Оптикалық талшықтың цифрлық егізі: пермь ғалымдары интернет пен навигацияның ақауларын болжауды үйренді
Елестетіңіз: ұшақ қонуға жақындап келеді, және кенеттен навигациялық жүйе қателесе бастайды. Немесе тікелей эфирдің қызған шағында деректер орталығы деректер пакеттерін жоғалтып, трансляция үзіледі. Мұның бәріне кішкентай оптикалық талшық — бүкіл әлем бойынша жарық пен ақпаратты тасымалдайтын сол шыны жіпше себеп болуы мүмкін. Дәлірек айтсақ, талшықтың өзі емес, оның температура күрт өзгергенде күтпеген әрекет ететін қорғаныш пластикалық қабығы.
Мәселе әлем сияқты ескі: полимерлер ыстықта жұмсарады, суықта қатаяды. Қарапайым интернет-кабель үшін бұл маңызды емес, бірақ авиацияда, ғарышта немесе медицинадағы жоғары дәлдіктегі датчиктерге келгенде, температураның кез келген ауытқуы сигналды бұрмалауы мүмкін. Инженерлер сақтандыруға мәжбүр — қорғаныс қабаттарын қалыңырақ және ауырырақ етеді, бұл құрылымның құнын қымбаттатып, артық салмақ қосады. Ғарыш спутнигі үшін әрбір грамм есепте тұрса, ұшақ үшін бұл артық отын шығыны. Бірақ істен шығу қаупі бәрібір сақталады, өйткені нақты жағдайларда қабықтың мінез-құлқын дәл болжай алмайтын.
Бүгінге дейін. Пермь Политех ғалымдары оптикалық талшықтың әлемдегі тұңғыш цифрлық егізін жасады, ол оның минус 110-нан плюс 120 градус Цельсийге дейінгі экстремалды температурадағы мінез-құлқын 90% дәлдікпен болжайды. Ең бастысы — ол тек мәндердің өзін ғана емес, өзгеру жылдамдығын да ескереді. Себебі дәл күрт секіру, мысалы, жылы ангардан ұшақ бортындағы аязға шыққанда, материалға максималды жүктеме тудырады.
Мұндай модельді жасау үшін ғалымдар бірнеше жыл бойы тынымсыз эксперименттер жүргізді: үлгілерді әртүрлі жиілікпен созды, сұйық азотпен қыздырып және суытты, мыңдаған параметрлерді тіркеді. Материалдың қалай деформацияланатынын, серпімді энергияны қалай жинақтайтынын, жылуды қалай тарататынын. Нәтижесінде екі қабатты полимерлік жабынның математикалық моделі — тірі материал сияқты әрекет ететін цифрлық егіз дүниеге келді.
Әзірлемені нақты міндетте — ұшқышсыз ұшатын аппараттардың, ұшақтар мен спутниктердің бағдарын анықтайтын гироскоптарға арналған оптикалық талшықта сынады. Плюс 60-тан минус 60 градусқа дейінгі күрт өзгерісті модельдеді — дәл осындай контраст талшықты ішінен қатты сығып, созады. Бағдарлама шыны мен полимерлердің бір-біріне қалай қысым түсіретінін, кернеулер қай жерде пайда болатынын, сигналдың қалай өзгеретінін есептеді. Нәтижесінде инженер әлсіз жерлерді бірден көріп, жобалау кезеңінде қорғаныс қабаттарының пішінін түзете немесе сигналды өңдеуді реттей алатын нақты “пайдалану картасы” пайда болды.
Нәтиже таңқаларлық: экстремалды жағдайларда оптикалық талшықты датчиктердің жұмыс дәлдігін 25–40% арттыруға, ал бұйымдардың өзін жеңілірек және арзанырақ етуге болады, қажет емес жерде артық қорғанысты алып тастау арқылы. Авиация мен ғарыш үшін бұл жай үнемдеу емес — бұл қауіпсіздік пен бәсекеге қабілеттілік мәселесі.
