым значением можно определить интервалы кадров. В системе FINCOPA значение ограничивается только минимально доступными размерами шага линий временной задержки (DL от delay lines) и флуктуациями траекторий луча лазера. Как правило, интервал кадров больше, чем продолжительность импульса накачки.

На изображении 1b показана экспериментальная установка FINCOPA.

Используемый фемтосекундный титан-сапфировый лазер имеет следующие параметры: 1 кГц; 800 нм; 3.5 мДж; длительностью импульса ~ 40 фс. Выход лазера сначала проходит через генератор второй гармоники (ГВГ): 0.2 мм -BBO кристалл. Временное разрешение экспериментальной установки составляет около 50 фс.

Примерно 30% лазерного импульса преобразуется во вторую гармонику (т.е. импульс 400 нм) с длительностью импульса ~ 40 фс. После прохождения через разделитель длин волн (WS от wavelength separator) импульс 400 нм разделяется на четыре дочерних импульса группой делителей луча (BSG от beam splitter group), включая три 50:50 делителя, для накачки четырех оптических параметрических усилителей (NCOPA-1NCOPA-4). Количество усилителей или количество кадров равно четырем, что в основном ограничено выходной мощностью импульса фемтосекундной лазерной системы (~ 3.5 Вт на частоте 1 кГц). Если энергия фемтосекундного лазера достигает 7 Вт, количество кадров можно оценить в 4 х 7/ 3.5 = 8.

Непреобразованный основной импульс 800 нм отражается WS. Около 1% лазерного импульса с длиной волны 800 нм направляется в расширитель импульсов (PS от pulse stretcher) распределитель импульсов, который увеличивает длительность импульса до 50 пс. Затем расширенный импульс работает как выборка для освещения целевого сверхбыстрого события, а также как сигнал последующих оптических параметрических усилителей.

В описанной выше установке между целевым объектом и оптическими параметрическими усилителями используются четыре оптических системы формирования изображений (от OIS-1 до OIS-4), так что плоскости цели и плоскости усилителей сопряжены друг с другом. OIS-1 отображает цель на NCOPA-1 с помощью оптического увеличения, чтобы соответствовать пространственной полосе пропускания усилителя, таким образом оптимизируя качество изображения. OIS-2, OIS-3 и OIS-4 используются для 1х релейной визуализации. Четыре части кристаллов -BBO толщиной 0.5 мм и сечением 29.2 градуса работают для OPA при фазовом согласовании типа I.

В каждом усилителе накачка и сигнал расположены с небольшим углом пересечения (~ 2 градуса) внутри кристаллов -BBO, так что генерируемое холостое изображение пространственно отклоняется от них обоих. Время задержки между ними можно независимо регулировать с помощью DL (от DL-1 до DL-4).

На каждом пути холостого изображения используется линза для отображения -BBO кристалла на CCD камере для оптимизации качества изображения.

Характеристики системы FINCOPA


Использование фемтосекундного лазерного импульса в качестве накачки для получения изображений с помощью OPA имеет несколько преимуществ. Во-первых, более сильный импульс накачки может обеспечить более высокий прирост оптического параметрического усиления. Во-вторых, такой импульс позволяет получить большую пространственную полосу пропускания.

Доступная интенсивность накачки в основном ограничена повреждением OPA кристалла от лазерного воздействия, которое также зависит от длительности импульса накачки: чем короче длительность накачки, тем выше доступная интенсивность. Для фемтосекундных импульсов интенсивность накачки может достигать сотен ГВт/см2. А вот наносекундные импульсы обычно имеют интенсивность ниже 10 ГВт/см2. В проводимых экспериментах накачка была установлена на уровне 15 ГВт/см2, а коэффициент усиления OPA составлял около 30.

Перед проведением фактических испытаний необходимо было произвести пространственную и временную калибровку.

Для начала необходимо было откалибровать поперечное положение четырех CCD (ПЗС) и увеличение оптической системы формирования изображения. Это было сделано путем одновременного захвата тестовых изображений с CCD.

Далее определялось начальное время, т.е. нулевой момент времени, когда сигнал взаимодействует с системой накачки NCOPA-1 (накачка-1). Этот параметр можно менять, настраивая задержку первого импульса накачки через DL-1. Соответственно, нулевые позиции NCOPA-2, NCOPA-3 и NCOPA-4 могут быть зафиксированы путем настройки временных задержек их систем накачки так, чтобы сигнал, усиленный NCOPA-1, также был максимизирован за счет NCOPA-2, NCOPA-3, и NCOPA-4 одновременно.

Кадровое изображение, которое было перенесено с помощью холостого импульса (idler-1) и снято камерой CCD-1, является первым изображением. Последующие три холостых изображения с CCD-2, CCD-3 и CCD-4 стали вторым, третьим и четвертым изображениями соответственно. Их моменты относительно нулевого времени были отрегулированы с помощью DL-2, DL-3 и DL-4, чтобы изменить временные задержки лучей накачки.

Сверхбыстрая визуализация плазменной решетки


Чтобы проверить производительность FINCOPA, была сконструирована плазменная решетка в качестве первого образца. Это связано с тем, что такая решетка имеет регулируемые структуры с пространственным периодом до 10 мкм и сроком службы, измеримом в пикосекундах. Следовательно, для визуализации такого образца необходимо субпикосекундное временное разрешение и пространственное разрешение на уровне микрометров.

Решетка возбуждалась двумя неколлинеарными ультракороткими импульсами с длиной волны 800 нм с помощью неколлинеарного интерферометра (NCI от noncollinear interferometer). Полная энергия возбуждающего импульса составляла 2.4 мДж, а фокусное расстояние линзы (L) 250 мм. Период решетки регулируется за счет изменения угла пересечения двух лучей (2).


Изображение 2

На представлена структура решетки для 2 = 3.8 градуса, а 2b показывает одномерный профиль интенсивности, записанный вдоль вертикальной белой линии на .

Было установлено, что период модуляции решетки составляет 12 мкм, что соответствует плотности штрихов около 83 пл/мм в вертикальном направлении. Согласно концепции устройства, NCOPA могут разрешать пространственные структуры с пространственной частотой до 36 пл/мм, посему в OIS-1 было настроено 3х увеличение для визуализации образца на NCOPA для 83 плмм решетки.

Два импульса возбуждения для образца поступали от лазерной системы Ti:S с частотой 1 кГц вместе с селектором одиночных импульсов. В отсутствие селектора одиночных импульсов событие повторялось с частотой 1 кГц, поэтому оно было зарегистрировано методом накачки-зондирования.

Накачка-зондирование использовалось для регистрации эволюции плазменной решетки с NCOPA-1 и CCD-1, которая, как видно на , включает 16 фрагментов изображения.

Каждый из фрагментов имеет вертикальную белую линию для калибровки пространственного положения в горизонтальном направлении. На каждом фрагменте изображения плазменная решетка распространяется слева направо. А нулевой момент времени был определен как момент, когда плазма пересекает белую линию на первом фрагменте изображения ().

График 2d демонстрирует изменение модуляции в зависимости от задержки. Анализ этих данных позволяет предположить, что после прохождения импульса накачки через белую линию плазменная решетка становится монотонно сильнее, но начинает исчезать через 4 пс.

Для покадровой визуализации был установлен селектор одиночных импульсов на выходе системы Ti:S для создания однокадровой плазменной решетки.


Изображение 3

На изображении выше представлены четыре группы снимков, каждая из которых включает четыре кадра видеозаписи решетки, полученной с помощью системы FINCOPA (видео 1).


Видео 1

На интервалы времени между соседними холостыми изображениями составляют 100 фс. Это означает, что FINCOPA работает с частотой кадров 10 Tfps (видео 2).


Видео 2

На также видно, что полосы плазменной решетки слева направо постепенно становятся видимыми с течением времени, что означает, что плотность электронной плазмы монотонно увеличивается от 0 до 300 фс.

На 3b представлены кадры в период времени 0, 200, 400 и 600 фс, т.е. с интервалом между кадрами 200 фс (видео 3).


Видео 3

Полосы на плазменной решетке становятся все более четкими, что можно проверить по изменению модуляции вдоль белых линий (3f).

Основываясь на данных из и 3f, интервал между кадрами был увеличен до 1 пс, а зафиксированный момент NCOPA-1 был перенесен из нулевого временного момента на 1 пс (видео 4).


Видео 4

На и 3g показаны изображения и кривая модуляции, отражающие тенденцию к увеличению плазменной решетки ( и 3b).

На 3d показаны кадры при 5, 8, 20 и 30 пс (видео 5). Видимость полос со временем уменьшается, а это означает, что плазменная решетка начинает постепенно исчезать начиная с 5 до 30 пс. В результате в отличие от 3e3g, модуляция на 3h со временем уменьшается.


Видео 5

Для сбора полной информации со снимков -3h были получены временные характеристики нормализованной модуляции решетки по белым линиям каждого изображения (синие метки на ; красные метки соответствуют 2d, полученному накачкой-зондированием).


Изображение 4

Сравнение результатов работы обоих методов (т.е. сравнение красных и синих меток) показало, что результаты обоих методов совпадают, т.е. система FINCOPA работает исправно.

В случае, когда 2 = 2.5 градусов, период плазменной решетки становится около 18 мкм (т.е. плотность штриховки составляет 56 пл/мм).

Были проведены такие же эксперименты, как и на изображении 3, но уже с 2 = 2.5, а не 3.8 градусов. Результаты (4b) показывают хорошее совпадение нормированных модуляций между методом накачки-зондирования и методом FINCOPA.

Далее была рассмотрена эволюция решетки вдоль направления ее распространения. Из 4х4 кадров был получен коэффициент модуляции в зависимости от пространственной координаты вдоль направления распространения при различных значениях , например 0.8, 1, 2 и 4 пс ().


Изображение 5

Пик модуляции смещается вправо с увеличением , что объясняется тем, что пара импульсов накачки распространялась слева направо. Поскольку плазменная решетка представляет собой объект с низкой модуляцией интенсивности, измеренный контраст изображения относительно низкий. Используя пространственную фильтрацию, удалось удалить фон и увеличить контраст изображения.

Другое наблюдаемое явление заключалось в том, что пиковые значения модуляций уменьшались с удалением от центра вдоль направления x. На 5b представлена эволюция модуляции решетки в зависимости от времени от 0 до 30 пс в четырех положениях вдоль направления x (т.е. х = 15, 60, 90 и 500 мкм). Все положения показывают аналогичную эволюцию модуляции, но максимумы уменьшаются при сдвиге положения от центра влево. Таким образом, 5b подразумевает зависимость модуляции решетки от x, которая может быть результатом зависимости интенсивности возбуждающего импульса от x.

Сверхбыстрая визуализация вращающегося оптического поля



Изображение 6

Для дополнительной проверки временного разрешения FINCOPA было выполнена визуализация (схема установки на 7b) сверхбыстрого вращающегося оптического поля с частотой 20 Гц и скоростью вращения более 10 триллионов радиан в секунду (Tрад/с).


Изображение 7

Низкая частота повторения (20 Гц) означает, что этот вид оптического поля может быть усилен до чрезвычайно высокой мощности (например, до десятков тераватт и даже выше). Однако для лазерной системы низкая частота повторения обычно сопровождается большой скачкообразной флуктуацией ее выходных импульсов, так что метод накачки-зондирования может привести к значительной неточности измерения.

Изучаемое поле было создано путем двух чирпированных вихревых импульсов с разными топологическими зарядами (l) и временной задержкой (t). Если настроить временную задержку пары чирпированных импульсов на 1 пс, оптическое поле поворачивается с разностью угловых частот = 27 Трад/с (т.е. цикл вращение равен 466 фс).

Система FINCOPA визуализировала это событие с интервалом кадров t = 66.7 фс, т.е. с частотой в 15 триллионов кадров в секунду (видео 6). На изображении 6 показано поле, поворачивающееся на угол 0.9 рад за 200 фс.


Видео 6

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.

Эпилог


Часто говорят, что мастер ничто без своих инструментов. Возможно это и преувеличение, ведь талант, навыки и знания никто не отменял. Однако в аспекте исследования каких-либо процессов инструменты играют далеко не последнюю роль.

В данном труде ученые продемонстрировали работоспособную систему скоростной визуализации, которая способна запечатлеть что-либо с частотой кадров до 15 триллионов. Подобных показателей доныне не было, потому смело можно говорить про установление нового рекорда.

Сами авторы уверены, что их детище позволит познать очень много нового как в явлениях и процессах, которые уже изучены, так и в тех, что пока не могли быть рассмотрены из-за отсутствия необходимой аппаратуры.

Конечно, авторы исследования не намерены поддаваться бахвальству, ибо их система требует улучшений и доработок, которые в будущем смогут привести к тому, что метод FINCOPA станет столь же обыденным и распространенным, как и обычная микроскопия. По крайней мере, это мечта ученых. Станет ли она реальностью, покажет время.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и хорошей всем рабочей недели, ребята. :)

Немного рекламы


Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
Подробнее..

Из песочницы Поиск родственников через тест ДНК. Часть 1 Как ДНК может помочь узнать предков?

23.09.2020 14:17:26 | Автор: admin
Я расскажу вам немного о пользе ДНК-тестирования при поиске родственников и своих корней. Постараюсь сделать это достаточно кратко и просто, настолько, насколько это нужно для понимания сути днк-тестирования при поиске своих родственников и информации о предках.

Зачем делать тест ДНК при генеалогических исследованиях


Что такое классические генеалогические исследования, основанные на документах (актовые записи ЗАГС, метрические книги, ревизские сказки, базы данных участников войн и т.д.) это понятно. Это классика, это гарантированное подтверждение достоверности информации. Но бывают ситуации, когда документов просто нет (пожар, война на территории архива) или когда человек банально не знает своих настоящих фамилии и места рождения (усыновление, например). Можно, конечно, искать везде и сразу, но это очень затруднительно и по времени и финансово, особенно если человек или предки перемещались территориально.
Вот тогда есть ещё один способ найти информацию о своих родственниках это анализ ДНК.

image

Всем известно, что ДНК передаётся из поколения в поколение, но как это может нам помочь? Научно доказано, что все живущие на планете люди имеют одного общего предка по мужской линии и одного общего предка по женской линии, т.е. всё человечество происходит от одного мужчины и одной женщины (генетические Адам и Ева, которые к библейским не имеют никакого отношения). Постепенно из поколения в поколение в ДНК происходят необратимые мутации, которые рождают отдельные гаплогруппы (ветки ДНК), восходящие к общему предку и передаваемые всем потомкам, через которые можно проследить цепочку до самого давнего предка Адама с той самой корневой гаплогруппой. Вообще лучше на эту тему читать отдельную литературу, но смысл должен быть понятен прослеживаемость родства сквозь поколения через ДНК-тестирование.

Как далеко можно проследить предков через тест ДНК?


Тесты ДНК можно разделить на 3 типа: аутосомный общий тест (au-DNA), мужская линия (y-DNA), женская линия (mt-DNA).
Аутосомный тест самый популярный. Он выявляет совпадение со всеми протестированными, с кем у вас будет общий предок примерно в 8 поколении. Почему так неточно? Много нюансов, например в процентном соотношении четвероюродные браться на одном уровне генеалогического древа и троюродный родственник с разницей в два поколения с вами будут иметь примерно одинаковый процент совпадения части ДНК. Всё зависит от возраста тестируемого, точнее от числа поколений до общего предка.

image

ДНК в теории делится примерно так:

  • в вас 100% Вашей ДНК и Длина молекулы ДНК 7000 cM (нуклеотидов)
  • от мамы и папы у вас по половине их ДНК, а значит совпадение с каждым из них примерно по 50% 3500cM
  • с дедушкой и бабушкой совпадение уже примерно по 25% 1750cM
  • в 3 поколении с прадедушками и прабабушками уже только по 12,5% 875cM
  • в 4 поколении 6,25% 440cM
  • в 5 поколении 3,1% 220cM
  • и далее меньше и меньше...

image
Это примерная схема в процентах, а ниже в единицах измерения сМ.

image

image

Например, мой предок в 4 поколении, являющийся также общим предком в 4 поколении для того родственника, которого я нашёл, даёт совпадения между нами обоими в 85cM, а между мной и его отцом 128cM. Потому что те самые расчётные 6,25% до прапрадеда в 4 поколении размывается ДНК людей по другой родственной ветке, вот и получается уже 6,25% / 2 = 3,1 / 2 = 1,56 / 2 = 0,78% или расчётные 54,68cM. Реально тест показывает у меня даже больше 85cM.

Я об этом родственнике не знал, но когда появились ФИО на руках и его генеалогическое древо сразу нашлись общие точки и стало понятно кто кому и кем приходится. Сайты с результатами тестов же выдают совпадения и 0,2% и 0,1%, так что родство может быть очень дальнее.
Тест мужской линии (Y-ДНК) и тест женской линии (mt-ДНК) интереснее, хотя менее популярны из-за своей дороговизны. Дело всё в том, что по прямой мужской линии от деда к отцу, от отца к сыну передаётся неизменная часть ДНК, по которой можно определить общего предка хоть на интервале 100 лет, хоть 10000 лет. Аналогично по женской линии от прабабушки к бабушке, от бабушки к матери, от матери к дочери, от дочери к детям любого пола (но на мальчике далее не передастся). Этот тест не покажет вам много совпаденцев в процентном соотношении, но покажет место в цепочке ДНК. Вы точно сможете понять, что ваш далёкий предок был из финнов, например, даже если последние несколько поколений всегда жили в Украине или России и известные вам фамилии прадедушек все до единой славянские.

image

Совмещение этих тестов даст более точные и интересные результаты, но это более затратно, поэтому для начала лучше ограничиться аутосомным тестом, который даст вам набор хромосом с набором мутаций от всех предков.

Какие результаты я увижу, после того как сделаю тест ДНК? Что делать дальше?


Результаты всех, кто сделал тест, попадают в единую базу лаборатории. Если человек не скрыл свои данные сознательно, то у всех, с кем совпадает хоть небольшая частичка ДНК, этот человек появится в списке совпаденцев.

Сайты сами выстраивают совпаденцев по степени близости родства и предполагают в каком поколении у вас общий предок. Всем пользователям предлагается заполнить кратко информацию, где можно указать фамилии в роду, места жительства предков, свои контактные данные. Соответственно кроме просто процентов совпадения с людьми, появляется возможность искать среди совпавших и фамилии и города проживания и прочие дополнительные детали.

image

image

Имея совпаденцев с достаточно высоким процентом имеет смысл поискать фамилии в своём древе, а также просто связаться с людьми по их контактным e-mail и пообщаться, описав совпадение и расспросив друг друга. Общего предка в 6-7 поколении, да ещё и по женской линии, например, вы так просто не вычислите, но если фамилия не менялась, или если место жительства совпадёт у обоих известных предков это вам даст направление поиска и лишние зацепки. Почему всё не так просто? Потому что уже в 4 поколении у вас 16 предков и столько же фамилий по их рождению; далее каждое поколение умножаем на 2.

Вопрос выбора лаборатории для сдачи теста это отдельный, большой вопрос. Нюансов много, например количество протестированных людей в базах данных, а также возможность заливать результаты теста на другие сайты. Вопросы определения этнического происхождения также оставлю за скобками, это по умолчанию во всех тестах есть, но в деле поиска предков это вряд ли поможет.

Этические вопросы и вопросы защиты персональных данных и результатов ДНК


Лаборатории (особенно иностранные) на самом деле очень серьёзно относятся к защите персональных данных и просто так к их результатам никто доступ не получит. Функция поиска совпадений заложена изначально, поэтому если не хотите неожиданно найти внебрачных детей, то лучше указать не совсем реальную фамилию и имя в профиле тестируемого, а также создать отдельный e-mail для приёма писем от возможных совпаденцев (или не делать тест совсем). В остальных случаях лично я никакого криминала в хранении образца ДНК в каких-либо базах не вижу. Можно притянуть за уши вариант доступа к результатам ДНК правоохранительными органами, но вы же не совершаете ничего противозаконного, вам же нЕчего бояться?!

Ну а с целью поиска родственников наоборот нужно указывать реальные данные, указывать дополнительную информацию по искомым фамилиям и местности, тогда шансы найти кого-то существенно повысятся.

Резюме по тестам ДНК


ДНК-тестирование хороший помощник для исследователей своего рода, особенно если у вас сильные тупики в поисках, связанные с утерей документов или родственных связей. В случаях активных поисков со стороны потерявших память или усыновлённых, так вообще рекомендованный инструмент в поисках.

Какой именно тест выбрать и сколько это стоит это я расскажу во второй части, о нюансах покупки теста в третьей части, а что можно увидеть в результатах и как это помогает в поисках это уже в четвёртой части статьи.
Подробнее..

Перевод Где прилунится Artemis 3? И когда? Space Review

24.09.2020 00:22:57 | Автор: admin

Джефф Фуст, понедельник, 21 сентября 2020 г.

Комментаторы на прошлой неделе предполагали, что посадка Artemis 3 на Луну может не состояться вблизи южного полюса Луны, но с тех пор НАСА подтвердило, что все еще планирует отправиться к южному полюсу. (Источник: НАСА)Комментаторы на прошлой неделе предполагали, что посадка Artemis 3 на Луну может не состояться вблизи южного полюса Луны, но с тех пор НАСА подтвердило, что все еще планирует отправиться к южному полюсу. (Источник: НАСА)

Программа НАСА Artemis сталкивается с множеством проблем, которые необходимо преодолеть, чтобы достичь цели высадить людей на Луну в 2024 году. Существует множество технических проблем, которые уже возникли и, вероятно, возникнут в ближайшие годы, когда НАСА завершит разработку Space Launch System, Orion, одного или нескольких пилотируемых посадочных аппаратов и lunar Gateway. Финансирование остается проблемой, о чем свидетельствует законопроект Палаты представителей, согласно которому НАСА получает менее одной пятой от суммы, запрошенной для программы Human Landing System (HLS)(см.Нерегулярное финансирование и бюджет НАСА, The Space Review, 27 июля, стр. 2020).Есть вероятность, что смена администрации в следующем году приведет к замедлению или даже отказу от всей программы.

Если, например, мы решили, что южный полюс может быть вне досягаемости для Atremis 3 а я не говорю, что это так или нет вопрос в том, собираетесь ли вы отправиться в экваториальный регион, и где вы собираетесь больше всего узнать нового?- спросил Бриденстайн.

Но предположим, что эти технические, финансовые и политические препятствия могут быть преодолены, и в конце 2024 года спускаемый аппарат с двумя астронавтами НАСА на борту совершит посадку на поверхность Луны в ходе миссии Artemis 3. Где именно совершит посадку этот космический корабль? Цель, поставленная полтора года назад вице-президентом Майком Пенсом и с тех пор неоднократно подтвержденная руководством НАСА, совершить посадку на южном полюсе Луны, чтобы воспользоваться преимуществами наличия водяного льда, который, как считается, там существует.

Чтобы достичь Луны в ближайшие пять лет, мы должны выбрать наши направления прямо сейчас, сказал Пенс в своем выступлении в марте 2019 года на заседании Национального космического совета.НАСА уже знает, что южный полюс Луны имеет большое научное, экономическое и стратегическое значение, и теперь пришло время отправиться туда.

НАСА придерживалось этого пункта назначения до последней недели, когда администратор НАСА Джим Бриденстайн впервые публично предположил, что Artemis 3 может сменить место посадки на Луне. Отвечая на вопрос, заданный после того, как он выступил на онлайн-собрании Группы анализа исследования Луны (LEAG) о возвращении к местам посадки Apollo, Бриденстайн предположил, что это возможный вариант для Artemis 3.

В первой миссии, Artemis 3, наша цель добраться до южного полюса. Конечно, именно южный полюс представляет наибольший интерес прямо сейчас, потому что именно там водяной лед, и нам нужно найти его, и нам нужно понять, как его извлекать и использовать ,- сказал он.Но я могу предположить, что некоторые из мест посадок [Apollo] вызовут большой интерес, и меня это не удивит ...

Он остановился и продолжил свои мысли.Если, например, мы решили, что южный полюс может быть вне досягаемости для Artemis 3 а я не говорю, что это так или нет - вопрос в том, собираетесь ли вы отправиться в экваториальный регион, и где вы собираетесь больше всего узнавать нового?

Вы можете утверждать, что больше всего получите, посещая места, где мы раньше оставили оборудование, продолжил он.Там могут быть научные открытия. Конечно, было бы здорово вернуться на место посадки Apollo.Он добавил, что это поможет установить нормы поведения для защиты этих посадочных площадок, что является частью более широкой инициативы по использованию программы Artemis для продвижения того, что НАСА и правительство США считают правильным поведением в космосе для тех, кто хочет сотрудничать в исследовании Луны с агентством(см.Что в названии, когда дело доходит до согласия?, The Space Review, 13 июля 2020 г.)

Эти решения на данный момент не приняты, заключил он, говоря о месте посадки Artemis 3. Но даже гипотетическое рассмотрение альтернативной посадки вызвало ажиотаж на встрече LEAG среди лунных ученых и других участников. На более поздних сессиях встречи они спросили других представителей НАСА о планировании других посадочных площадок, кроме южного полюса Луны.

Например, смена мест посадки повлияла бы на научные исследования. Несколькими неделями ранее НАСА объявило, что собрало команду по разработке научной программы для миссии Artemis 3, которой поручено определить научные цели миссии. Эта программа будет отличаться на южном полюсе Луны от, скажем, места посадки Apollo ближе к экватору Луны.

На момент встречи группа научного исследования не рассматривала альтернативные участки.В настоящее время нам было поручено выполнить это задание, глядя на полярную площадку для посадки,- сказала Рене Вебер, председатель группы научных исследований в Центре космических полетов им. Маршалла.

Джейк Бличер, главный исследователь в отделе перспективных исследовательских систем НАСА, отметил на другом заседании встречи, что агентство только начало процесс определения мест посадки. Он добавил, однако, что, хотя НАСА предполагает в конечном итоге создать базовый лагерь Артемиды в одном месте, предположительно на южном полюсе, нет требования, чтобы Artemis 4, вторая пилотируемая миссия с посадкой, отправлялась в то же место, что и Artemis 3. Он добавил, что также нет ясности относительно того, через какое время после Artemis 3 произойдет посадка Artemis 4.

Мы действительно рассматриваем множество различных вариантов. Спойлера не будет, сказала Людерс.

Два дня спустя Кэти Людерс, помощник администратора НАСА по исследованиям и операциям человека, выступила на вебинаре Вашингтонского круглого стола по космическому бизнесу. После ее подготовленных замечаний, дающих обзор различных программ пилотируемых космических полетов, один из участников спросил ее о потенциальных альтернативных местах посадки Артемиды 3.

Мы действительно рассматриваем множество различных вариантов принятия решения. Спойлера не будет, ответила она.Мы ищем способы привлечь больше сообществ к участию в этом решении.

То, где находятся начальные миссии, представляет большой интерес, поэтому мы фактически пытаемся найти способ добиться почти национального участия в этом, добавила она. Еще не все решено.

Когда эта статья готовилась к публикации в понедельник, НАСА объявило, что в конце дня проведет телеконференцию для СМИ, чтобыобсудить последние планы агентства по исследованию программы Artemis.Было ли это, как предполагали некоторые в Интернете, объявлением о том, что НАСА пересматривает место посадки для миссии Artemis 3, спойлером, который Людерс пыталась не выдать на прошлой неделе?

Оказалось не совсем так. Вместо этого НАСА использовало брифинг для продвиженияотчета,выпущенного агентством незадолго до этого брифинга, в котором описывалась начальная фаза программы Artemis, ведущая к посадке в 2024 году. Этот отчет в значительной степени представлял собой детализацию того, что НАСА ранее говорило о программе, с некоторыми новыми деталями, такими как таблица с расходами на почти 28 миллиардов долларов, которые оно планирует потратить в 2021-2025 финансовых годах на программы, напрямую связанные с посадкой Artemis 3.

Где будет эта посадка?Точное место приземления астронавтов Artemis 3 зависит от нескольких факторов, включая конкретные научные цели и дату запуска,- говорится в отчете, -например, условия освещения, прямой видимости Земли для связи, состояние поверхности, и непосредственная близость к постоянно затененным регионам, некоторые из которых, как считается, содержат такие ресурсы, как водяной лед.Последнее условие предполагает наличие полярного участка, поскольку только области вокруг северного и южного полюсов имеют такие постоянно затененные области.

Отвечая на вопрос о местах посадки, Брайденстайн сказал, что НАСА по-прежнему привержено южному полюсу Луны.Я видел немало разговоров об этом в социальных сетях, сказал он.Для ясности мы идем к южному полюсу. В НАСА нет разговоров, планов или чего-либо еще, кроме полета на южный полюс.

Бриденстайн подчеркнул, что комментарии на прошлой неделе на заседании ЛИГ о посадке в другое место, кроме южного полюса Луны, были гипотетическими. (Однако он также сказал на той встрече, что решение о месте посадки еще не принято, что вызвало спекуляции как среди участников встречи, так и среди внешнего сообщества.)Прямо сейчас у нас нет никаких планов относительно Artemis 3, кроме как южный полюс, повторил он.

Публикация плана и брифинг состоялись, когда НАСА стремится заручиться поддержкой для финансирования, чтобы позволить Artemis 3 совершить посадку на Луну в 2024 году, независимо от местоположения места посадки. Комитет по ассигнованиям Сената намерен провести в среду слушания по бюджетному предложению НАСА на 2021 финансовый год, всего за неделю до того, как этот финансовый год начнется 1 октября.

Если мы выйдем за пределы марта, а система HLS все еще не будет профинансирована, станет все труднеевернуться на Луну к 2024 году, сказал Бриденстайн.

Бриденстайн сказал в разговоре, что он ожидает, что Конгресс примет постоянную резолюцию (CR) или законопроект о временном финансировании, чтобы сохранить финансирование НАСА на уровне 2020 года в декабре. В лучшем случае Палата представителей и Сенат после выборов придут к компромиссу по законопроекту о расходах на 2021 год, который сможет обеспечить полное финансирование программы HLS.

Если мы сделаем это до Рождества, мы все еще будем на пути к высадке на Луну 2024 года, сказал Бриденстайн. Но это может стать проблемой в этом году, особенно если результаты президентских выборов не будут объявлены сразу после дня выборов (учитывая прогнозируемое большое количество бюллетеней, отправленных по почте из-за пандемии) или если Сенат будет поглощен дебатами по утверждению нового Верховного Судьи взамен покойной Рут Бейдер Гинзбург.

Однако, если этот CR будет продлен после марта 2021 года, могут возникнуть проблемы с соблюдением графика 2024 года.Если мы начнем март без 3,2 миллиарда долларов, выполнить задачу станет еще труднее,- сказал он.Я бы сказал, что мы все еще находимся в пределах возможностей, потому что сейчас у нас действительно ведется работа.

Если мы выйдем за пределы марта, а система лунной посадки все еще не будет профинансирована, станет все труднее вернуться на Луну к 24-му году,- продолжил он. Позже он сказал, что если финансирование не будет предоставлено,наша цель будет состоять в том, чтобы попасть на Луну как можно раньше после 2024 года.

По крайней мере, это дало бы им больше времени, чтобы выяснить, где именно эта миссия совершит посадку, когда она наконец доберется до Луны.

Джефф Фауст (jeff@thespacereview.com) редактор и издатель Space Review, а также старший штатный авторSpaceNews. Он также управляет веб-сайтомSpacetoday.net.
Взгляды и мнения, выраженные в этой статье, принадлежат только автору.

Первоисточник:

Комментарии ( 9 )

Ebhaynz
Я не знаю никого, кто думает, что мы действительно собираемся высадить людей на Луну через 4 года, не говоря уже о конце этого десятилетия. Мы просто живем в эпоху, когда лгать это нормально. Что ужасно, потому что детей приучают к вранью с ранних лет, и, таким образом, цикл лжи продолжается и, вероятно, становится все хуже и хуже.

Robert G. Oler
Становится все труднее воспринимать Джимбо всерьез

CharlesHouston
Согласившись на посадку в конце 2024 года и высадив людей на Луну только в рамках второй миссии Artemis с людьми, НАСА приступает к чрезвычайно рискованной миссии. Как мы видели во многих миссиях Шаттла нам нужно тщательно проверить оборудование и процедуры и дать себе время проанализировать и отреагировать. Первый полет Boeing Starliner повторил эти уроки, как и несколько событий на SpaceX Dragon.НАСА найдет экипажи, которые выполнят это задание, но риск просто захватывающий; им понадобится много удачи.

Аноним
Итак, вы говорите, что это будет похоже на Аполлон 8 (т.е. чрезвычайно рискованно)?Нельзя сказать, что Аполлон-8 был небезопасен, или что этот подход небезопасен, но синдром снежинки, требующий отсутствия риска, становится утомительным.Чтобы прогрессировать, нужно рисковать.Как инженер космических систем с 40-летним опытом эксплуатации, я не говорю, что вам не нужно до некоторой степени вылизывать детали, но если вы не верите, что прогресс в КРАЙНЕЙ части должен быть безрисковым. , то я оплакиваю человечество ...

Paul T
У Boeing CST-100 были серьезные проблемы.Однако ни в Crew Dragon Demo 1, ни в Demo 2 не было серьезных проблем.

oldengg
Поскольку Artemis невероятно дорогая, а лунные посадочные аппараты, за исключением Starship, настолько ограничены в полезной нагрузке и времени пребывания на поверхности, они лучше подходят в качестве разведывательных машин. Артемиде III следует попытаться добраться до Южного полюса и заработать там предполагаемую научную удачу.

Что касается участков Apollo, я думаю, что участок Apollo11 должен стать ядром первой постоянной лунной базы из-за его исторического значения. Первая миссия с беспилотным грузом Starship должна быть отправлена на это место и приземлила там груз весом 100 т (метрических тонн).

В первую очередь будет выгружено роботизированное оборудование и самоходные передвижные транспортеры. Затем дополнительные мобильные транспортеры с научным оборудованием, мобильное строительное оборудование, строительные материалы для посадочных площадок, жилые модули и система распределения электроэнергии.SpaceX, несомненно, будет включать в себя систему Sabatier, чтобы научиться управлять таким объектом по производству удаленно в реалистичных, не лабораторных условиях при подготовке к полетам на Марс.

Robert G. Oler
Кто за все это будет платить?

Марсель Вильямс
Нам просто нужно безопасно доставить людей на поверхность Луны, прежде чем пытаться попасть в более рискованные регионы.Полюса Луны существуют миллиарды лет.И они останутся там через несколько месяцев или несколько лет после того, как мы вернем людей на Луну.

Гораздо более важным, чем просто возвращение на Луну, будет создание постоянного форпоста на поверхности Луны и производство кислорода, водорода и, возможно, даже метана из лунного реголита.

Robert G. Oler
Джейк Бличер, главный исследователь в отделе перспективных исследовательских систем НАСА, отметил на другом заседании встречи, что агентство только начало процесс определения мест посадки.Он добавил, однако, что, хотя НАСА предполагает в конечном итоге создать базовый лагерь Артемиды в одном месте, предположительно на южном полюсе, не требовалось, чтобы Artemis 4, вторая пилотируемая посадка, отправлялась в то же место, что и Artemis 3. Он добавил, что не было также ясности относительно того, как долго после того, как Artemis 3 произойдет приземление Artemis 4. В мире удивительных преуменьшений ... это одно из них.

Подробнее..

Поиск родственников через тест ДНК. Часть 3 Сдача теста и отправка по почте

24.09.2020 10:22:34 | Автор: admin
Ранее я рассказал о ДНК-тестировании для генеалогии и о том, как выбрать тест. Теперь немного расскажу о том, как сделать тест и как его отправить обратно. Уже потом будут получение результата и его анализ, но сначала надо купить сам тест, сделать забор материала и отправить его в лабораторию.


Разновидности тестов ДНК по способу доставки


Этим вопросом надо озадачиться ещё в процессе выбора теста, но даже поняв общие принципы, можно упустить некоторые нюансы. Попробуем обсудить их ниже.

Тесты можно условно поделить на:

заказ в России, за рубли, с доставкой на дом (Генотек или Атлас например)

заказ из-за границы, за валюту, через своё почтовое отделение (FamilyTree DNA, MyHeritage например)

заказ из-за границы, за валюту, через посредника (Ancestry, 23andMe и некоторые другие)

Естественно, что вы должны обладать элементарными навыками заказа товаров в интернете, а также иметь банковскую карту с возможностью оплаты заказов в интернете и за границей. Если плохие знания английского, то лучше ещё и браузер с автоматическим переводом страниц на русский, например Chrome.

Не устаю рекомендовать всегда для покупок в интернете использовать отдельную банковскую карту, лучше виртуальную, на которой никогда не лежат постоянно деньги, а непосредственно перед покупкой переводится нужная сумма и тут же тратится. Всегда предполагайте, что данные карты могут потенциально уйти к мошенникам. Никогда не используйте для покупок в интернете единственную зарплатную карту!

Заказ ДНК-теста в России


Тут всё просто и никаких головных болей у вас нет, разве что кроме цены продукта.

Возможна даже доставка на дом и оплата при получении, а не заранее на сайте.

После сдачи теста также курьером результат можно отправить обратно в лабораторию. Всё происходит быстро, удобно.

Заказ ДНК-теста за границей и отправка обратно


Из-за границы заказ теста также особо не отличается, от простой покупки в интернете. При условии, что эта продажа разрешена на территорию России. Единственный минус время ожидания посылки в пути.

Тест по почте приедет в ваше отделение Почты России, вы сдадите тест, а потом надо будет через почту отправить тест обратно.

Есть лаборатории, которые не продают тесты на территории России. Например, ещё недавно лаборатория MyHeritage была крупнейшей на Российском рынке, но после стараний некоторых депутатов Гос.Думы лаборатория перестала продавать продукты в Россию. Если вы зайдёте на их сайт, то раздела с ДНК-тестами там просто нет! А если вы уже зарегистрированный и в личном кабинете уже есть тесты, но при попытке заказать новый вы увидите сообщение о запрете продажи на территории России.

Как обойти это ограничение? Конечно же очень просто! Ровно так, как и торенты и прочие ресурсы, запрещённые в России, всё прекрасно обходится простой сменой ip-адреса через специальные плагины к браузерам и смену прокси. Не буду на этом останавливаться отдельно, про это много где сказано, главное результат заказать можно без проблем с последующей отправкой результата через Почту России. Если только не запретят совсем, как Ancestry и 23andMe.


Заказ ДНК-теста в странах, которые не продают тесты в Россию


Если случай с MyHeritage это просто формальное исполнение Российских законов на уровне ip-адресов, то в случае с рядом других компаний они не продают тесты на адреса Российской Федерации в принципе.

С другой стороны, ничего не мешает россиянину заказать тест в Европе или Америке, сдать тест и отправить его обратно опять же с территории Европы или Америки. Гражданство же не спрашивают. Как же это сделать?

Вариант с другом, который бывает часто в Европе, мы оставляем в стороне. Это самое простое.

Нам интересен вариант с сайтом-посредником.

На просторах интернета существует множество сервисов, которые помогают заказывать товары из-за границы. Очень много магазинов, особенно фирменных, ведут в Европе иную ценовую политику, нежели представительства в России, а иногда и вообще не поставляют определённую продукцию в нашу страну.

Эти ограничения породили появление множества сервисов, которые предоставляют посреднические услуги с арендой ячейки с персональным почтовым адресом и с почтовыми услугами по доставке от продавца до этой ячейки и от этой ячейки к вам домой. Естественно эти услуги платные! Но порой эти траты значительно ниже Российских таможенных и торговых накруток, а в случае с не поставкой определённых товаров в нашу страну просто нет альтернативы.


Сервисов реально много, я приведу лишь один пример сайта, которым пользовался я лично. Называется Shipito. Но прежде чем заказывать тест погуглите как на данный момент обстоят дела с отношением конкретного продавца к почтовым адресам конкретного посредника, т.к. иногда продавцы начинают блокировать посредников.

После регистрации на таком сайте вы получаете вполне реальный почтовый адрес и при заказе вместо адреса Россия, г.Москва, куда продавец запретит заказ и Россию вы просто не сможете выбрать, вы укажете адрес вида 3501 Jack Northrop Ave, Suite AOS987, Hawthorne, CA 90250, USA на своё имя.

Делаете заказ на этот адрес, посредник получает посылку и выставляет вам счёт на пересылку в Россию, вы оплачиваете счёт и посредник пересылает посылку вам. Элементарно!

Для ДНК-теста такие услуги обойдутся примерно в 20$, но всё зависит от компании-посредника, веса, скидок. Подробнейшие инструкции как регистрироваться и заказывать через посредников в интернете в избытке, не буду повторяться. Сайтов-посредников также немало.

Так вы сможете заказать тесты в компании 23andMe или в компании Ancestry. Причём если в случае с 23andMe вам придётся и обратно в лабораторию отправлять тест через посредника, то в случае с Ancestry вам нужно только получить заказ, а отправить результат уже можно напрямую со своего отделения Почты России, ограничения на страну-отправителя у Ancestry нет.


Процесс сдачи теста ДНК


Тут вообще всё элементарно, поэтому скажу буквально пару слов. Всё будет рассказано в инструкции к купленному тесту.

Классическое понятие сдать слюну для теста ДНК не совсем верное. В большинстве случаев, когда палочкой елозят у вас во рту берётся не слюна, а с внутренней стороны щеки соскабливается микрослой слизистой. По сути вы царапаете себе слизистую, после чего может даже слегка пощипывать несколько минут.

В некоторых лабораториях, например в Ancestry, действительно сдаётся слюна. Там реально колбочка с границей, по которую вам надо насобирать слюны, после чего в неё добавляется консервирующий компонент и эта слюна отправляется в лабораторию.

Нюансы при отправке теста ДНК из России за границу


Как я уже сказал тесты бывают разные. Бывает палочка в виде ёршика и эта палочка после высыхания отправляется обратно просто в пакетике. Бывает, что эта же самая палочка-ёршик кладётся в маленькую пластиковую колбочку с специальной жидкостью для сохранности образца, и уже эти пластиковые колбочки отправляются обратно. Бывает вообще присылается пластиковая колба, куда нужно набрать слюну и эту колбу со слюной отправить в лабораторию.

Но в любом случае вам нужно отправить почтой образец ДНК через границу России.

При отправке посылки или мелкого пакета через границу вам нужно будет описать содержимое посылки для проверки на таможне, а также о содержимом вас спросят на почте при приёмке посылки.

Вот тут и есть маленькие нюансы.

Не вздумайте говорить или писать, что вы отправляете какие-то ДНК-образцы или биоматериалы. Это абсолютно бессмысленно и вызовет много глупых вопросов и попыток уложить ДНК-тест в правила и рамки Почты России и Закона РФ. Про глупые вопросы, которые вы можете услышать, промолчу.

Отнеситесь к отправке формально. Что вы отправляете? Пластиковые палочки или пластиковые баночки. Так и говорите, так и пишите без всяких подробностей. Упаковываете пластиковые палочки или пластиковые тубы в почтовый пакет, подписываете адрес, вкладываете необходимые заполненные для лаборатории бумажки и на почте заполняете таможенную декларацию.

В этой самой таможенной декларации пишите формально что отправляете (на русском или английском), например: пластиковые палочки, 2 шт. или Plastic tubes, 2pcs и ставите стоимость ниже реальной, чтобы вас не ободрали за стоимость пересылки. Можете написать и реальную стоимость, на случай утери, но стоимость услуг нашей почты вас не порадует.


Будьте уверены, всё дойдёт без проблем до лаборатории. Случаи потери посылок с тестами ДНК бывают, как и с любыми другими посылками, но это скорее исключение из правил. В случае утери, возможно лаборатория вам пришлёт новый тест и мучительно больно будет только в случае, когда вы брали образец у кого-то из родственников, живущих далеко.

В случае с пластиковыми палочками, которые можно отправить просто в бумажном пакетике, некоторые отправляют вообще обычным письмом. Просто если поступает вопрос от сотрудников почты, на тему почему в письме какое-то вложение, они отвечают, что проложили палочками бумажное письмо, чтобы не помялось. Отправка письма не требует заполнения таможенной декларации и обходится дешевле отправки мелкого пакета. Но лично я такой вариант не пробовал.

В принципе самое сложное позади. Тест выбран и куплен, отправлен обратно, остаётся подождать результатов на сайте лаборатории и связываться с совпаденцами для поиска точек соприкосновения.
Подробнее..

Поиск родственников через тест ДНК. Часть 2 Какой тест ДНК купить и как?

24.09.2020 10:22:34 | Автор: admin
Я уже рассказывал о пользе ДНК-тестирования при поиске родственников и составлении генеалогического древа, а теперь расскажу как выбрать и купить тест и как его отправить обратно. Уже потом будут получение результата и его анализ, но сначала надо купить сам тест и сдать биоматериал, а также отправить тест обратно.

Как наша ДНК сохраняет информацию о наших предках


Я уже рассказывал подробно в другой статье, но надо повториться.

Каждому ребёнку передаются хромосомы от родителей: Y-хромосома только от отца к сыну, а X-хромосома от матери к сыновьям и к дочерям, но сыновья X-хромосому дальше уже не передают. И каждая ДНК несёт в себе информацию о всех ваших предках независимо от пола, но с каждым новым поколением процентное содержание информации о более старых предках разбавляется информацией о новых, условно каждый раз делится на два. Отсюда следует возможность сделать тест и выявить совпадения частичек ДНК между разными людьми. Собственно, об этом и пойдёт речь ниже.

Какие тесты ДНК бывают?


Тесты ДНК можно разделить на 3 типа: тест мужской линии (Y-ДНК), тест женской линии (Mt-ДНК), аутосомный тест (AU-днк).
image

Мужской тест (Y-DNA) позволяет определить ветку ДНК на десятки тысяч лет назад с её промежуточными мутациями, что позволяет вычислять общих с вами потомков одного предка на различных рубежах (условно 300 лет, 1000 лет, 5000 лет), каждый раз когда происходила мутация ДНК и ветка делилась на подветки. Тест исследует как маркеры STR, которые меняются со временем и эти изменения передаются сыновьям, так и снипы SNP, которые учитывают единичные изменения в последовательности ДНК и позволяют точно определить гаплогруппу.

Женский тест (mt-DNA) исследуют ген митохондрий и также ищут мутации, а после сравнения с тысячами других образцов позволяют определить гаплотип и гаплогруппу тестируемого. Этот тест позволит определить происхождение разных людей от одного и того же предка по материнской линии, но понять из этих данных являются ли эти люди двоюродными сёстрами, например, или шестиюродными также невозможно, как и в случае с Y-тестом.

Аутосомный тест (au-DNA или at-DNA) самый популярный. Это общий тест, по всем ваши предкам сразу. Он выявляет совпадение со всеми протестированными, с кем у вас будет общий предок примерно в 8-10 поколении. Почему так неточно? Много нюансов, например в процентном соотношении четвероюродные браться на одном уровне от общего предка и троюродный родственник с разницей в два поколения будут иметь примерно одинаковый процент совпадения части ДНК. Всё зависит от возраста тестируемого, точнее от числа поколений до общего предка.

Сколько стоят тесты ДНК?


Начнём с того, что большинство лабораторий на рынке это заграничные лаборатории, поэтому цены будут в долларах.

Самый популярный и самый доступный тест аутосомный.

Его стоимость обычно в районе 80$. Но в российских лабораториях стоимость варьируется от 10 до 20 тысяч рублей.

В дни же распродаж тесты можно купить по 50$, а иногда и дешевле. Я покупал даже за 39$ с бесплатной доставкой (при покупке от 2 штук).

Далее по стоимости идёт Женский тест (mt-DNA).

Его стоимость значительно выше около 160$. Его могут сделать себе и мужчины и женщины и проследить женскую линию.

Ну и самый дорогой это Мужской тест (Y-DNA). Его могут сделать только мужчины и проследить прямую мужскую линию.

Стоимость мужского теста варьируется в зависимости от количества тестируемых маркеров. Чем больше маркеров проверено в вашем тесте тем он точнее и естественно дороже.

Стоимость такого теста идёт примерно от 120$ за 37 маркеров и за полный тест в 700 маркеров вы отдадите 450$.

Есть варианты комбинировать, можно заказать только 37 маркеров STR, а потом доисследовать нужные вам SNP, а можно сразу заплатить за все возможные STR и SNP и не мучиться, но это уже отдельная тема для размышлений.
image

Поскольку большинству из нас с вами покупка теста вот завтра не нужна, то вы вполне можете совершить покупку в дни скидок, которые бывают достаточно часто. Самые большие скидки традиционно ко Дню ДНК в конце апреля и к Чёрной Пятнице в конце ноября. Скидки достаточно ощутимые!

Какой тест ДНК лучше купить и почему


Как я уже сказал ранее, лабораторий, продающих тесты и предоставляющих анализ много. Как же выбрать лабораторию и какой тест лучше купить?

Тут есть несколько факторов: удобство покупки, размер базы данных других протестированных, цена.

Начнём с цены теста

Российские компании Atlas, Genotek, Gentis удобны, продают тесты внутри страны, доставляют на дом, но цена в 10-20 тысяч рублей за тест.

Иностранные компании предоставляют аналогичный сервис за стоимость в 3 и более раз дешевле. Правда Российские стараются впихнуть в тест дополнения вроде Здоровья.

Удобство покупки

Иностранные компании позволяют купить тест онлайн с доставкой на дом, а заказывать в интернете мы все давно привыкли. Но есть нюансы в виде изменяющегося российского законодательства, начинающего запрещать иностранным компаниям сбор материала или сами компании не продают напрямую в Россию по своим соображениям. Нужно обладать небольшими знаниями по заказу тестов через анонимайзеры и прокси, чтобы обойти все эти якобы ограничения. Зато стоимость в разы меньше. Ну и время ожидания посылки, порой, месяц и больше.

База данных протестированных

Это один из самых интересных параметров, т.к. будь тест хоть в 3 раза дешевле в одной компании, чем во второй, при условии, что во второй компании база данных протестированных в 10 раз больше я выберу вторую компанию. Кроме этого есть лаборатории, которые более популярны у американцев, например, а есть лаборатории, которые более популярны у постсоветского пространства, России.

Возможность обновлять тест без повторной его сдачи

Многие компании позволяют сдать вам один тест, сохраняя остаток биоматериала в своих хранилищах на несколько лет. Если позже вы надумали, например, к сданному ранее аутосомному тесту добавить анализ Y-ДНК, то вам нужно только доплатить (например лаборатория FamilyTreeDNA) и анализ будет сделан. Повторно биоматериал сдавать не нужно. Иные компании (например MyHeritage) такой возможности не предоставляют.

Особенно это ценно, учитывая что люди имеют свойство стареть и умирать, а желание обновить тест и сделать более глубокий анализ у вас может возникнуть позднее, ну или такое желание есть, но денег сейчас на это нет и вы хотите сделать разные анализы поэтапно.


Подводим резюме по выбору аутосомного теста ДНК




Есть и другие лаборатории, но упомянутых вам хватит для выбора. Стоимость теста указана базовая, без скидок, на распродажах дешевле.

Наиболее логична, по моему мнению, покупка теста в компании FamilyTreeDNA по соображениям цены, простоты покупки, возможности загрузить результат на другие сайты и возможности потом апгрейдить тест без повторной сдачи. Можно заказать в Ancestry или 23andMe, попав в их закрытые для импорта базы, и загрузиться потом на более популярные. Заказ через посредника не проблема, просто некоторые лишние телодвижения с регистрацией на сайте-посреднике (типа Shipito), нюансы с оплатой и прочие. Об этом в другой статье.

Какие тесты по максимуму можно сделать каждому


На примере лаборатории FamilyTreeDNA покажу какие тесты можно заказать по-максимуму для мужчины и для женщины и сколько примерно это стоит без скидок.

Для женщин максимум это аутосомный + женская линия.



Для мужчин максимум это аутосомный + женская линия + мужская линия. Как вариант вместо полного мужского можно взять на меньшее чисто маркеров, т.е. получить чуть меньшую глубину исследования.

Как сравнить тесты ДНК, сделанные в разных лабораториях?


Важное дополнение, которое нельзя не упомянуть. Есть возможность сравнивать тесты разных людей, сделанные в любой лаборатории. Все, кто делает тесты могут дополнительно загрузить тест на сайты, которые сравнивают всех со всеми, независимо от лаборатории. Проблема в том, что не все это делают, а зря.

Если ваш тест Family Finder то сайт www.GedMatch.com поможет вам

Если вы сделали мужской тест Y то обязательно участие в проекте www.yfull.com

Но это уже всё к вопросу о результатах, а для начала надо купить тест, дождаться получения, сдать биоматериал, отправить тест обратно в лабораторию и дождаться готовности результата в личном кабинете на сайте.
Подробнее..

Поиск родственников через тест ДНК. Часть 4 Расшифровка результата

24.09.2020 12:15:14 | Автор: admin
Итак, вы определились для чего нам нужен ДНК-тест, выбрали в какой лаборатории будете покупать его, заказали через интернет и дождались получения. Потом вы сделали тест себе или родственникам и отправили тест обратно, перейдя в режим ожидания.

И вот спустя несколько недель мы получаем извещение на e-mail, что наш тест готов, результаты загружены на сайт и теперь можно ознакомиться с его результатом!



Что мы увидим в результатах ДНК-теста на сайте лаборатории?


Прежде чем смотреть непосредственно результаты, я бы рекомендовал заполнить профиль на сайте лаборатории.

Предположим вы нашли потенциального родственника, решите написать ему письмо, он посмотрит ваш профиль и не поймёт кто ему пишет и какова ваша осведомлённость о предках, язык на котором говорите и так далее. Поэтому не поленитесь прописать свою фамилию и имя, фамилии предков, которые вы знаете, регионы их проживания, некоторые сайты предлагают указать самого давнего известного вашего предка. Плюсом будет то, что сайты будут сравнивать указанные вами интересующие фамилии с теми, что указаны у других участников, поэтому не поленитесь указать их и в русском и в английском написании. Можно и фото своё загрузить. Увидят это только те, с кем у вас будет совпадение.

Далее будут много картинок, т.к. без этого обзор будет неполноценным.

Происхождение по тесту ДНК


Первое, и самое простое что мы можем увидеть в результатах это происхождение.

На основании сравнения миллионов тестов, ДНК-лаборатории дают прогноз вашего происхождения, точнее происхождения ваших предков. Эти результаты достаточно примерны, поэтому лично я считаю это не очень интересным тестом, разве что если вы усыновлены и вообще не знаете откуда родом ваши предки. Хотя для некоторых народов это важно.

Ниже в галерее пример отображения происхождения одного и того же человека в первых трёх лабораториях и другого человека в 23andMe:









Происхождение основывается на анализе и сравнении, поэтому при постоянном пополнении базы тестами других людей алгоритмы периодически производят корректировку происхождения. Незначительно, но тем не менее.

Что надо понимать, когда смотришь результат ДНК теста Family Finder


Поиск совпадений это именно то, ради чего все делают тест. Ради того, чтобы найти потерянных родственников или восполнить пробелы в информации по своим предкам.

Прежде, чем смотреть результаты, нужно хоть немного вникнуть в теорию и понимать какой процент совпадения или какое число сМ указывает на какое примерно поколение с общим предком.

Аутосомный тест, который также называется Family Finder, показывает всех совпаденцев, у кого были общие предки на глубине примерно 8-10 поколений. То есть у каждого из нас на глубине 3-го поколения (прадедушки/прабабушки) имеется 8 прямых предков, а на глубине 8-го поколения уже 256 прямых кровных предков. От каждого из этих 256 предков были потомки, далеко не по одному. И вот все потомки, кто дожил до наших дней, и кто сдал тест выйдут у вас в совпадения на сайтах ДНК-лабораторий.

Чем ближе родственник тем выше процент совпадения, чем ниже процент тем дальше, но он наверняка ваш родственник! Вопрос только в каком поколении и по какой ветке и это самый сложный вопрос.

Именно для понимания по какой ветке идёт совпадение и рекомендуют делать тест не только себе, а ещё и своим бабушкам, дедушкам и прочим родственникам, чтобы сравнивать совпаденца (с предполагаемым общим предком в 4-5 поколении) с тестами живых родителей или бабушек/дедушек, а не только с собой.

Просмотр совпадений по ДНК тесту Family Finder


Фамилии и контакты людей в списках я затёр, так что скриншоты немного пострадали эстетически. Тест 23andMe другого человека.

Просмотр результатов аутосомного теста ДНК от ANCESTRY



Мы видим список совпаденцев, по сути родственников, видим определённое число общей ДНК измеряемой в сМ. Сайт делает прогноз по степени родства, например 4-6 -юродный брат/сестра (кузен). Почему такой разброс опять же читаем теорию что я писал ранее. Процент одинаковой ДНК может быть как с родственником на одной временной линии, так он может быть и старше вас на пару поколений, но тогда ближе по ветвям древа.





Кликнув на интересующую фамилию увидите подробнее его имя, предполагаемую степень родства, общее совпадение ДНК и самый большой совпадающий сегмент. У многих есть составленные на этом сайте генеалогические древа и вы можете их просмотреть, как правило они открыты, но живых вы не увидите без одобрения владельца древа. Деревья бывают очень большие, можно покопаться по разным веткам от совпаденца вверх и поискать знакомые фамилии. Бывает деревья закрыты. Доступна фильтрация, поиск.


Само собой из профиля совпаденца можно написать ему сообщение, представиться, предложить поискать в диалоге общих предков. Здесь же видно на каком языке разговаривает человек, когда он последний раз бы на сайте, его сферы интересов и имеющиеся составленные древа.

Написать человеку можно только прямо с сайта, сделан специальный раздел для общения в виде чатов. При появлении новых писем приходят извещения на почту, а вот зайдёт ли человек по этим извещениям и прочтёт ли ваше послание зависит от человека.

В Ancestry нельзя загрузить результат теста, сданного в другой лаборатории, аналогично и 23andMe. Отсюда и малое число славянских фамилий в результатах теста.

Просмотр результатов аутосомного теста ДНК от 23andMe


Интерфейс 23andMe очень богат и возможности расширить изучение своей ДНК достаточно широкие, правда за каждую опцию придётся доплатить. Я же рассмотрю базовые вещи, чтобы можно было сравнить с остальными лабораториями.







Список ДНК-совпадений представляет из себя имена с предполагаемой степенью родства и общей частью ДНК в процентном выражении. Очень богата система фильтров, работающих, естественно, при условии что загрузивший тест максимально полно заполнил свой профиль.

Например, можно выбрать страну происхождения предков совпаденца, да не просто, а в каком поколении его предок из конкретной страны родом. Можно не просто вбить в поиск фамилию, а автоматически увидеть список самых частых фамилий среди совпавших с вами и отфильтровать их в два клика. При наличии у вас тестов предков по материнской и отцовской линиям происходит сортировка, сразу видно кто по отцовской линии, а кто по материнской. Можно увидеть совпаденцев на карте и уже оттуда раскрывать их профиль с подробностями.


Кликнув на человека в списке получаем его имя, фото, год рождения и когда человек последний раз был на сайте, это помогает. Сразу же визуально показывается на схеме степень предполагаемого родства (в MyHeritage будет также, но там это чуть менее удобно спрятано в интерфейсе).





В профиле совпаденца не просто указаны фамилии и места рождения предков через запятую, как у всех других ниже, а эти фамилии и места рождения разнесены по разным строкам с указанием бабушка по материнской линии или дедушка по отцовской линии. Это избавляет от лишних уточнений, всё ясно сразу! Имеется возможность прикреплять ссылку на своё генеалогическое древо, и что удивительно разрешается сторонний ресурс (на скриншоте ссылка на древо на MyHeritage). Непосредственно у себя на сайте 23andMe также даёт возможность рисовать древо и оно достаточно симпатично.





Важнейшей особенностью 23andMe является определение и отцовской и материнской гаплогрупп в базовой стоимости теста без доплаты! Ну и когда вы смотрите совпадение с определённым человеком, о гаплогруппы сразу сравниваются.



Прямо на сайте вы можете написать человеку и поискать общих предков. При появлении новых писем на сайте приходят оповещения на почту.

В 23andMe нельзя загрузить результат теста, сданного в другой лаборатории, как и в Ancestry. Учитывая что тест нельзя заказать в Россию или Украину напрямую и нельзя отправить обратно с этих территорий, число протестированных с предками из СССР очень мало.

Просмотр результатов аутосомного теста ДНК от MyHeritage






Небольшое отличие MyHeritage от других это то что не обязательно для каждого тестируемого заводить личный кабинет и отдельный профиль с результатом. Если у вас уже есть свой профиль и составлено древо на сайте, то новые результаты родственников вы можете просто подвязывать к имеющимся в вашем древе родственникам. Соответственно и результаты можно смотреть для каждого из загруженных тестов в пару кликов, не выходя из своего профиля. На других сайтах нужно разлогиниваться и заходить под логином того, чей тест делался. И сайт русифицирован, это удобно для не владеющих английским.

В списке совпадений всё тоже самое, но в несколько ином интерфейсе. Если это ваши тесты и они подвязаны вами в древо сразу показывается степень родства по вашему же древу.

Показана предполагаемая степень родства, число cM и в процентном выражении от общей ДНК. Как сравнивать проценты и cM, опять же, говорил ранее. Доступна фильтрация, поиск, всё как везде.





Нажав на Просмотр совпадений ДНК вы попадёте в подробное сравнение совпадения вас и интересующего человека. Увидите подробности по совпадению ДНК, указанные человеком в его профиле интересующие фамилии, а также ниже список людей, чья ДНК совпадает и с вами и с этим человеком. Это в том числе позволит выбрав тест известного вам предка (например бабушки) гарантированно увидеть ниже совпадения именно по её линии.



Очень хороший инструмент поиск триангулированных сегментов. Вы выбираете пару человек, кроме себя, и сравниваете ДНК. Если выпадает один и тот же фрагмент у всех троих это уже гарантированно ваш родственник по данной ветке. Но нужно кроме своего теста иметь тесты родни, чтобы было с кем сравнивать.



Аналогично с Ancestry видна будет часть древа, если она есть у человека на сайте, которую можно раскрыть и посмотреть подробнее, ну и также сравнивается происхождение и показываются общие части ДНК.

Внешний вид древа можно увидеть на последних 2-х скриншотах. Вообще из всех мною протестированных онлайн-сервисов я считаю его самым удобным. Что касается чужого древа у совпаденцев, то если оно не закрыто, вы увидите всех умерших и при наличии дополнительной информации и фото сможете её прочитать. Если закрыто можно запросить доступ и после одобрения видеть уже всё древо полностью.





Написать человеку можно прямо на сайте, это удобно, но в этом и недостаток, т.к. человек может не увидеть извещения на почте о новом сообщении на сайте, а на сам сайт он давно не заходит.

В MyHeritage можно загрузить результат теста, сданного в другой лаборатории, об этом ниже.

Просмотр результатов аутосомного теста ДНК от FamilyTreeDNA




В FamilyTreeDNA (сокращённо FTDNA), возможно, самая удобная работа со списком совпаденцев. Но всё субъективно. Также нам предлагается полный список близких и дальних родственников с датой совпадения (первая дата по дате загрузки вашего теста, потом по мере появления новых людей дата добавления их теста), предполагаемой степенью родства, общим ДНК измеряемом в cM и длина самого длинного участка совпавшей ДНК, ну и если человек указал в своём профиле список фамилий из числа его предков.

Здесь также есть возможность строить древо и при подвязке теста к кому-то из вашего древа это указывается в предпоследней колонке Linked Relationship.

Ещё одна важная особенность FTDNA, что при наличия в базе подвязанных родственников и по мужской и по вашей женской линии, все совпаденцы автоматически сортируются по вкладкам Paternal и Maternal, что упрощает фильтрацию и понимание по какой линии искать общих предков.



Кликнув на человека вы увидите внесённую им информацию по самым давним известным предкам, список фамилий и регионов проживания предков, его гаплогруппы, если делал Y-тест и Mt-тест, а также e-mail для связи. В отличие от MyHeritage и Ancestry здесь люди указывают сразу e-mail для связи. Общение ваше будет происходить вне сайта FTDNA, и по практике это удобнее, а процент мёртвых e-mail ниже, чем процент не отвеченных посланий на сайтах MyHeritage и Ancestry.



Естественно поддерживается система фильтрации и возможность не только автоматического фильтра по мужской и женской линии, но и ручного выделения нужного человека и фильтрации всех, кто совпадает с ним и с вами или наоборот, всех кто с ним не совпадает. Сортировка по умолчанию по степени родства, но можно фильтровать и по cM и по самому длинному участку общей ДНК.

Естественно на сайте также можно (и нужно) сделать копию своего древа и это позволяет нам посмотреть у совпаденца его древо, искать знакомые фамилии. Живых, естественно, без разрешения мы не увидим.



Аналогично MyHeritage есть возможность искать общие сегменты ДНК между несколькими людьми, кроме вас самих. Это позволяет видеть и длину общих сегментов визуально и сравнение с другими людьми. Когда совпадения в одном и том же блоке люди считай гарантированно кровные родственники друг другу, как на последнем скриншоте.





Как говорил выше связаться с человеком можно напрямую, написав ему на e-mail.

В FTDNA можно загрузить результат теста, сданного в другой лаборатории, об этом ниже.

На всех сайтах около каждого человека есть поле для заметок и примечаний, видное только вам, там можно делать для себя пометки, чтобы не запутаться кто и какую информацию вам сообщил. Записывайте туда фамилии и места проживания предков тех, кто вам ответил на письма, т.к. в процессе изучения своей родословной вы будете снова и снова пересматривать совпаденцев и отталкиваться уже от новой информации, рассматривая этот список.

Загрузка результата теста ДНК Family Finder на сайты других лабораторий


Все или почти все сайты предоставляют возможность выгрузки сырого результата обработки вашего ДНК-теста к себе на компьютер. Это позволяет при наличии технической возможности загружать свой результат теста на другие сайты.

Т.е. если сдавший тест человек не достаточно продвинут или ленив, то результат его теста будет, к примеру, только на сайте MyHeritage. Представляете сколько таких людей и насколько сильно могут различаться списки совпаденцев с вами на нескольких сайтах лабораторий?





Технически результат теста Ancestry можно загрузить потом и на FTDNA и на MyHeritage. Результаты теста MyHeritage и FTDNA взаимозаменяемые и загружаются на сайты друг друга. Возможность остальных тестов отражена на сайтах лабораторий и скриншотах ниже. И любой тест можно и нужно загрузить на сайт, который сравнивает все тесты всех лабораторий, причём абсолютно бесплатно. Это сайт GedMatch.



Это позволит вам охватить гораздо бОльшую аудиторию, не пренебрегайте такой возможностью!

Просмотр результатов аутосомного теста ДНК на GedMatch


В GedMatch очень лаконичный и англоязычный интерфейс. У многих это вызывает трудности. Но автоматические переводчики сайтов помогут.

Сайт позволяет в одном аккаунте хранить данные по всем управляемым вами тестам ДНК, быстро переключаться между ними. Присутствуют различные отчёты, позволяющие делать фильтрацию и анализ.



Основное окно сайта просто выдаёт список совпадений по тесту с фамилией и именем, e-mail для связи, и показывает какая часть ДНК совпала и какой самый длинный блок, показывает предполагаемое число поколений до общего предка и из какой лаборатории импортирован тест.


Благодаря этому сайту вы сможете сравниваться с закрытыми для импорта результатов сайтами, такими как например 23andMe. Если человек не поленился и загрузил тест сюда здесь будут все!

Просмотр результатов теста Y-ДНК на FamilyFteeDNA


Как я рассказывал в другой статье, тесты ДНК не ограничиваются аутосомным тестам и можно сделать себе тест мужской линии или тест женской линии. Просмотр результатов этих тестов аналогичен просмотру результатов аутосомных тестов, но есть небольшие различия.







Например, в мужском тесте Y-dna всё зависит от того, сделали вы тест только на 25 маркеров, на 37 или 67 маркеров или сразу сделали тест на 700 маркеров. Чем точнее тест (чем больше маркеров), тем меньше вы увидите совпаденцев, и тем легче понять когда же примерно у вас был общий предок. В любом случае все эти общие предки будут достаточно далеко, по сравнению с аутосомным тестом, но вы чётко сможете проследить линию, где эти предки проживали.


Можно фильтровать по маркерам, по дистанции, можно посмотреть все совпадения на карте (места проживания дальних предков указывают сами пользователи), можно фильтровать участников конкретных проектов (на сайте есть возможность присоединяться к фамильным или этническим проектам и создавать такие проекты самому). Можно увидеть их гаплогруппу и естественно, можно связаться с каждым из них. Но прежде чем писать письмо, нужно понимать примерно следующее (данные взяты с форума по ДНК-генеалогии forum.molgen.org):

Ниже представлены оценки генеалогически значимых величин ВБОП (т. е. в пределах 50 поколений), рассчитанных для двух гаплотипов при помощи КлАд-калькулятора.
Согласно исследованиям Феннера, в среднем на 1 поколение принимают 31,5 год.
Необходимо отметить, что в ряде нетривиальных случаев выявлялось большее число мутаций при близком родстве (2 шага на 67 маркёрах между родными братьями)]:
17-маркёрные гаплотипы Yfiler
1 шаг на 17 маркёрах не менее 12 поколений
2 шага на 17 маркёрах не менее 24 поколений
3 шага на 17 маркёрах не менее 37 поколений
4 шага на 17 маркёрах не менее 52 поколений
При разнице более 4 шагов между двумя 17-маркёрными гаплотипами оценочная величина ВБОП превышает генеалогически значимые величины

25-маркёрные гаплотипы
1 шаг на 25 маркёрах не менее 11 поколений
2 шага на 25 маркёрах не менее 23 поколений
3 шага на 25 маркёрах не менее 35 поколений
4 шага на 25 маркёрах не менее 47 поколений
При разнице более 4 шагов между двумя 25-маркёрными гаплотипами оценочная величина ВБОП превышает генеалогически значимые величины требуется продление длины гаплотипа как минимум до 37 маркёров

37-маркёрные гаплотипы
1 шаг на 37 маркёрах не менее 6 поколений
2 шага на 37 маркёрах не менее 11 поколений
3 шага на 37 маркёрах не менее 17 поколений
4 шага на 37 маркёрах не менее 24 поколений
5 шагов на 37 маркёрах не менее 30 поколений
6 шагов на 37 маркёрах не менее 36 поколений
7 шагов на 37 маркёрах не менее 43 поколений
8 шагов на 37 маркёрах не менее 50 поколений
При разнице более 8 шагов между двумя 37-маркёрными гаплотипами оценочная величина ВБОП превышает генеалогически значимые величины требуется продление длины гаплотипа как минимум до 67 маркёров

67-маркёрные гаплотипы
1 шаг на 67 маркёрах не менее 3 поколений
2 шага на 67 маркёрах не менее 7 поколений
3 шага на 67 маркёрах не менее 11 поколений
4 шага на 67 маркёрах не менее 14 поколений
5 шагов на 67 маркёрах не менее 18 поколений
6 шагов на 67 маркёрах не менее 22 поколений
7 шагов на 67 маркёрах не менее 26 поколений
8 шагов на 67 маркёрах не менее 29 поколений
9 шагов на 67 маркёрах не менее 33 поколений
10 шагов на 67 маркёрах не менее 37 поколений
11 шагов на 67 маркёрах не менее 41 поколения
12 шагов на 67 маркёрах не менее 46 поколений
13 шагов на 67 маркёрах не менее 50 поколений
При разнице более 13 шагов между двумя 67-маркёрными гаплотипами оценочная величина ВБОП превышает генеалогически значимые величины требуется продление длины гаплотипа до 111 маркёров.

111-маркёрные гаплотипы
1 шаг на 111 маркёрах не менее 2 поколений
2 шага на 111 маркёрах не менее 4 поколений
3 шага на 111 маркёрах не менее 7 поколений
4 шага на 111 маркёрах не менее 9 поколений
5 шагов на 111 маркёрах не менее 11 поколений
6 шагов на 111 маркёрах не менее 13 поколений
7 шагов на 111 маркёрах не менее 16 поколений
8 шагов на 111 маркёрах не менее 18 поколений
9 шагов на 111 маркёрах не менее 21 поколения
10 шагов на 111 маркёрах не менее 23 поколений
11 шагов на 111 маркёрах не менее 25 поколений
12 шагов на 111 маркёрах не менее 28 поколений
13 шагов на 111 маркёрах не менее 30 поколений
14 шагов на 111 маркёрах не менее 33 поколений
15 шагов на 111 маркёрах не менее 35 поколений
16 шагов на 111 маркёрах не менее 38 поколений
17 шагов на 111 маркёрах не менее 40 поколений
18 шагов на 111 маркёрах не менее 43 поколений
19 шагов на 111 маркёрах не менее 45 поколений
20 шагов на 111 маркёрах не менее 48 поколений

Соответственно, на скриншоте выше на 67 маркерах совпаденец на 4 шагах, а значит общий предок с ним на временном интервале от 441 года и более (от 14 поколений по 31,5 году). А на скриншоте с 37 маркерами совпаденец на 3 шагах, и с ним общий предок на расстоянии от 535 лет и более (от 17 поколений по 31,5 году). Но это гарантированно родственники с гарантированно общим предком по прямой мужской линии! Относительно миграции вашей гаплогруппы (самая первая картинка в статье), есть очень большие научные статьи, которые вы можете почитать.

Абсолютно аналогично с тестом Mt-DNA, где рассматривается прямая женская линия. Просмотр результатов теста на сайте аналогичен.

Спасибо всем, кто осилил данную статью!

Я постарался описать всё максимально просто.
Подробнее..

Перевод Математики открыли новый фронт в битве с древней числовой задачей

24.09.2020 14:19:46 | Автор: admin

Не одно тысячелетие математиков интересовал вопрос существования нечётных совершенных чисел. В процессе его изучения они составили невероятный список ограничений для этих гипотетических объектов. Но новые идеи на этот счёт могут появиться благодаря изучению иных близких к ним объектов.



Если нечётные совершенные числа и существуют, им придётся удовлетворять абсурдно большому списку ограничений

Будучи ещё старшеклассником, Пэйс Нильсен в середине 90-х столкнулся с математическим вопросом, над которым бьётся и по сей день. Но он не расстраивается: очаровавшая его задача, гипотеза о нечётных совершенных числах, остаётся открытой уже более 2000 лет, что делает её одной из старейших нерешённых задач математики.

Частично таким долгоживущим шармом она обязана простоте формулировки. Число называется совершенным, если это положительное целое, n, сумма делителей которого даёт удвоенное число, 2n. Первый и самый простой пример это 6, делители которого, 1, 2, 3 и 6, в сумме дают 12, или 2*6. Затем идёт 28, с делителями 1, 2, 4, 7, 14 и 28, дающими в сумме 56. Следующие примеры 496 и 8128.

Леонард Эйлер формализовал это определение в XVIII веке, введя свою сигма-функцию, обозначающую сумму делителей числа. Таким образом, для совершенных чисел (n) = 2n.


Леонард Эйлер сформулировал множество формальных правил, касающихся работы с совершенными числами

Однако Пифагор знал о совершенных числах ещё в 500 году до н.э., а два столетия спустя Евклид вывел формулу для получения чётных простых чисел. Он показал, что если p и 2p 1 простые числа (делители которых только 1 и само это число), тогда 2p1 * (2p 1) будет совершенным числом. К примеру, если p = 2, то формула даёт 21 * (22 1), или 6. Если p = 3, то формула даёт 22 * (23 1), или 28 два первых совершенных числа. 2000 лет спустя Эйлер доказал, что эта формула выдаёт все чётные совершенные числа, хотя до сих пор неизвестно, конечно или бесконечно множество совершенных чисел.

Нильсен, сегодня работающий профессором в Университете Бригама Янга, увлёкся связанным с этим вопросом: существуют ли нечётные совершенные числа? Греческий математик Никомах Герасский около 100 года н.э. заявил, что все совершенные числа должны быть чётными, но никто не доказал этого утверждения.

Как и многие его коллеги из XXI века, Нильсен считает, что совершенные числа существует не особенно много. И, вместе с ними он считает, что доказательство этой гипотезы будет получено нескоро. Однако в июне он наткнулся на новый подход к этой задаче, возможно, способный продвинуть её далее. И он связан с ближайшим к нечётным совершенным числам объектом из всех пока обнаруженных.

Сжимающаяся сеть


Впервые Нильсен узнал о совершенных числах на соревновании по математике в школе. Он углубился в литературу, и наткнулся на работу 1974 года Карла Померанца, математика, сегодня служащего в Дартмутском колледже. Тот доказал, что у любого нечётного совершенного числа должно быть не менее семи различных простых множителей.

Я в своей наивности решил, что я могу сделать что-то в этой области, если в ней вообще возможен прогресс, сказал Нильсен. Это вдохновило меня на изучение теории чисел в колледже, и попытки развить прогресс. Его первая работа по нечётным совершенным числам, опубликованная в 2003 году, наложила дополнительные ограничения на эти гипотетические числа. Он показал, что не только количество нечётных совершенных чисел с k различными простыми делителями конечно, как доказал в 1913 году Леонард Диксон, но и что размер этого числа не должен превышать 24k.

И это было не первым и не последним ограничением, наложенным на гипотетические нечётные совершенные числа. К примеру, в 1888 году Джеймс Сильвестер доказал, что нечётное совершенное число не может делиться на 105. В 1960 году Карл К. Нортон доказал, что, если нечётное совершенное число не делится на 3, 5 или 7, у него должно быть не менее 27 простых делителей. Пол Дженкинс в 2003 году доказал, что крупнейший простой делитель нечётного совершенного числа должен быть больше 10 000 000. Паскаль Очем и Михаёль Рао после этого обнаружили, что нечётное совершенное число должно быть больше 101500, а потом отодвинули эту границу до 102000. Нильсен в 2015 году показал, что нечётное совершенное число должно иметь не менее 10 различных простых делителей.


Пэйс Нильсен, математик из Университета Бригама Янга

Даже в XIX веке количество ограничений было таким, что Сильвестер сделал вывод, что появление нечётного совершенного числа этакий побег от сложной сети условий, окружающих его со всех сторон будет практически чудом. Спустя более ста лет подобного развития событий существование таких чисел вызывает ещё больше сомнений.

Доказать существование чего-либо легко, если получится найти хотя бы один пример, сказал Джон Войт, профессор математики из Дартмута. Но доказать, что нечто не существует, может быть очень тяжело.

Основным подходом до сего момента было сравнение всех ограничивающих нечётные совершенные числа условий с тем, чтобы выяснить, не является ли какая-то парочка из них несовместимой то есть, что ни одно число не может удовлетворять обоим ограничениям сразу. Лоскутное одеяло условий, полученное на сегодняшний день, делает вероятность существования нечётных совершенных чисел крайне малой, сказал Войт, вторя Сильвестеру. И Пэйс много лет добавлял к этому списку новые пункты.

К сожалению, несовместимых свойств до сих пор не найдено. Поэтому кроме дополнительных ограничений на нечётные совершенные числа математикам, вероятно, потребуются и новые стратегии.

Для этого Нильсен уже рассматривает новый план атаки, основанный на распространённой тактике математиков: изучение множества чисел через изучение их близких родственников. В отсутствии нечётных совершенных чисел, пригодных для прямого изучения, они с командой изучают имитации нечётных совершенных чисел, которые очень похожи на настоящие, но обладают некоторыми интересными отличиями.

Разбираемся в совершенных числах


Сигма-функция обозначает сумму делителей числа. (n) = 2n, если это совершенное число.

Примеры:

(20) = 1 + 2 + 4 + 5 + 10 + 20 = 42; 2 * 20 42, поэтому 20 не совершенное число.
(28) = 1 + 2 + 4 + 7 + 14 + 28 = 56; 2 * 28 = 56, поэтому 28 совершенное число.

Правила Эйлера

1. (a b) = (a) (b) в том, и только в том случае, если a и b взаимно простые.
2. (pa) = 1 + p + p2 + + pa для любого простого p с положительной целой степенью a.

Примеры:

(20) = (22 5) = (22) (5) [по первому правилу] = (1 + 2 + 22)(1+5) [по второму правилу] = 42

(28) = (22 7) = (22) (7) [по первому правилу] = (1 + 2 + 22)(1+7) [по второму правилу] = 56


Новые соблазнительные промахи


Первую имитацию нечётного совершенного числа нашёл в 1638 году Рене Декарт и он был одним из первых выдающихся математиков, посчитавших возможным существование нечётных совершенных чисел. Я считаю, что Декарт пытался найти нечётные совершенные числа, и его вычисления привели его к первой имитации, сказал Уильям Бэнкс, специалист по теории чисел из Университета Миссури. Судя по всему, Декарт надеялся, что созданное им число можно изменить, получив настоящее нечётное совершенное число.

Но прежде чем углубиться в декартовскую имитацию, полезно будет немного разобраться в том, как математики описывают совершенные числа. Теорема времён Евклида утверждает, что любое целое число, большее 1, можно выразить в виде произведения простых чисел, возведённых в определённые степени. К примеру, 1260 можно так разложить на множители: 1260 = 22 32 51 71, и не перечислять все 36 множителей по отдельности.

Если число принимает такую форму, вычислять сигма-функцию Эйлера, суммирующую его делители, становится гораздо проще благодаря двум формулам, которые тоже доказал Эйлер. Во-первых, он продемонстрировал, что (a b) = (a) (b), тогда, и только тогда, когда a и b взаимно простые то есть, у них нет общих простых делителей. К примеру, числа 14 (2 7) и 15 (3 5) взаимно простые. Во-вторых, он показал, что для любого простого числа p в положительной целой степени a, (pa) = 1 + p + p2 + + pa.

Возвращаясь к нашему предыдущему примеру, (1 260) = (22 32 51 71) = (22) (32) (51) (71) = (1 + 2 + 22)(1 + 3 + 32)(1 + 5)(1 + 7) = 4 368. Обратите внимание, что в данном случае (n) не равняется 2n, а, значит, 1260 не совершенное число.


Рене Декарт нашёл первую имитацию совершенного числа

Теперь мы можем разобрать декартову имитацию число 198 585 576 189, или 32 72 112 132 22 0211. Повторяя описанные выше вычисления, мы обнаружим, что (198 585 576 189) = (32 72 112 132 22,0211) = (1 + 3 + 32)(1 + 7 + 72)(1 + 11 + 112)(1 + 13 + 132)(1 + 22,0211) = 397 171 152 378. И это равно удвоенному изначальному числу, что означает, что оно должно быть настоящим совершенным числом вот только число 22 021 не является простым.

Поэтому это число Декарта является имитацией. Если мы притворимся, что 22 021 простое, и применим правила Эйлера для сигма-функции, число Декарта ведёт себя как совершенное число. Однако 22 021 на деле является произведением 192 и 61. Если бы мы правильно записали число Декарта, как 32 72 112 132 192 611, тогда (n) не равнялась бы 2n. Ослабляя некоторые правила, мы получаем число, вроде бы удовлетворяющее нашим требованиям такова суть имитации.

На то, чтобы открыть второе число-имитацию нечётного совершенного числа, ушёл 361 год. Войт сделал это в 1999 году, и опубликовал открытие через четыре года. Почему так долго? Находка числа-имитации похожа на находку нечётного совершенного числа; оба они сходным образом арифметически сложны, сказал Бэнкс. Да и их поиски не были в приоритете у математиков. Однако Войта вдохновил отрывок из книги Ричарда Гая Нерешённые задачи теории чисел, где писали о поисках новых имитаций. Войт попытался, и в итоге нашёл новую имитацию, 34 72 112 192 (127)1, или 22 017 975 903.

В отличие от примера Декарта, тут все делители простые, но один из них отрицательный поэтому это число и является имитацией, а не истинным нечётным совершенным числом.

Имитации нечётных совершенных чисел


Число Декарта:

198 585 576 189, или 32 72 112 132 22 0211.

Повторим вычисления сигма-функции: (198 585 576 189) = (32 72 112 132 22,0211) = (1 + 3 + 32)(1 + 7 + 72)(1 + 11 + 112)(1 + 13 + 132)(1 + 22,0211) = 397 171 152 378 = 2 198 585 576 189.

Но число 22 021 не является простым, это 192 61. Число Декарта является лишь имитацией нечётного совершенного числа.

Число Войта:

22 017 975 903, или 34 72 112 192 (127)1.

Повторим вычисления сигма-функции: (22 017 975 903) = (34 74 112 192 (-127)1) = (1 + 3 + 32 + 33 + 34)(1 + 7 + 72)(1 + 11 + 112)(1 + 19 + 192)(1 + (-127)1) = -44 035 951 806 = 2 22 017 975 903

-127 число отрицательное, поэтому число Войта ещё одна имитация совершенного числа.


После того, как Войт в декабре 2016 года провёл семинар в университете Бригама Янга, он обсудил это число с Нильсеном, Дженкинсом и другими. Вскоре после этого команда университета отправилась на систематические вычислительные поиски других имитаций. Они выбирали наименьшие основания и показатели степени, вроде 32, и потом компьютеры прочёсывали варианты дополнительных оснований и степеней, которые давали бы имитацию совершенного числа. Нильсен решил, что этот проект просто будет неким стимулирующим опытом исследований для его студентов, однако результаты анализа превзошли его ожидания.

Просеивая возможности


После непрерывной работы 20 процессоров в течение трёх лет, команда обнаружила все возможные имитации совершенного числа, которые можно записать при помощи шести или менее оснований всего 21 штука, включая примеры Декарта и Войта а ещё две имитации с семью делителями. Искать имитации с большим числом делителей на компьютерах было непрактично, и слишком затратно по времени. Тем не менее, группа набрала достаточно примеров для того, чтобы открыть неизвестные ранее свойства имитаций.

Группа обнаружила, что для любого заданного количества оснований, k, существует конечно число имитаций, что совпадает с результатом Диксона от 1913 года для настоящих нечётных совершенных чисел. Однако если k уйдёт в бесконечность, количество имитаций также становится бесконечным, сказал Нильсен. Это было неожиданно, добавил он, учитывая, что начиная этот проект, он не был уверен в открытии хотя бы одной новой нечётной имитации, не говоря уже о том, чтобы показать, что их число бесконечно.

Ещё один сюрприз, зародившийся из результата, впервые доказанного Эйлером: все простые основания нечётного совершенного числа, кроме одного, должны иметь чётные степени. Одно должно иметь нечётную степень она называется степенью Эйлера. Большинство математиков считает, что степень Эйлера для нечётных совершенных чисел всегда 1, однако команда показала, что у имитаций она может быть сколько угодно большой.

Некоторые находки команда обнаружила, ослабив требования в определении имитации, поскольку не существует чётких математических правил для их описания только то, что они должны удовлетворять равенству (n) = 2n. Исследователи допустили существование оснований, не являющихся простыми числами (как в примере Декарта) и отрицательных оснований (как в примере Войта). Однако они пошли дальше, разрешив имитациям иметь несколько одинаковых оснований. Одно основание, к примеру, может быть 72, а другое 73, и записываются они отдельно, а не как 75. Или они позволяли основаниям повторяться, как в имитации 32 72 72 131 (19)2. Член 72 72 можно записать как 74, но тогда имитации не получится, потому что раскрытие скобок в изменённой сигма-функции было бы другим.

Учитывая значительную разницу между имитациями и реальными нечётными совершенными числами, можно задать вопрос: и как же первые помогают в поисках вторых?

Путь вперёд?


Нильсен сказал, что имитации являются обобщением нечётных совершенных чисел. Нечётные совершенные числа это подмножество внутри более обширного семейства, куда входят и имитации, поэтому у нечётных совершенных чисел должны быть все свойства имитаций, а также дополнительные, ещё более жёсткие ограничения (как, к примеру, условие, что все основания должны быть простыми).

Любое поведение более крупного множества должно соблюдаться и для мелкого подмножества, сказал Нильсен. Так что, если мы найдём поведение имитаций, неприменимое к более ограниченному классу, мы автоматически сможем отказаться от возможности существования нечётных совершенных чисел. Если, к примеру, можно будет показать, что все имитации делятся на 105 что невозможно для нечётных совершенных чисел, как Сильвестер показал в 1888 тогда задача будет решена.

Пока что, однако, ничего такого им не удалось. Мы открыли новые факты, касающиеся имитаций, однако ни один из них не отрицает существования нечётных совершенных чисел, сказал Нильсен, хотя эта возможность всё ещё остаётся. Проводя дальнейший анализ известных на сегодня имитаций, и, возможно, дополняя их список в будущем, Нильсен (а оба этих направления развиваются благодаря ему) и другие математики могут открыть новые свойства имитаций.

Бэнкс считает такой подход стоящим. Исследование нечётных имитаций может быть полезным для понимания структуры нечётных совершенных чисел, если те существуют, сказал он. А если нечётных совершенных чисел не существует, изучение нечётных имитаций может привести к доказательству этого.

Другие эксперты по нечётным совершенным числам настроены не так оптимистично. Команда из университета Бригама Янга проделала отличную работу, сказал Войт, но я не уверен, что мы приблизились к вариантам атаки на проблему нечётных совершенных чисел. Это и правда задача на века, и, вероятно, она будет таковой оставаться.

Пол Поллак, математик из университета Джорджии, также осторожничает: Было бы круто, если бы мы могли посмотреть на список имитаций, и увидеть какое-то их свойство, и как-то доказать, что нечётных совершенных чисел с таким свойством не существует. Это была бы прямо мечта, но, кажется, она слишком хороша, чтобы быть правдой.

Нильсен согласился, что шансов на успех тут мало, но чтобы решить эту древнюю задачу, математикам надо попробовать всё. Кроме того, исследование имитаций только начинается. Его группа предприняла некие ранние шаги, и уже открыла неожиданные свойства этих чисел. Поэтому он оптимистично относится к возможности открытия дополнительных скрытых структур внутри имитаций.

Нильсен уже определил одну вероятную тактику, основываясь на том, что у всех найденных на сегодня имитаций, кроме оригинального примера Декарта, есть хотя бы одно отрицательное основание. Если доказать, что у всех остальных имитаций должно быть отрицательное основание, то это докажет, что нечётных совершенных чисел не существует, поскольку, по определению, их основания должны быть простыми и положительными.

Эта задача кажется более трудной, сказал Нильсен, поскольку она касается более крупной и общей категории чисел. Но иногда, когда ты преобразуешь задачу в более, казалось бы, сложную, можно увидеть путь к решению.

В теории чисел требуется терпение иногда вопрос легко поставить, но трудно найти на него ответ. Приходится размышлять о задаче, иногда подолгу, и проявлять к ней особое внимание, сказал Нильсен. Мы движемся вперёд. Мы копаем шахту. Надеемся, что если будем копать достаточно долго, то сможем найти алмаз.
Подробнее..

Морская губка как вдохновение для будущих небоскребов, мостов и космических кораблей

25.09.2020 10:10:53 | Автор: admin


При упоминании словосочетания морская губка у кого-то в голове может возникнуть образ крайне популярного мультипликационного персонажа. Однако у лучшего работника Красти Краб нет ничего общего с его реальным прототипом. Визуально разные виды морских губок выглядят по-разному: древнегреческие амфоры, замысловатые духовые инструменты, высохшие ветки деревьев, причудливые цветы и т.д. Но за внешним обликом скрывается невероятно сложная клеточная структура, которая привлекает внимание научного сообщества уже не первый год. Исследователи из Гарвардского университета в своем недавнем труде выяснили, что структурные особенности строения морских губок могут послужить вдохновением для более прочных и высоких небоскребов, более длинных мостов и сверхлегких космических кораблей. Почему структура морской губки уникальная, каковы ее механические характеристики, и какие результаты показали прототипы, созданные на базе полученных данных? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Основа исследования


В мире насчитывается порядка 8000 видов морских губок, однако в данном исследовании особое внимание уделяется шестилучевым губкам (Hexactinellida). Этот тип губок также весьма многообразен, ибо насчитывает около 600 видов. Обитают они в морях на глубинах от 5 до более 6000 метров.

Свое имя шестилучевые губки получили из-за строения своего скелета, состоящего из шестилучевых кремниевых игл, которые расположены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.

Форма тела Hexactinellida может быть самой разной: трубчатая, кубковидная, комковидная, отростчатая, лопастная и т.д. Несмотря на визуальные отличия, состав тела у всех видов достаточно схож. Основой тела является единый синцитий*.
Синцитий* тип ткани у живых организмов с неполным разделением клеток, когда обособленные участки цитоплазмы с ядрами связаны между собой цитоплазматическими мостиками.


Схема синцития стеклянной губки (Hexactinellida): синий ток воды; темно-серый спикулы; серый синцитий; красный хоаноцитные клетки.
Одной лишь схемы достаточно, чтобы понять, чем же так может быть полезна стеклянная губка в архитектуре или мостостроении.

В данном исследовании ученые рассматривали минерализованную скелетную систему губки вида Euplectella aspergillum (цветочная корзина Венеры), которая отличается уникальной иерархической архитектурой и механической прочностью во многих масштабах длины.


Euplectella aspergillum (вид сверху).

Стекловидные скелетные элементы (спикулы) E. aspergillum состоят из центрального белкового ядра, окруженного чередующимися концентрическими слоями консолидированных наночастиц кремнезема (диоксид кремния, SiO2) и тонкими органическими прослойками. Спикулы организованы таким образом, чтобы формировать квадратную сетку, усиленную двумя пересекающимися наборами парных диагональных распорок, создавая подобный шахматной доске узор чередующихся открытых и закрытых ячеек.


Изображение 1

Ранее влияние многослойной архитектуры спикул на замедление распространения трещин и на увеличение прочности на изгиб уже подвергались рассмотрению, но потенциальные механические преимущества двухдиагональной квадратной решетки, состоящей из спикул, не были удостоены особым вниманием.

Ученые напоминают, что сетчатые решетки с открытыми ячейками, такие как те, что встречаются в скелетной системе E. aspergillum, обычно используются в инженерном контексте из-за их меньшего веса, высокого поглощения энергии и способности контролировать распространение акустических и тепловых волн. Как правило, свойства и функциональность таких геометрических фигур зависят от типа и характеристик связи их узлов (точек пересечения).

Например, минимальное количество узловых соединений, равное шести, требуется для двумерных решеток, в которых преобладает растяжение, и тем самым достигается более высокое отношение прочности к весу для структурных приложений. Но решетки с простой квадратной геометрией (с соединением узлов, равным четырем), довольно нестабильны, когда вектор нагрузки имеет поперечный компонент, посему для стабилизации требуется диагональное соединение.

В рассматриваемом нами сегодня труде ученые использовали скелет E. aspergillum в качестве основы для создания механически прочных архитектур с квадратной решеткой. В ходе исследования были использованы экспериментальные и численные методы анализы для определения механических свойств скелетной решетки губки.

Результаты исследования


Чтобы лучше понять механические преимущества скелетной архитектуры губки, было проведено сравнение характеристик ее геометрии с характеристиками трех других двумерных решеток с квадратным основанием (у всех четырех вариантов был одинаков объем, т.е. одинаковое количество материала).

В каждой из этих структур базовая квадратная архитектура состояла из элементов с длиной L и прямоугольным поперечным сечением, характеризующимся глубиной H, которая достаточно велика, чтобы избежать деформации вне плоскости.

Вариант А, который был вдохновлен морской губкой, состоял из горизонтальных и вертикальных (недиагональных) элементов толщиной TA,nd = 0.1 L и двух наборов параллельных двойных диагоналей толщиной TA,d = 0.05 L, расположенных на расстоянии S = L / (2 + 2) от узлов ().


Изображение 2

Вариант В также был основан на архитектуре губки с TB,nd = 0.1 L, но содержал только одну диагональ толщиной TB,d= 0.1 L, пересекающую каждую из замкнутых ячеек (2b).

Вариант С (TC,nd = 0.1 L) был основан на архитектуре, используемой в современных инженерных приложениях, имел набор перекрещенных диагональных балок с толщиной TC,d = 0.05 L в каждой ячейке (2c).

Вариант D не имел диагонального армирования, а его горизонтальные и вертикальные элементы были толщиной TD,nd = 0.1L(1 + 1/2) (2d).

В первую очередь был проанализирован механический отклик при одноосном сжатии вдоль вертикальных элементов четырех вариантов решетки, описанных выше.

Образцы, содержащие 6х6 мозаики квадратных ячеек с L = 1.5 см и H = 4 см, были изготовлены на 3D-принтере Connex500 (Stratasys). Одноосное сжатие выполнялось посредством устройства Instron (модель 5969) с датчиком нагрузки 50 кН (2e).

На графике 2f показаны кривые напряжения-деформации, из которых можно сделать два основных вывода. Во-первых, все конструкции с диагональным усилением (варианты A, В и C) характеризовались почти идентичной начальной упругой реакцией, демонстрируя, что различные конструкции диагонального усиления не повлияли на исходную общую жесткость конструкции. Вариант D, как и ожидалось, показал более высокую исходную жесткость из-за более толстых вертикальных и горизонтальных элементов.

Во-вторых, все кривые показывают четкую максимальную несущую способность, причем конструкция A (вариант, вдохновленный губкой) выдерживает самую высокую нагрузку.

Поскольку каждая максимальная нагрузка соответствовала началу потери устойчивости, ученые пришли к выводу, что конструкция A показывает самое высокое критическое напряжение для потери устойчивости из всех рассмотренных вариантов.

Кроме того, было установлено, что во всех трех конструкциях с диагоналями, динамика после потери устойчивости привела к однородному преобразованию структуры по всему образцу (2e).

А вот у варианта D критическая мода привела к гораздо большей длине волны, чем размер квадратной ячейки, что после потери устойчивости привело к образованию формы, качественно аналогичной форме сжатой изогнутой балки.

Чтобы понять, как конструкция решетки, вдохновленная губкой, привела к существенному улучшению механических характеристик, было проведено моделирование методом конечных элементов с использованием программного обеспечения ABAQUS/Standard.

Для моделирования геометрия была построена с использованием балочных элементов Тимошенко (тип элемента ABAQUS B22), а реакция материала была зафиксирована с помощью модели несжимаемого материала с модулем сдвига = 14.5 МПа.

Процесс моделирования состоял из трех этапов:

  • анализ потери устойчивости;
  • затем к узлам сетки было применено возмущение в виде самой низкой формы потери устойчивости;
  • статический нелинейный анализ для оценки нелинейных откликов при больших деформациях.

График 2f показывает очень близкое соответствие между численными и экспериментальными результатами.

Далее модель конечных элементов была намеренно расширена, чтобы изучить влияние направления нагрузки. Дабы снизить вычислительные затраты и устранить краевые эффекты, была использована периодичность структур и исследовалась реакция элементов репрезентативного объема (RVE) с подходящими периодическими граничными условиями.


Изображение 3

На показано изменение эффективной жесткости конструкции (E) в зависимости от угла нагрузки (). Было установлено, что жесткость всех конструкций, содержащих диагональное усиление, была практически одинаковой для любого угла нагрузки. Этот факт дополнительно подтверждает, что жесткость конструкции в основном определялась количеством материала, распределенного вдоль направления нагрузки.

В результате конструкция D, в которой весь материал был отнесен к недиагональным элементам, демонстрировала наивысшую жесткость при = 0, но имела незначительную несущую способность для = 45.

Далее было изучено влияние на характеристики продольного изгиба конструкций A D. Эффективное критическое напряжение изгиба (cr) конструкции A было выше, чем у других конструкций с диагональным усилением (конструкции B и C) для всех значений (3b). Конструкция D превосходит конструкцию A в промежутке 27<<63, если предположить, что эти конструкции бесконечны. Однако, учитывая глобальный характер режима потери устойчивости для конструкции D, на такие характеристики в значительной степени повлияли граничные эффекты, и критическое напряжение потери устойчивости было существенно снижено при рассмотрении конструкции с точно установленными размерами 10х10 RVE (3d). Кроме того, геометрия конструкции А сохраняла свою надежность даже после модификаций решетки путем введения различных уровней беспорядка, что согласуется с особенностями, наблюдаемыми в скелете морской губки.

Вышеописанные результаты моделирования и фактических испытаний четко говорят о том, что вариант конструкции А, основанный на скелете морской губки, явно превосходит своих соперников (варианты В, С и D). Однако на этом испытания не были окончены, ведь ученые задались вопросом, можно ли создать конструкцию, которая будет еще лучше.

Для этого была сформулирована задача по оптимизации, направленная на определение числа (N) диагональных элементов квадратной решетки, которое позволит достичь более высокого значения критического напряжения на изгиб. Также необходимо было установить расстояние между этими элементами и узлами соединений решетки Si (где i = 1, 2, ..., N), а также соотношение диагональных и недиагональных элементов = Vnd/Vd (Vnd и Vd объем недиагональных и диагональных элементов, соответственно). Все эти переменные так или иначе влияют на показатели напряжения изгиба.

Во время испытаний структуры размером 3х3 RVE подвергались одноосному сжатию, параллельному недиагональным элементам ( = 0). Целевая функция Z = cr была максимизирована с использованием моделирования методом конечных элементов в сочетании с Python реализацией алгоритма эволюции адаптации ковариационной матрицы (CMA-ES). Для каждого набора входных данных, определенных CMA-ES, был проведен анализ потери устойчивости методом конечных элементов для получения cr, который впоследствии использовался для оценки целевой функции Z.

Было проведено семь различных оптимизаций, каждая из которых рассматривала фиксированное целое число диагональных элементов N в диапазоне от одного до семи (N = [1, 7]). Для обеспечения симметрии системы учитывались следующие правила: S2i1 = S2i (i = 1, 2,..., N/2), если N четное число; S1 = 0 и S2i1 = S2i (i = 2, 3,..., (N 1)/2), если N нечетное число.


Изображение 4

На графике показано самое высокое значение cr, определенное моделью CMA-ES для всех рассмотренных значений N. Было установлено, что самое высокое значение cr было всего лишь на 9.55% выше, чем в случае испытанной ранее конструкции А. В данном же тесте смоделированная конструкция также была вдохновлена морской губкой: две диагонали были расположены на расстоянии S = 0.1800 L от узлов, а распределение объема было таковым, чтобы = 0.6778). Результаты моделирования были успешно подтверждены экспериментально (4b).

Ученые отмечают, что скелетная структура морской губки E. aspergillum является отличным вдохновением не только для решетчатых архитектур (конструкция A). Для демонстрации этого на изображении показана тонкая мозаика из 11х2 квадратных ячеек, на которую воздействует трехточечное напряжение изгиба.


Изображение 5

Как эксперименты (5b), так и моделирование методом конечных элементов продемонстрировали, что конструкция, вдохновленная губкой, была более жесткой и могла выдерживать на 15% более высокие нагрузки в более широком диапазоне приложенных смещений.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.

Эпилог


Природа всегда была, есть и будет одним из основных источников вдохновения для научных изысканий. В данном труде это утверждение было подтверждено на примере морских губок вида Euplectella aspergillum, чья скелетная структура обладает удивительными характеристиками. Основная особенность заключается в том, что эта биологическая структура способна выдерживать значительные нагрузки, при этом в ее постройке задействован минимальный объем материала. Другими словами, морские губки достаточно пористые (грубо говоря), но при этом очень прочные.

Проведенное исследование показало, что архитектура скелета морской губки может быть крайне полезна в самых разных сферах деятельности человека. Внедрение архитектуры морской губки в строительстве позволит создавать более высокие небоскребы и более длинные мосты, при этом будет потрачено оптимальное количество материала, а прочность готовых сооружений при этом не пострадает. Данную технику также можно применить в самолетостроении, судостроении и даже в космонавтике, ведь минимизация массы судна позволит минимизировать расходы топлива.

Пятничный офф-топ:

Euplectella aspergillum (глубоководная съемка, проведенная участниками экспедиции EV Nautilus в 2014 году в водах Наветренного пролива между островами Куба и Гаити).

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! :)

Немного рекламы


Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
Подробнее..

Перевод Крауд-перевод книги Мир после капитала Альберта Венгера (часть 17)

25.09.2020 10:10:53 | Автор: admin

Этот перевод мы делаем сообществом энтузиастов совершенно бесплатно. Автор знает о нашей инициативе. Перевод распространяется по лицензии Creative Commons BY-NC-SA 4.0 как и оригинал книги. Так как Альберт продолжает обновлять и дополнять книгу, рядом с каждой частью мы даём ссылку на исходную главу, имя автора перевода и дату, чтобы точно знать, чей перевод и какой версии мы читаем.

Книга доступна на сайте https://worldaftercapital.org/Книга доступна на сайте https://worldaftercapital.org/

Далее перевод книги.

Работа в процессе

Источник: https://worldaftercapital.gitbook.io/worldaftercapital/
Перевод: Андрей Дунаев, 12 сентября 2020

Работа над этой книгой продолжается. Я только что закончил довольно серьезную переработку всего текста. Теперь он читается более связно и содержит все аргументы, которые я хочу привести. Ссылки, однако, в настоящее время не работают (недостающие ссылки, недостающие упоминания и т. д.), и Приложение все еще требует большой работы.

Процесс написания таким образом - это пример того, что я называю петлей знаний в книге. Цикл знаний состоит из обучения, творчества и обмена. Мои тексты основаны на том, что я узнал. Рассказывая раньше, другие могут учиться на моих идеях, а я, в свою очередь, могу учиться на их отзывах.

Я знаю, насколько силен этот подход, из своего более чем десятилетнего опыта ведения блогов. Я многому научился из комментариев читателей. То же самое и здесь. Вы можете увидеть некоторые из замечательных первоначальных отзывов. Спасибо всем, кто нашел время. Если вы хотите отправить мне комментарий, напишите мне по адресу albert@worldaftercapital.org.

Я использую gitbook для написания The World After Capital, и вы можете отслеживать изменения, которые я вношу на github. Если вы знакомы с использованием github, вы также можете сделать запрос на перенос (пулл-реквест) как способ внести свой вклад. Я сохраняю за собой окончательное право на фиксацию изменений и, таким образом, беру на себя ответственность за любые и все ошибки.

Также есть отдельный FAQ, который я буду периодически обновлять. Если вы предпочитаете читать на бумаге или в электронной книге, вы можете скачать копию в формате PDF.

Содержание книги всегда будет свободно доступно на сайте worldaftercapital.org по лицензии Creative Commons.

Предисловие

Источник: https://worldaftercapital.gitbook.io/worldaftercapital/preface
Перевод: Андрей Дунаев, 13 сентября 2020

Меня, как венчурного капиталиста, часто спрашивают: Что будет дальше? Люди часто задают этот вопрос, когда ищут тенденцию в технологиях, ожидая, что я расскажу им о робототехнике или виртуальной реальности. Но я думаю, что это скучная интерпретация вопроса, поскольку эти тенденции приходят и уходят как часть циклов ажиотажа, которые представляют растущий или ослабевающий интерес СМИ к определенной технологии. Вместо этого я отвечаю: Да ничего особенного только конец индустриальной эпохи. И это важное изменение является предметом этой книги.

Книга World After Capital беззастенчиво посвящена некоторым действительно важным предметам. Чтобы понять, почему индустриальный век заканчивается и что будет дальше, я исследую такие вещи, как природа технологий и что значит быть человеком. Это может показаться безумно амбициозным тезисом, но мы сталкиваемся с переходом, столь же глубоким, как тот, который привел человечество из аграрного века в индустриальный, поэтому ничего меньшего не подойдет.

Текущий переход стал возможен с появлением цифровых технологий, поэтому важно, чтобы мы понимали природу этой технологии и то, чем она отличается от того, что ей предшествовало. Также важно, чтобы мы исследовали философские основы того, чего мы хотим достичь в конце концов, у нас есть возможность решить, что последует за индустриальной эпохой. В Мире после капитала я буду утверждать, что следующая эпоха будет эпохой знаний, и что для ее достижения мы должны сосредоточиться на распределении внимания, а не капитала.

Рынки проваливаются в распределении внимания, потому что не может существовать цен для направления нашего внимания на проблемы и возможности, имеющие решающее значение для выживания и процветания человечества. Например, климатический кризис более серьезен и неизбежен, чем думает большинство людей, и является прямым результатом нашей неспособности уделять этому внимание. От того, как быстро мы справимся с этим кризисом, во многом зависит форма нынешнего перехода. Если мы не сделаем кардинальных изменений быстро, переход в следующую эпоху будет еще более болезненным, чем переход к индустриальному веку, который начался в восемнадцатом веке, сопровождался многочисленными насильственными революциями и не завершился до конца Второй мировой Войны.

Переход от индустриальной эпохи уже начался и привел к огромным сбоям и неопределенности. Многие люди боятся перемен и реагируют, поддерживая политиков-популистов, которые проповедуют упрощенный посыл о том, что мы должны вернуться в прошлое. Это происходит во всем мире; мы увидели это, когда на референдуме в Великобритании в 2016 году проголосовали за выход из Европейского Союза, и в том же году президентом США был избран Дональд Трамп. Я начал писать Мир после капитала до обоих этих событий, но они подчеркивают важность ориентированного на будущее повествования, которое показывает путь вперед для человечества. Возвращение не жизнеспособный вариант, и никогда им не было. Мы не продолжали искать и собирать пищу после изобретения сельского хозяйства и не оставались фермерами после изобретения промышленности (земледелие, конечно, все еще важно, но им занимается крошечный процент населения).

Каждый из этих переходов требовал от нас поиска новых источников цели жизни; поскольку мы покидаем индустриальную эпоху, наша цель больше не может быть получена из наличия работы или из постоянно растущего потребления материальных благ. Вместо этого нам нужно найти цель, совместимую с веком знаний. Мне невероятно повезло, что я нашел свою цель в инвестировании в стартапы, а также в изучении того, почему этот переход происходит сейчас, и предложении того, как мы могли бы его осуществить.

Странным и чудесным образом многое из того, что я делал в своей жизни до сих пор, привело меня к этой точке. Подростком в моей родной Германии в начале 1980-х я влюбился в компьютеры. Я начал писать программное обеспечение для компаний, а затем изучал экономику и информатику на бакалавриате в Гарварде, написав свою кандидатскую диссертацию о влиянии компьютеризированной торговли на цены акций. После окончания учебы я работал консультантом и наблюдал влияние информационных систем на автомобильную, авиационную и электроэнергетическую отрасли. Будучи докторантом Массачусетского технологического института, я написал диссертацию о влиянии информационных технологий на организацию компаний. Как предприниматель, я стал соучредителем одной из первых медицинских компаний в Интернете. И как венчурному инвестору мне посчастливилось поддерживать компании, которые предоставляют преобразующие цифровые технологии и услуги, включая Etsy, MongoDB и Twilio.

Вам может быть интересно, почему я решил написать эту книгу в качестве венчурного капитала в конце концов, наверняка это отвлекает от поиска и управления инвестициями в стартапы? Однако работа со стартапами дает мне окно в будущее; Я вижу тенденции и события, прежде чем они станут широко известными и понятными, и это дает мне хорошую возможность писать о том, что должно произойти. В то же время, если я буду писать о будущем, которое я хотел бы видеть, это поможет мне найти компании, которые помогут осуществить это будущее. Я пишу The World After Capital, потому что то, что я вижу, побуждает меня писать, но я также уверен, что написание книги сделало меня лучшим инвестором.

Введение

Источник: https://worldaftercapital.gitbook.io/worldaftercapital/readme
Перевод: Андрей Дунаев, 13 сентября 2020

Человечество единственный вид на Земле, развивший знания. Я буду уточнять термин знание по мере нашего продвижения, а пока скажу, что мы единственный вид, который может читать и писать книги. И эти знания позволили нам создавать все более мощные технологии. Технологический прогресс ведет к расширению пространства возможного; например, с изобретением самолета полет человека стал реальностью.

Когда пространство возможного расширяется, оно приносит с собой как хорошие, так и плохие возможности. Эта двойственность технологий пришла к нам из огня, самой первой человеческой технологии. С открытием огня стало возможным согреться и приготовить еду, а также сжечь леса и вражеские деревни. Сегодня Интернет расширяет свободный доступ к обучению, но он также может распространять ненависть и ложь в глобальном масштабе.

И все же в нашем времени есть что-то особенное: мы переживаем технологическую нелинейность, в которой пространство возможного резко расширяется, что делает прогнозы, основанные на экстраполяции, бесполезными. Нынешняя нелинейность возникает из-за необычайной мощности цифровых технологий, которая намного превосходит все, что было возможно с промышленным оборудованием, благодаря двум уникальным характеристикам. Цифровая технология обеспечивает универсальность вычислений (она может вычислять что угодно) при нулевых предельных затратах (дополнительные копии можно производить бесплатно).

Поэтому, чтобы понять, что происходит, нам нужно уменьшить масштаб времени. Человечество ранее сталкивалось с двумя подобными нелинейностями. Первая произошла примерно десять тысяч лет назад с изобретением земледелия, которое положило конец эпохе собирателей и привело нас в аграрную эпоху. Вторая началась с Просвещения около четырехсот лет назад, что способствовало наступлению индустриальной эпохи.

Рассмотрим собирателей сто тысяч лет назад, пытающихся предсказать, как будет выглядеть общество после изобретения сельского хозяйства. Даже то, что кажется таким банально очевидным, как проживание в зданиях, трудно представить с точки зрения мигрирующих племен. Точно так же многое из того, что мы имеем сегодня от современной медицины до компьютерных технологий напоминало бы магию для тех, кто жил совсем недавно, в середине двадцатого века. Было бы трудно предвидеть не только существование смартфонов, но и уровень доступности такой технологии.

Книга World After Capital преследует две цели. Во-первых, необходимо установить, что в настоящее время мы переживаем третий период нелинейности. Ключевой аргумент заключается в том, что каждый раз, когда пространство возможного резко расширяется, ключевое ограничение для человечества смещается, что означает изменение дефицита, который больше всего требует распределения для удовлетворения основных потребностей человечества. В частности, изобретение сельского хозяйства сместило дефицит с продуктов питания на землю, а индустриализация сместила дефицит с земли на капитал (который во всей книге The World After Capital относится к физическому капиталу, такому как машины и здания, если не указано иное). Цифровые технологии переключают дефицит с капитала на внимание.

В некоторых частях мира дефицита капитала уже нет, и он быстро становится менее дефицитным повсюду. Мы должны считать это большим успехом капитализма. Но рынки, которые были важнейшим механизмом распределения капитала, не решат проблему нехватки внимания. Мы плохо распределяем внимание как индивидуально, так и коллективно. Например, сколько внимания вы уделяете своим друзьям и семье или экзистенциальному вопросу о смысле вашей жизни? И сколько внимания мы как общество уделяем великим вызовам и возможностям нашего времени, таким как климатический кризис и космические путешествия? Рынки не могут помочь нам лучше распределить внимание, потому что цены не существуют и не могут существовать для многих вопросов, на которые мы должны обращать внимание. Подумайте о внимании к вашей цели в жизни: нет независимого спроса и предложения; это только ваша задача уделить этому вопросу достаточно внимания.

Моя вторая цель в написании The World After Capital предложить подход, который поможет нам преодолеть ограничения рыночного капитализма и упростить плавный переход от индустриальной эпохи (в которой не хватает капитала) к эпохе знаний (в которой не хватает внимания). Правильное решение этой проблемы будет иметь решающее значение для человечества, поскольку два предыдущих перехода были отмечены огромными потрясениями. Мы уже видим признаки нарастания конфликтов внутри обществ и между системами верований по всему миру, что способствует росту популистских и националистических лидеров, включая Дональда Трампа в США.

Как нам подойти к этому третьему переходу? Какие действия следует предпринять обществу сейчас, когда нелинейность, с которой мы сталкиваемся, не позволяет нам делать точные прогнозы о будущем? Нам необходимо проводить политику, которая допускает постепенные социальные и экономические изменения; альтернативой является то, что мы искусственно подавляем эти изменения, только для того, чтобы они в конце концов взорвались. В частности, я буду утверждать, что мы должны сгладить переход к веку знаний, расширив три мощные свободы личности:

  • Экономическую свободу: установление универсального базового дохода.

  • Информационную свободу: улучшение доступа к информации и смещение контроля над вычислениями от крупных корпораций.

  • Психологическую свободу: практика и поощрение осознанности.

Увеличение этих трех свобод сделает внимание менее дефицитным. Экономическая свобода освободит время, которое мы в настоящее время проводим на рабочих местах, которые можно и нужно автоматизировать. Информационная свобода расширит доступ к информации и вычислениям. А психологическая свобода поспособствует рациональности в мире, в котором мы перегружены информацией. Каждая из этих свобод важна сама по себе, но они также усиливают друг друга.

Одна из важнейших целей в сокращении дефицита внимания - улучшить функционирование петли знаний, которая является источником всех знаний и состоит из обучения, создания и обмена. Производство большего количества знаний необходимо для прогресса человечества; История человечества изобилует несостоявшимися цивилизациями, которые не дали достаточно знаний для преодоления стоящих перед ними проблем.

Для достижения коллективного прогресса за счет увеличения индивидуальных свобод мы должны установить набор ценностей, включающий критическое исследование, демократию и ответственность. Эти ценности гарантируют, что выгоды от цикла знаний станут достоянием всего человечества и распространятся на другие виды. Они имеют центральное значение для обновленного гуманизма, который, в свою очередь, имеет объективную основу в существовании и силе человеческого знания. Подтверждение гуманизма особенно важно в то время, когда мы приближаемся к созданию транс-людей с помощью генной инженерии и аугментации, а также нео-людей с помощью искусственного интеллекта.

World After Capital утверждает, что увеличение свобод в сочетании с сильными гуманистическими ценностями это путь, по которому мы перейдем от индустриальной эпохи к эпохе знаний. Хотя я с глубоким оптимизмом смотрю на конечный потенциал человеческого прогресса, я пессимистично смотрю на то, как мы этого добьемся. Похоже, мы намерены любой ценой держаться за индустриальную эпоху, что увеличивает вероятность насильственных изменений. Я надеюсь, что, написав эту книгу, я смогу хоть немного помочь нам двигаться вперед мирным путём.

Цифровая технология

Источник: https://worldaftercapital.gitbook.io/worldaftercapital/digital
Перевод: Андрей Дунаев, 13 сентября 2020

Миллиарды людей во всем мире носят с собой смартфоны, мощные компьютеры, подключенные к глобальной сети (Интернету). Мы часто проводим с этими устройствами много часов в день, играя в игры или выполняя работу. И все же, несмотря на повсеместное распространение цифровых технологий, людям часто трудно понять, что именно делает их такими мощными.

Есть даже те, кто высмеивает цифровые технологии, указывая на такие сервисы, как Twitter, и утверждая, что они несущественны по сравнению, скажем, с изобретением вакцин. Однако становится все труднее игнорировать революционность цифровых технологий. Например, в то время как многие ранее хорошо зарекомендовавшие себя предприятия, в том числе газеты и магазины розничной торговли, испытывают трудности, компании, занимающиеся цифровыми технологиями, такие как Facebook, Apple, Amazon, Netflix и Google, сейчас входят в число наиболее ценных в мире [Fortune, 2017: Amazon and the Race to Be the First $1 Trillion Company].

Оказывается, цифровые технологии обладают двумя уникальными характеристиками, которые объясняют, почему они резко расширяют пространство возможного для человечества, выходя далеко за рамки всего, что было возможно ранее. Это нулевые предельные затраты и универсальность вычислений.

Нулевые предельные затраты

Перевод: Андрей Дунаев, 13 сентября 2020

Как только информация существует в Интернете, к ней можно получить доступ из любой точки сети без каких-либо дополнительных затрат. И по мере того, как все больше и больше людей во всем мире подключаются к Интернету, где угодно в сети все чаще становится означать где угодно в мире. Серверы уже работают, как и сетевые подключения и устройства конечных пользователей. Таким образом, создание одной дополнительной цифровой копии информации и ее доставка по сети ничего не стоит. Говоря языком экономики, предельная стоимость цифровой копии равна нулю. Это не означает, что люди не будут пытаться взимать с вас плату за эту информацию во многих случаях они это сделают. Нулевая предельная стоимость это заявление, которое относится скорее к стоимости, чем к ценам.

Нулевая предельная стоимость радикально отличается от всего, что было до нее в аналоговом мире, и делает возможными некоторые удивительные вещи. Чтобы проиллюстрировать это, представьте, что у вас есть пиццерия. Вы платите арендную плату за свой магазин и оборудование, а также платите зарплату своему персоналу и себе. Это так называемые фиксированные расходы, и они не меняются в зависимости от количества выпекаемых пицц. Переменная стоимость, с другой стороны, зависит от количества пиццы, которую вы готовите. Для пиццерии это будет включать в себя стоимость воды, муки, любых других ингредиентов, которые вы используете, и энергии, необходимой для нагрева духовки. Если вы сделаете больше пиццы, ваши переменные затраты возрастут, а если вы сделаете меньше, они уменьшатся.

Итак, что же такое предельные затраты? Что ж, допустим, вы делаете сто пицц каждый день; предельные затраты это дополнительные затраты на приготовление еще одной пиццы. Если предположить, что духовка уже горячая и в ней есть место, то стоимость ингредиентов, вероятно, относительно невысока. Если бы духовка уже остыла, то предельные затраты на дополнительную пиццу включали бы затраты энергии, необходимые для разогрева духовки, и могли бы быть довольно высокими.

С точки зрения бизнеса, вы хотели бы сделать эту дополнительную пиццу, если вы можете продать ее по цене, превышающей ее предельную стоимость. Если бы вы уже покрыли фиксированные затраты на предыдущую пиццу, каждый цент сверх предельной стоимости дополнительной пиццы был бы прибылью. Предельная стоимость также имеет значение с социальной точки зрения. Пока покупатель готов платить за эту пиццу больше, чем предельная стоимость, все выигрывают вы получаете дополнительный вклад в ваши фиксированные затраты или прибыль, а ваш покупатель может съесть пиццу, которую он хотел.

Давайте посмотрим, что происходит, когда предельные затраты падают с высокого уровня. Представьте, что вашим ключевым ингредиентом был чрезвычайно дорогой трюфель, а это означало, что предельная стоимость каждой из ваших пицц составляет 1000 долларов. Очевидно, что вы не будете продавать много пиццы, поэтому вы можете решить переключиться на более дешевые ингредиенты и снизить предельные затраты до такой степени, что большее количество клиентов будут готовы платить больше, чем ваши предельные затраты, так что ваши продажи увеличатся. И если вы еще больше снизите предельные затраты за счет дополнительных улучшений процессов и продуктов, вы начнете продавать еще больше пиццы.

А теперь представьте, что с помощью нового волшебного изобретения вы можете приготовить дополнительные пиццы с почти нулевыми предельными затратами (скажем, один цент за дополнительную пиццу) и мгновенно отправить их в любую точку мира. Тогда вы сможете продать чрезвычайно большое количество пиццы. Если бы вы брали всего два цента за пиццу, вы получали бы один цент прибыли с каждой проданной дополнительной пиццы. При такой низкой предельной стоимости вы, вероятно, будете монополистом на мировом рынке пиццы (подробнее об этом позже). Любой в мире, кто голоден и может позволить себе хотя бы один цент, захочет одну из ваших пицц. Лучшая цена на вашу пиццу с социальной точки зрения один цент (ваши предельные издержки) голодные будут накормлены, а вы покроете свои предельные затраты.

Именно здесь мы сейчас находимся с цифровыми технологиями. Мы можем кормить мир информацией, и этот дополнительный просмотр видео на YouTube, дополнительный доступ к Википедии или дополнительный отчет об автомобильных пробках от Waze имеют нулевую предельную стоимость. Мы должны ожидать, что определенные цифровые операции станут огромными и охватят весь земной шар почти монополиями, что мы и наблюдаем с такими компаниями, как Google и Facebook. Но и это очень важно для идеи века знаний это также означает, что с социальной точки зрения цена предельного использования должна быть нулевой.

Зачем мешать кому-либо получить доступ к YouTube, Википедии или Waze, не разрешая им доступ к системе или взимая плату, которую они не могут себе позволить? Если предельные издержки равны нулю, любой конкретный человек может получить выгоду, превышающую предельные издержки. Лучше всего то, что они могут использовать полученные знания для создания чего-то, что, в свою очередь, может доставить миру необычайное удовольствие или научный прорыв.

Мы не привыкли к нулевым предельным издержкам; большая часть экономики предполагает ненулевые предельные издержки. Вы можете представить себе нулевые предельные издержки как экономическую особенность, подобную делению на ноль в математике по мере приближения к нему начинают происходить странные вещи. Мы уже наблюдаем цифровые почти монополии и степенное распределение доходов и богатства, где небольшие вариации приводят к очень разным результатам. Более того, сейчас мы быстро приближаемся к этой особенности нулевых предельных затрат во многих других отраслях, включая финансы и образование. Первая характеристика цифровых технологий заключается в том, что они расширяют пространство возможного. Это может привести к цифровым монополиям, но также может предоставить всему человечеству доступ к мировым знаниям.

Универсальность вычислений

Перевод: Андрей Дунаев, 13 сентября 2020

Нулевая предельная стоимость это только одно свойство цифровых технологий, которое резко расширяет пространство возможного; второе в некотором смысле даже более удивительно.

Компьютеры универсальные машины. Я использую этот термин в довольно точном смысле; все, что можно вычислить во Вселенной, можно вычислить с помощью той машины, которая у нас уже есть, при наличии достаточного количества памяти и времени. Мы знаем это со времен новаторской работы Алана Тьюринга по вычислениям. Он изобрел абстрактный компьютер, который мы теперь называем машиной Тьюринга [University of Cambridge, 2012: What is a Turing machine?], прежде чем придумал доказательство, показывающее, что эта простая машина может вычислить что угодно [Wikipedia, 2017: ChurchTuring thesis].

Под вычислением я имею в виду любой процесс, который принимает информационные входы, выполняет ряд этапов обработки и производит выходные данные. Это к лучшему или худшему то, что делает человеческий мозг; он получает входные данные по нервам, выполняет некоторую внутреннюю обработку и производит выходные данные. В принципе, цифровая машина может делать все, что делает человеческий мозг.

Принципиальное ограничение окажется значительным только в том случае, если квантовые эффекты имеют значение для функционирования мозга, то есть эффекты, требующие квантовых явлений, таких как запутанность. Это горячо обсуждаемая тема [Jedlicka, Peter, 2017: Revisiting the Quantum Brain Hypothesis: Toward Quantum (Neuro)biology?]. Квантовые эффекты не меняют того, что может быть вычислено как таковое, потому что даже машина Тьюринга может теоретически моделировать квантовый эффект, но для этого потребуется непрактично долгое время потенциально миллионы лет [Timpson, Christopher G., 2004: Quantum Computers: the Church-Turing Hypothesis Versus the Turing Principle]. Если квантовые эффекты важны для мозга, нам может потребоваться дальнейший прогресс в квантовых вычислениях, чтобы воспроизвести некоторые возможности мозга. Однако я считаю, что квантовые эффекты вряд ли будут иметь значение для большинства вычислений, выполняемых человеческим мозгом, то есть если они вообще имеют значение. Конечно, однажды мы можем открыть для себя что-то новое о физической реальности, что изменит наше представление о том, что можно вычислить, но пока этого не произошло.

Долгое время это свойство универсальности не имело большого значения, потому что компьютеры были довольно глупыми по сравнению с людьми. Это расстраивало компьютерных ученых, которые со времен Тьюринга считали, что можно построить интеллектуальную машину, но долгое время не могли заставить ее работать. Даже то, что люди находят действительно простым, например, распознавание лиц, ставило компьютеры в тупик. Однако теперь у нас есть компьютеры, которые могут распознавать лица, и их производительность быстро улучшается.

Здесь можно провести аналогию с открытием человеком полета тел тяжелее воздуха. Мы давно знали, что это должно быть возможно в конце концов, птицы тяжелее воздуха и они могут летать но только в 1903 году, когда братья Райт построили первый успешный самолет, мы поняли, как это сделать [Wikipedia, 2017: Wright Brothers]. Как только они и несколько других людей поняли это, прогресс стал быстрым мы перешли от незнания, как летать, к пересечению Атлантики на пассажирских реактивных самолетах за пятьдесят пять лет (первый трансатлантический пассажирский рейс на реактивных самолетах British Overseas Airways Corporation был совершен в 1958 году [Wikipedia, 2017: British Overseas Airways Corporation]). Если вы изобразите это на графике, вы увидите прекрасный пример нелинейности. У нас не получалось постепенно совершенствоваться в полете мы не могли этого делать вообще, а потом внезапно мы могли делать это очень хорошо.

Цифровые технологии похожи; серия прорывов привела нас от практически полного отсутствия машинного интеллекта к ситуации, когда машины могут превосходить людей по многим различным задачам, включая чтение почерка и распознавание лиц [MIT Technology Review, 2015: Teaching Machines to Understand Us]. Скорость прогресса машин в обучении вождению автомобилей еще один прекрасный пример нелинейности улучшений. Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) провело свой первый так называемый Большой Вызов для беспилотных автомобилей в 2004 году. В то время они выбрали закрытый курс длиной 150 миль в пустыне Мохаве, и ни одна машина не продвинулась дальше семи миль (менее 5% дистанции) до застревания. К 2012 году, менее чем через десять лет, беспилотные автомобили Google проехали более 300 000 миль по дорогам общего пользования с другими автомобилями [Google, 2012: The self-driving car logs more miles on new wheels].

Некоторые люди могут возразить, что чтение почерка, распознавание лиц или вождение автомобиля это не то, что мы подразумеваем под интеллектом, но это просто указывает на то, что у нас нет хорошего определения этого понятия. В конце концов, если бы у вас была домашняя собака, которая могла бы выполнять любую из этих задач, не говоря уже о всех трех, вы бы назвали ее умной собакой.

Другие отмечают также, что люди обладают творческими способностями, и что машины не будут творческими, даже если мы наделим их некоторой формой интеллекта. Однако это равносильно утверждению, что творчество это нечто иное, чем вычисления. Это слово подразумевает что-то из ничего и результаты без входов, но это не природа человеческого творчества. В конце концов, музыканты создают новую музыку после того, как слушают много музыки, инженеры создают новые машины, увидев существующие, и так далее. Сейчас есть свидетельства того, что по крайней мере некоторые виды творчества можно воссоздать просто с помощью вычислений.

Google недавно совершил прорыв в области машинного интеллекта, когда их программа AlphaGo обыграла южнокорейского гроссмейстера го Ли Седоля со счетом четыре игры против одной [The Guardian, 2016: AlphaGo seals 4-1 victory over Go grandmaster Lee Sedol]. До этого момента развитие игрового программного обеспечения было сравнительно медленным, и лучшие программы не могли победить сильных клубных игроков, не говоря уже о гроссмейстерах. Количество возможных вариантов игры в го чрезвычайно велико, намного превосходит шахматы. Это означает, что поиск возможных и встречных ходов из текущей позиции, который исторически использовался шахматными компьютерами, нельзя использовать в го вместо этого необходимо предполагать ходы-кандидаты. Иными словами, игра в го требует творчества.

Подход, используемый для программы AlphaGo, начался с обучения нейронной сети играм, в которые раньше играли люди. Когда нейронная сеть стала достаточно хорошей, ее можно было улучшить, играя против самой себя. Уже достигнут прогресс в применении этих и связанных с ними методов, которые часто называют генеративными состязательными сетями (generative adversarial networks, GAN), для сочинения музыки и создания дизайна. Что еще более удивительно, было показано, что машины могут научиться творчеству не только путем изучения предшествующих человеческих игр или проектов, но и путем создания своих собственных, основанных на правилах. Более новая версия AlphaGo под названием AlphaZero начинает со знания правил игры и учится, играя в игры против себя [Hassabis, Demis; Silver, David, 2017: AlphaGo Zero: Learning from scratch]. Такой подход позволит машинам проявить творческий подход в областях, где прогресс человечества ограничен или отсутствует.

Универсальность при нулевой предельной стоимости

Перевод: Андрей Дунаев, 13 сентября 2020

Несмотря на то, что нулевая предельная стоимость и универсальность впечатляют сами по себе, в сочетании они поистине волшебны. Возьмем один пример: мы добились значительных успехов в разработке компьютерной программы, которая сможет диагностировать заболевание по симптомам пациента в несколько этапов, включая заказ тестов и интерпретацию их результатов [MIT Technology Review, 2016: The Artificially Intelligent Doctor Will Hear You Now]. Хотя мы могли ожидать этого, исходя из принципа универсальности, мы добиваемся ощутимого прогресса и должны добиться этого в течение десятилетий, если не раньше. Как только мы сможем это сделать, мы сможем, благодаря нулевым предельным затратам, предоставить недорогую диагностику любому человеку в мире. Мы должны позволить этому осознанию приходить постепенно, чтобы понять его значение: бесплатная медицинская диагностика для всех людей скоро окажется в пространстве возможного.

Универсальность вычислений с нулевыми предельными затратами не похожа ни на что из того, что мы имели с предыдущими технологиями. Возможность сделать всю мировую информацию и знания доступными для всего человечества была невозможна раньше, как и интеллектуальные машины. Теперь у нас есть и то, и другое. Это представляет собой столь же драматическое и нелинейное увеличение пространства возможного для человечества, как раньше делали сельское хозяйство и промышленность, и каждое из этих событий открыло совершенно другую эпоху. Мы сможем лучше понять, что это означает для текущего перехода и следующей эпохи, если мы сначала заложим некоторые основы.


Чтобы улучшить качество этого перевода, или поучаствовать в переводе следующих частей, присоединяйтесь к нам.

Подробнее..

Перевод Стратегия Китая по беспилотным автомобилям

25.09.2020 14:16:06 | Автор: admin
image


Китай прикладывает системные усилия к разработке беспилотных транспортных средств, ожидая, что в конечном итоге он сможет захватить автомобильный рынок.

Китай делает крупные инвестиции в беспилотные автомобили и планирует заниматься масштабным развитием во всех аспектах этого развивающегося сегмента автомобильной промышленности технологиях, стартапах, тестировании, регулировании и внедрении.

Этот материал будет состоять из двух частей и будет посвящен китайской стратегии создания беспилотного транспорта, текущему положению дел, примерам использования и обзору ключевых компаний. Информация о ведущих компаниях будет в представлена во второй части.

Полезно понять, насколько большим стал Китай в автомобильной промышленности сводка этих процессов приведена в таблице выше (в сравнении с США). Большая часть информации взята из онлайн-версии Всемирной книги фактов ЦРУ, которая является отличным источником данных обо всех странах мира.

Что касается населения, то Китай более чем в четыре раза превосходит США, но темпы роста Китая ниже. Численность рабочей силы Китая превосходит американскую в 5 раз. Кроме того, учитываются такие экономические показатели, как валовой внутренний продукт (ВВП), а также экспорт и импорт каждой страны.

Автомобильная промышленность Китая продолжала расширяться даже после того, как в 2009 году она стала крупнейшим рынком сбыта автомобилей; в 2017 году в Китае было продано более 28 миллионов автомобилей. В течение последующих двух лет продажи автомобилей в Китае снизились в 2019 году общий объем составил 24,7 миллиона. Продажи автомобилей в США, тем временем, превысили 17 миллионов за последние пять лет, хотя цифры несколько снизились в 2019 году до 17,1 миллиона. Американский автопарк продолжает расти, и концу 2019 года составлял 284 миллиона машин.

Количество автомобилей в китайском автопарке в 2019 году составило 234 млн, причем этот показатель растет быстрее, чем США (вероятно, Китай обойдет США к 2024 году). В пересчете на душу населения США намного опережают Китай, и маловероятно, что Китай когда-нибудь сократит этот разрыв. В США на 1000 человек приходится 854 автомобиля, в то время как в Китае 168 на 1000.

Данные по продажам автомобилей и численности автопарка предоставлены компанией IHS Markit, и они включают в себя легковые автомобили.

Площади стран очень близки: 9,6 миллиона квадратных километров у Китая и более 9,8 миллиона квадратных километров у США. В обеих странах одинаковая протяженность дорог с твердым покрытием около 4,3 миллиона километров.

Китай обогнал США по скоростным дорогам из-за больших инвестиций в последнее десятилетие. США лидируют по протяженности грунтовых дорог с отрывом примерно в три раза.

Я также включил данные об абонентах мобильных телефонов и интернет-пользователях, а также о ведущих китайских компаниях в обеих категориях.

В обеих странах абонентов мобильной связи больше, чем населения. Данные о пользователях Интернета в Китае поступают от CNNIC.com ресурса, который ежегодно проводит два обширных опроса пользователей Интернета с конца 1990-х годов.

Подавляющее большинство пользователей Интернета в Китае в настоящее время выходят в сеть со смартфонов.

Китайская стратегия по созданию беспилотного транспорта


image

Пекин, 2017

Китай прилагает значительные усилия для того, чтобы стать лидером в разработке, тестировании и внедрении технологий беспилотной езды. Основная причина заключается в том, что Китай считает, что он окажет большое влияние на собственную автомобильную промышленность и увеличит свой экспортный потенциал по мере того, как эти технологии будут развиваться.

Китай рассчитывает стать лидером по интеллектуальной собственности в областях электромобилей с аккумуляторными батареями (BEV), беспилотных автомобилей (AV) и технологий, лежащих в их основе. В области современных двигателей внутреннего сгорания у Китая достаточно слабые позиции. Для того, чтобы запустить собственную автомобильную промышленность, Китаю потребовались совместные предприятия с европейскими, американскими, японскими и корейскими автопроизводителями.

Китай делает ставку на то, что технологии беспилотной езды станут основным фактором в получении контроля над автомобильной промышленностью наряду с аккумуляторными электромобилями. Китай обнародовал свою стратегию по разработке беспилотных автомобилей в феврале 2020 года. Одиннадцать китайских правительственных департаментов совместно опубликовали свою Стратегию по инновациям и развитию интеллектуальных транспортных средств. Это обновление проекта, который был выпущен в январе 2018 года. Согласно этому плану, интеллектуальные транспортные средства будут использоваться вместе с автономными транспортными средствами на взаимозаменяемой основе.

В этом документе представлено предложение о том, как Китай планирует развивать беспилотный транспорт в течение следующих 30 лет. Он доступен на веб-сайте Национальной комиссии по развитию и реформам. Ссылка на китайскую версию здесь.

Следующий раздел обобщает мои взгляды на влияние этой китайской стратегии. Чтобы подытожить этот план, я использовал статью из China Law Insight.

Китайская стратегия это план того, как Китай будет ускорять развитие технологий беспилотного транспорта в течение ближайших 30 лет. В его разработке приняли участие 11 центральных китайских правительственных департаментов. Этот план свидетельствует о том, что Китай верит в то, что технологии беспилотной езды будут иметь разрушительные последствия для многих отраслей промышленности. Такой уровень вовлеченности различных департаментов показывает, что существует четкое понимание того факта, что беспилотный транспорт будет влиять на важные промышленные отрасли (такие как автомобилестроение, электроника, программное обеспечение, чипы, картография, транспорт, телекоммуникации и многие другие).

Решение вопроса о предстоящих переменах, вызванных беспилотным транспортом, потребует координации действий между правительственными ведомствами Китая. Китайская стратегия сфокусирована на множестве технологических вопросов, но также включает в себя регулирование, стандарты и необходимость переформатирования существующих транспортных сегментов.

Понимание необходимости и стимулирование этих процессов стали неожиданной инициативой правительственных организаций, и они служат хорошим предзнаменованием для развития и развертывания китайского беспилотного транспорта.

Элементы китайской стратегии по разработке беспилотного транспорта


Документ с китайской стратегией по развитию беспилотного транспорта охватывает технологии, инфраструктуру, кибербезопасность, регулирование и международное сотрудничество.

Открытые технологические системы: Китайская стратегия поощряет создание открытых систем для быстрого внедрения инноваций. Платформа Baidu Apollo AV является хорошим примером такого подхода, поскольку она создает большую экосистему для множества компаний и способствует быстрому внедрению инноваций.

Сюда входят и многие другие технологии архитектура, микросхемы для систем беспилотной езды и ИИ, программное обеспечение, программные платформы (включая операционные системы), карты высокой четкости и технологии точного определения местоположения. Также была отмечена важность развития беспилотного транспорта.

Инфраструктура для беспилотного транспорта: Китай планирует использовать несколько технологий в качестве инфраструктуры для беспилотных транспортных средств. Карты высокого разрешения уже используются всеми компаниями в этой области, включая китайские. Тем не менее, в Китае существует множество ограничений, и только несколько китайских компаний имеют необходимые разрешения на разработку карт высокой четкости. Китай также подчеркивает свое обязательство быстро развернуть 5G связь как часть своей инфраструктуры для беспилотного транспорта. Китай является лидером в развертывании 5G, но для того чтобы сравняться с нынешним покрытием сетей четвертого поколения, потребуется более пяти лет.

Китай также планирует использовать возможности C-V2X во всех сценариях использования беспилотного транспорта. Это хорошая стратегия, в конечном итоге она повысит безопасность беспилотного транспорта и упростит работу над ней. Недостатком этого протокола является то, что его работа зависит от большой базы автомобилей с поддержкой C-V2X желательно, чтобы все эти автомобили были на дороге. Развертывание C-V2X будет происходить медленнее, чем 5G, так как в настоящее время существует более 230 млн. машин без поддержки C-V2X. Следовательно, скорее всего, до 2035 года (а может и позже), большинство автомобилей на дорогах не будут оснащены этой системой. Впрочем, замена смартфонов происходит гораздо быстрее, чем замена автомобилей, а это означает, что связь V2P (от транспортного средства к пешеходу) будет полезна к 2030 году. Анализ активности пешеходов относится к числу наиболее острых проблем в области беспилотного транспорта, и ожидается, что протокол C-V2X будет весьма полезен.

Комплексная кибербезопасность: Примечательно, что этой проблеме был посвящен отдельный пункт в китайской стратегии по развитию беспилотного транспорта. Это значит, что Китай понимает важность и трудности развертывания аппаратного и программного обеспечения для обеспечения кибербезопасности. В настоящее время формируются два важных стандарта кибербезопасности в автомобильной промышленности ISO 21434 и UN WP.29. Ожидается, что Китай будет использовать или развивать эти стандарты кибербезопасности.

Международное сотрудничество: Документ о китайской стратегии поощряет отечественные и международные компании к сотрудничеству в области развития беспилотного транспорта технологий в Китае. Он также поддерживает коммерциализацию международных компаний в Китае. Китайская стратегия по развитию беспилотного транспорта требует принятия стандартов, сертификации и аккредитации случаев использования беспилотных автомобилей во всех регионах.

Обновления законов и стандартов: Китайская стратегия подчеркивает важность обновления законов и стандартов для беспилотного транспорта, причем приоритетом является ПО для беспилотной езды. Также необходимо отметить важность юридической ответственности, правовых вопросов и правил управления данными.

Обязательства и ответственность заинтересованных сторон также нуждаются в законах и регулировании. Необходимо пересмотреть и усовершенствовать китайское законодательство о дорожном движении, а также законы о съемке и обработке карт в беспилотных транспортных средствах. За исключением правил тестирования беспилотного транспорта, китайские законы не были адаптированы в терминах новой стратегии развития.

Временная линия китайской стратегии


В докладе о стратегии по развитию беспилотного транспорта кратко описывается временная линия внедрения этих планов. Тем не менее, доклад включает в себя несколько целей на 2025 год, вот некоторые из них:

  • Крупномасштабное производство беспилотных автомобилей, работающих в определенных условиях, или транспортных средств третьего уровня. В данный пункт входят и системы беспилотной езды третьего уровня, разрабатываемые несколькими OEM-производителями.
  • Развертывание беспилотных транспортных средств четвертого уровня для конкретных сред. Сюда входят роботакси, беспилотные грузовые и товарные транспортные средства. В следующей статье мы рассмотрим нынешнее состояние этих отраслей на китайском рынке.
  • Полноценные китайские стандарты для беспилотных транспортных средств, охватывающие технологические инновации, инфраструктуру, законодательство, надзор и сетевую безопасность.


Я бы ожидал, что китайская инфраструктура для беспилотного транспорта будет преимущественно развиваться в период между 2025 и 2030 годами, включая автомобильные 5G и C-V2X.

Китай является лидером по большинству аспектов разработки беспилотного транспорта технологий и его тестированию, включая все основные сценарии его использования. Пандемия COVID-19 поразила Китай, но в гораздо меньшей степени, чем США и другие страны. Китай готов стать крупнейшим конкурентом США в области беспилотного транспорта. Документ со стратегией развития был хорошо воспринят в Китае в 2020 году. Стартап-компании в области беспилотного транспорта и смежных сегментах отмечают рост инвестиций в эту отрасль. Тестирование беспилотных транспортных средств в Китае также значительно увеличилось за последние шесть месяцев о нем речь пойдет в следующей статье.

Подписывайтесь на каналы:
@TeslaHackers сообщество российских Tesla-хакеров, прокат и обучение дрифту на Tesla
@AutomotiveRu новости автоиндустрии, железо и психология вождения




image

О компании ИТЭЛМА
Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.

Читать еще полезные статьи:

Подробнее..

Геометрическое представление кривизны пространства в метрике Шварцшильда

25.09.2020 14:16:06 | Автор: admin
или два плюс два равно четыре.

Для понимания статьи достаточно школьного курса математики.

Форма множителя в метрике Шварцшильда давно не давала мне покоя своей изысканной двуличностью, и я решил уделить некоторое время изысканиям возможностей её преобразования. Сама метрика Шварцшильда получается в результате решения ОТО для вакуумного случая (тензор энергии-импульса равен нулю):

$ds^2 = - \left(1- 2 \frac{GM}{c^2 r}\right) c^2 dt^2 + \left(1- 2 \frac{GM}{c^2 r}\right)^{-1} dr^2 + r^2 \cdot d\theta^2 + r^2 \cdot \sin^2\theta \cdot d\phi^2$


Она описывает пространственно-временной континуум в окрестностях произвольного компактного массивного объекта. Компактного, значит, девиации формы незначительны в отношении к массе. Проще говоря, круглый и плотный. Обычно здесь приводят в пример чёрную дыру. Никто почему-то не приводит примеров некомпактных объектов. Герметичная палка из пенопласта в открытом космосе на бесконечном удалении от массивных объектов, например, некомпактный объект. Кубический конь на расстоянии, с которого можно разглядеть печаль в его глазах тоже.

Через объём 3-сферы


Произведём замену:

$M=\frac{E}{c^2}$


Тогда метрика станет такой:

$$display$$ds^2 = - \left(1- 2 \frac{GE}{c^\color{red}{4} r}\right) c^2 dt^2 + \left(1- 2 \frac{GE}{c^\color{red}{4} r}\right)^{-1} dr^2 + r^2 \cdot d\theta^2 + r^2 \cdot \sin^2\theta \cdot d\phi^2$$display$$


Замена была нужна только для того, чтобы обратить внимание на четвёртую степень у скорости света, потому что все циферки в формулах имеют значение. Об этом говорит вся история физики любая эмпирически полученная формула со временем получает теоретическое основание, объясняющее значения всех математических форм, которые в ней содеражатся.
Обычно в представлении этой метрики часть, связанную с физическими константами и массой тела, создающего поле, выражают через радиус Шварцшильда:

$r_s = 2 \cdot \frac{GE}{c^4}$


потому что метрика имеет особенность в этой точке. Здесь время, буквально, останавливается.
Вот так, в таком случае, выглядит вся метрика:

$ds^2 = - \left(1- \frac{r_s}{ r}\right) c^2 dt^2 + \left(1- \frac{r_s}{r}\right)^{-1} dr^2 + r^2 \cdot d\theta^2 + r^2 \cdot \sin^2\theta \cdot d\phi^2$


Но в продолжение рассуждений о физической сути явлений эта двойка:

$r_s = \color{red}{2} \cdot \frac{GE}{c^4}$


тоже должна быть осмыслена. Поэтому представим так:

$u = \frac{GE}{c^4}$


Это просто половина гравитационного радиуса $r_s$, и размерность у него такая же. Получим:

$ 1 - 2\frac{GE}{c^4r} = 1 - 2\frac{u}{r} $


Напрашивается:

$= \left( 1 - 2\frac{u}{r} + \frac{u^2}{r^2} \right) - \frac{u^2}{r^2} = \left( 1 - \frac{u}{r} \right)^2 - \frac{u^2}{r^2} = \left( \frac{r - u}{r} \right)^2 - \frac{u^2}{r^2} = $


$= \frac{(r-u)^2 - u^2}{r^2} \qquad \qquad (1)$


Уже неплохо. Зарисуем. Представим $r = OB$ конечным отрезком, $u = OA$ его частью, как показано на рисунке ниже. Очевидно, что $(r-u) = AB$.
image
Любопытно, кстати, что из $r_s = 2u$ следует, что точка $A$ находится за (под) горизонтом событий объекта энергии $E$. Вот так легко она находится, а мы не можем.
Теперь покажем, что отношение вида $(1)$ будет выполняться для всех точек, имеющих геометрическое место на перпендикуляре к $OB$ в точке $A$:

$\frac{(r-u)^2 - u^2}{r^2} = \frac{((r-u)^2 + a^2) - (u^2 + a^2)}{r^2} = \frac{b^2 - d^2}{r^2} \qquad \qquad (2) $


image
для любых $b = CB$ и $d = OC$.
Говоря проще, разность квадратов $(r-u)^2 - u^2$ эквивалентна разности любых величин, проекциями которых на $OB$ являются $AB$ и $OA$ соответственно, при условии, что точка $C$ у них общая.
Дальше предположим, что $u = u(E)$ и $(r-u)$, наоборот, проекции $r = OB$ на какие-то оси, то есть пифагорова сумма двух величин, в исходном виде перпендикулярных друг другу. Переводя это в требование, рассмотрим случай $\angle{OCB} = \pi/2$, для которого верно:

$b^2 = r^2 - d^2 \rightarrow (2) \rightarrow \frac{b^2 - d^2}{r^2} = 1 - 2\frac{d^2}{r^2} \qquad \qquad (3)$


image
Доработаем $(3)$ аналогично начальной итерации:

$1 - 2\frac{d^2}{r^2} = \left( 1 - 2\frac{d^2}{r^2} + \frac{d^4}{r^4} \right) - \frac{d^4}{r^4} = \frac{(r^2-d^2)^2 - d^4}{r^4} =$


$= \frac{b^4 - d^4}{\sqrt{b^2 + d^2}^4} = \frac{b^4 - d^4}{r^4}\qquad \qquad (4)$


Вот и четвёртая степень. Формула объёма 3-сферы:

$V = \frac{\pi^2 \cdot R^4}{2}$


Это я к тому, что если домножить и разделить $(4)$ на $\pi^2/2$:

$\frac{b^4 - d^4}{r^4} = \frac{\pi^2}{2} \cdot \frac{2}{\pi^2} \cdot \frac{b^4 - d^4}{r^4} = \frac{V_b - V_d}{V_r} \qquad \qquad (5)$


то множитель в метрике Шварцшильда превращается в разность объёмов двух 3-сфер, построенных вокруг двух радиальных проекций точки относительно центра поля, соотнесённой к объёму 3-сферы, образуемой полным расстоянием между точкой и центром поля.
С учётом того, что полный радиус задаётся проекциями, всю эту конструкцию весьма лаконично задают два параметра, один из которых связан с энергией, а второй нет. Там точно две координаты.

Выводы


Замечательными следствиями такого представления являются:
1. Из формы множителя видно, что поведение фотона ограничивает видимую зону пятимерного пространства-времени. За её пределами можно спрятать нечто гравитирующее, но невидимое.
2. Наличие второй спрятанной координаты избавляет от парадокса нулевого времени.
3. Раз кривизна пространства вокруг массивного тела может быть всегда разложена на две компоненты, одна из которых связана с энергией тела, а вторая исключительно с пространством, то следующим шагом надо решить уравнения ОТО для вакуумного случая пятимерного пространства-времени. Об этом в следующей статье.

Бонус. Через угол


Очевидно, что можно выразить значимость поля в точке через плоский угол, выражающий отклонение траектории движения от плоского пространства (в отсутствие гравитационных полей).
Выразим величины $b$ и $d$ через угол $\alpha = \angle{OBC}$: $b = r \cdot \cos\alpha; \ d = r \cdot \sin\alpha$. Назовём его угол кривизны траектории. Тогда множитель можно выразить очень по-разному:

$1 - 2\frac{GE}{c^4r} = \cos^2\alpha - \sin^2\alpha = \cos^4\alpha - \sin^4\alpha = 1 - 2 \sin^2\alpha = $


$= \frac{1-\tan^2\alpha}{1 + \tan^2\alpha} = \cos2\alpha \qquad \qquad (6) $


Особенно мне нравится вариант с тангенсами.
image
Подставим в исходный интервал:

$ ds^2 = -\cos 2\alpha \cdot c^2dt^2 + \cos^{-1} 2\alpha \cdot dr^2 + r^2 \cdot d\theta^2 + r^2 \cdot \sin^2\theta \cdot d\phi^2 $


Всё, как и должно, превращается в плоскую метрику Минковского при $\alpha = 0$.
Здесь точно должен быть пятый
Продолжение следует.
Подробнее..

Перевод Предком всех автомобилей с ДВС были гидроциклы, работавшие на мхе. Их создал тот же человек, что изобрел фотографию

26.09.2020 14:08:40 | Автор: admin
image

Должен признать, что заголовок очень громоздкий просто мне очень нравится сколько всего в нем собрано, тем более, что это правда. Первый в истории процесс внутреннего сгорания, который приводил в движение какое-либо транспортное средство, был вызван топливом на основе мха. Двигатель, о котором идет речь, был установлен в лодке, работавшей по принципу гидроцикла. И да, изобретателем этого двигателя был человек, которой позднее сделал первую в истории фотографию. Наш мир может быть невероятно удивительным.

Первый двигатель внутреннего сгорания в 1806 изобрели братья Ньепсы: Нисефор (именно он позднее стал изобретателем фотографии) и Клод. Свое изобретение они назвали пиреолофор (pyreolophore, от латинского pyr огонь, eolo ветер, phore перевозка или производство).

В качестве топлива для двигателя использовалась смесь ликоподиевого порошка (споры мха, взрывающиеся при рассеивании), угольной пыли и смолы.

В своем патенте 1807 года братья описывали свое изобретение как новую машину, принцип работы которой заключается в расширении воздуха под действием огня.

Расширение этого воздуха приводило в действие поршень, хотя общая компоновка совершенно не похожа на конструкцию современного четырехтактного двигателя. Принцип работы двигателя был описан в 1824 году Сади Карно, автором второго закона термодинамики, продемонстрировавшего верхний предел эффективности использования тепловой энергии для работы в двигателях.

image

Карно описал двигатель в своей книге под названием Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу. Судя по отрывкам вроде того, что приведен ниже, книга очень увлекательная:

Среди попыток развивать движущую силу огня посредством атмосферного воздуха следует отметить попытку господ Ньепсов, сделанную ими несколько лет тому назад во Франции; изобретатели назвали свой прибор пиреолофор. Вот, примерно, его устройство: атмосферный воздух наполнял при обычной плотности цилиндр с поршнем. Кроме того туда вводился очень горючий материал в виде мелкого порошка, который несколько времени оставался в воздухе взвешенным; наконец, туда вводился огонь. Воспламенение производит почти такой эффект, как если бы внутри цилиндра находилась смесь воздуха и горючего газа, например, воздуха и углеводорода; происходит род взрыва, внезапное расширение упругой жидкости; это расширение используется, его заставляют целиком действовать на поршень. Последний получает движение некоторой амплитуды, и таким образом развивается движущая сила. После этого ничто не препятствует переменить воздух и возобновить операция, подобную первой.

На практике же пиреолофор не был соединен с коленвалом привода гребного винта лодки, на которой он использовался в 1807 году. Двигатель работал скорее по принципу гидроцикла силы всасывания и выталкивания воды из поршня использовались для забора воды в передней части лодки и выталкивания из задней.

image

Похоже, эта лодка была первым транспортным средством, приводимым в движение двигателем внутреннего сгорания. Впрочем, автомобиль De Rivaz с водородным двигателем появился в следующем, 1808 году (хотя некоторые источники указывают на 1807 я придерживаюсь этой же позиции).

Кажется удивительным, но братья Ньепс, кажется, также изобрели концепцию впрыска топлива, перешагнув через эпоху карбюраторов они искали топливо, которое будет работать более эффективно и стоить меньше, чем дорогостоящие, но очень легковоспламеняющиеся споры мха.

Впервые предложив эту идею в июне 1816 года, Нисефор написал брату об использовании керосина в качестве топлива, а в июле следующего года, после долгих испытаний, проведенных Клодом, была предложена идея впрыска топлива:

В самом деле, если удастся впрыснуть белое нефтяное масло с достаточной энергией, чтобы добиться мгновенного испарения, я уверен, мой дорогой друг, что вы должны получить наиболее удовлетворяющий результат.

Этот удовлетворяющий результат используется в двигателях и по сей день. Некоторые из их испытаний были удивительно просты они пропускали топливо через трубки, используя языки в качестве клапанов:

Та часть, через которую он должен был продуть, имела длину около 66 см, а та, через которую протекало масло, около 33 см. Выхлоп был скошен, как и в предыдущем эксперименте.

Эксперимент был исключительно успешен: Пламя, по сравнению с небольшим количеством используемого масла, было огромным, интенсивным, появлялось мгновенно, а детонация была похожа на взрыв ликоподия, сказал Нисефор, и добавил: Результаты, которые я только что получил, возродили мой дух и полностью удовлетворили меня

Изобретение Ньепсов было далеко от двигателей, работавших по принципу цикла Отто, захвативших мир позднее, но стартовая позиция все же была за ними.

Нисефор и Клод два последующих десятилетия занимались усовершенствованием и продвижением своего двигателя, но к 1813 году Нисефор начал интересоваться литографией, благодаря чему в 1826 году он изобрел фотографию.

Для своих опытов Нисефор использовал простую камеру-люциду (по сути это просто коробка с небольшим отверстием пинхол-камера) и оловянную пластину, покрытую раствором на основе битума ее он подвергал воздействию солнечного света на протяжении примерно восьми часов.

Затем он промывал пластинку раствором из масла лаванды и керосина (белой нефти), проявляя на ней постоянное изображение.

image

Как видите, качество изображения не очень высокое, но это работало Нисефор Ньепс доказал, что свет может быть запечатлен в виде изображения, и эти эксперименты проложили тропу всей фотографии.

Все это действительно невероятно одному человеку довелось оказаться у истоков столь огромных и непохожих достижений человечества. И особенно круто, что в этом рассказе присутствуют гидроциклы и мох.





image

Вакансии
НПП ИТЭЛМА всегда рада молодым специалистам, выпускникам автомобильных, технических вузов, а также физико-математических факультетов любых других высших учебных заведений.

У вас будет возможность разрабатывать софт разного уровня, тестировать, запускать в производство и видеть в действии готовые автомобильные изделия, к созданию которых вы приложили руку.

В компании организован специальный испытательный центр, дающий возможность проводить исследования в области управления ДВС, в том числе и в составе автомобиля. Испытательная лаборатория включает моторные боксы, барабанные стенды, температурную и климатическую установки, вибрационный стенд, камеру соляного тумана, рентгеновскую установку и другое специализированное оборудование.

Если вам интересно попробовать свои силы в решении тех задач, которые у нас есть, пишите в личку.



О компании ИТЭЛМА
Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.

Подробнее..

Bryce кто и сколько полетит к Луне в 20-е годы. Прогноз

27.09.2020 02:04:55 | Автор: admin

Вячеслав Ермолин 26 сентября 2020 года

На портале Bryceопубликован прогноз(инфографика) о космической деятельности на ближайшие 10 лет. Прогноз по трем категориям: пилотируемые программы на орбите земли (модули ОС, пилотируемые и грузовые миссии), полеты на Луну (беспилотные и пилотируемые), полеты на Марс (беспилотные).

По данным Bryce cделал отдельно инфографику по каждому направлению.
Первая пилотируемые миссии на орбиту Земли:
Вторая пилотируемые, грузовые и научные миссии к Луне:

Лунная программа в предстоящие десять лет включает всех космических игроков. Но этоамериканское десятилетие Луны грандиозная программа создания базы постоянного присутствия людей (американцев) на орбите и поверхности Луны.

Восемь пилотируемых экспедиций на орбиту и поверхность Луны, Строительство лунной орбитальной станции. Десятки грузовых и научных аппаратов, модули лунной базы. 72 миссии за десять лет, 32 астронавта достигших орбиты Луны, 14 высадившихся на поверхность.

Американская программа исследования и освоения Луны реализуется в рамках программы Артемида президента Трампа высадка на поверхность Луны в 2024 году, впервые с 72-го года, еще одного американского мужчины и первой женщины. Пилотируемые полеты на новых кораблях Orion. Грузовые миссии на новых грузовых кораблях SpaceX. Строительство Gateway. Строительство лунной базы из стационарного и мобильного модуля.

Пять беспилотных научных миссий к Луне. Три полета пилотируемого корабля с высадкой на поверхность в 2029 году.

Русская лунная программа ставит целью первую высадку космонавтов на поверхность Луны. Пилотируемый корабль Орел. Неизвестный посадочный модуль. Неизвестный состав и программа полета.

Четыре научные миссии с беспилотными аппаратами. Подготовка к пилотируемым полетам.

Одиннадцать миссий других стран и частных компаний. Научные аппараты около Луны и на ее поверхности, в том числе луноходы. Пилотируемый облет Луны сборной команды астронавтов и туристов на корабле Starship от компании SpaceX.

Выводы:

Оценка Brуce опирается на известные данные программы Artemis. А также программы и заявления других стран различной степени детализации и достоверности. В отличии от пилотируемых полетов к МКС достоверность прогноза низкая.

Никакой лунной гонки нет. Есть одна большая, дорогая и интересная лунная программа США. На реализацию которой выделены большие деньги и поставлены цели для промышленности и науки.

Русская лунная программа является пока концептом. Нет конкретных технических и организационных решений.

Китайская лунная программа покрыта тайной. Есть данные о научных лунных аппаратах, которые в основном повторяют лунные программы США и СССР 70-х годов. Однако строительство и испытания нового тяжелого пилотируемого корабля однозначно говорит о лунных амбициях Китая.

Лунная гонка возможна только в урезанном формате кто будет второй на Луне. Есть пока только два претендента Китай и Россия.

Замечание:

  1. Оценка Bryce опирается на график программы Artemis. Сроки реализации и объем программы могут быть скорректированы. Установка конкретного срока высадки американцев в 24-м году требует напряженной и быстрой работы. С некоторой вероятностью эти сроки будут перенесены на конец десятилетия.

  2. Российская лунная программа пока выглядит типичным флаговтыком демонстрации возможностей и установкой приоритета.

  3. Все остальные страны демонстрируют свои возможности в исследовании Луны повторяя чужие достижения. С большой вероятностью большинство лунных миссий будут встроены в американскую программу Artemis.

    Ссылкана первую часть пилотируемые полеты
    Ссылкана отчеты Bryce
    Hiresинфографики

    Оригинальная инфографика Bryce.
    Инфографика программы Artemis.

Подробнее..

Категории

Последние комментарии

© 2006-2020, personeltest.ru