Рассмотрен метод повышения эффективности онтологического моделирования при разработке и изготовлении оптических микроэлектромеханических систем на основе разработки паттерна содержания онтологии. Паттерн позволяет наглядно представлять логические взаимосвязи между элементами, из которых состоит изделие, и их характеристиками; изделиями, которые можно изготовлять с использованием определенных процессов и материалов; процессами и материалами, необходимыми для изготовления нескольких изделий. Паттерн также дает возможность через систему запросов определять необходимый набор операций и материалов для получения конкретных изделий. На примере оптического переключателя показана процедура применения паттерна содержания начиная с конструктивно-технологического анализа изделия, включая описание конструктивных элементов изделия, их материалов и взаимосвязей с технологическими процессами. Сформированная онтология в редакторе Protege содержит информацию о 20 видах микросистем с выделением логических связей оптического переключателя микроэлектромеханических систем с индивидами основных классов паттерна. Предложенный метод повышает эффективность управления знаниями в цифровой среде и открывает перспективу для дальнейшего применения онтологического моделирования. Представленная модель предусматривает расширение ее структуры и увеличение степени детализации описания ее элементов
Способность больших языковых моделей справляться с интеллектуальными задачами является крайне важным навыком в различных средах, для которых требуется принимать решения на основе общедоступной информации. В обучении с подкреплением, особенно в мультиагентном, независимо от сложности среды, крайне важно на основе простых действий достигать значимых результатов, которые с точки зрения ретроспективы могли казаться невыполнимыми. Рассмотрена возможность использования большой языковой модели Mistral-7B Instruct-v0.3 для применения в задаче мультиагентного обучения с подкреплением. Разработан метод взаимодействия с Large Language Model (LLM) для использования рассуждения большой языковой модели для задачи планирования и распределения действий. Проведена оценка рефлексии большой языковой модели в результате действий, которые обозначены как необходимые для достижения поставленной в среде цели. Реализуемый трансфер знаний из LLM позволяет использовать успешные подходы для задач мультиагентного обучения с подкреплением в среде мира-сетки. Выполнено экспериментальное сравнение алгоритмов машинного обучения, которые могут эффективно взаимодействовать с предоставляемой им информацией, полученной в результате взаимодействия с большой языковой моделью. Предлагаемый метод позволяет встроить в обучение мультиагентной системы структуру рассуждения LLM
Представлены результаты комплексного анализа методов квантования, направленных на оптимизацию моделей машинного обучения для развертывания в условиях ограниченных ресурсов TinyML. Рассмотрены различные схемы квантования, включая равномерное, логарифмическое и обученное квантование и оценено их влияние на производительность разных нейросетевых архитектур, таких как MobileNetV1/V2, ResNet-50, ShuffleNetV2 и Mamba. Результаты экспериментов показывают, что переход от 32-битных чисел с плавающей запятой к 8-битным целочисленным представлениям позволяет уменьшить размер моделей в 4 раза, при этом потеря точности составляет менее 2 %. Гибридные схемы смешанной точности демонстрируют оптимальный баланс между степенью сжатия и сохранением точности. Измерения, проведенные на платформе STM32U5, подтверждают значительное снижение энергопотребления (в 4,3 раза) при использовании 8-битного квантования. Предложены практические рекомендации по выбору оптимальных схем квантования в зависимости от аппаратных ограничений и специфики решаемой задачи. Обозначены перспективные направления дальнейших исследований, в частности, интеграция алгоритмов обучения с подкреплением для динамического выбора битности и разработка методов аппаратно-программной ко-оптимизации для отечественных микроконтроллеров (К1879ВГ1Т)
Использование методов глубокого обучения для обработки сигналов sEMG широко распространилось в последнее десятилетие, что дало многообещающие результаты, касающиеся повышения производительности в обоих направлениях: значений показателей оценки и скорости прохождения этапов обучения и тестирования. Одним из наиболее распространенных методов в этой области является RNN, поскольку их структура соответствует природе сигнала sEMG как сигнала временного ряда. В этой статье мы разработали две модели с использованием RNN; одна была однослойной, а другая - многослойной. Мы использовали исходные значения сигналов в качестве характеристик, а не извлекали какие-либо другие функции, такие как RMS, с целью снижения сложности обработки.
Рассмотрены вопросы эффективности применения фотокаталитических пленок диоксида титана в устройствах для очистки воды. Несмотря на множество работ, опубликованных по этой тематике, информация о влиянии фотокатализа на характеристики обеззараживаемой воды довольно противоречива и не систематизирована: связано это с большим числом параметров, по которым оценивается качество воды. К важнейшим из таких параметров можно отнести мутность и цветность. Для их определения оптическое пропускание является фундаментальным параметром. Методом импульсного реактивного магнетронного распыления сформирована фотокаталитическая пленка TiO2 на внешней поверхности кварцевой колбы, защищающей УФ-лампу устройства для очистки воды от механических повреждений. Предложенное решение позволяет избежать потерь УФ-излучения на преодоление слоя воды, что положительно сказывается на интенсивности фотокаталитической реакции. Апробирована экспериментальная установка, состоящая из проточного обеззараживателя, в котором осуществляется разложение органических загрязнителей, резервуара с очищаемой жидкостью и насоса. Эта установка позволяет провести оценку эффективности применения фотокаталитических элементов в устройствах для очистки воды. Экспериментально показано, что применение фотокаталитического элемента в проточном реакторе для очистки воды позволяет увеличить минимальное оптическое пропускание 0,005 % раствора метиленового синего в диапазоне длин волн 500…700 нм от 40…45 % при разложении УФ-обеззараживателем без фотокаталитического элемента до 58…65 % при использовании фотокаталитического элемента
Предложена методика обработки данных, полученных с применением дифференциально-сканирующей калориметрии при экспериментальных исследованиях кинетики процессов с высоким тепловыделением в условиях термогравиметрического анализа. Ввиду нелинейной зависимости скорости химической реакции от температуры регулирование условий теплообмена требует специальных условий проведения измерений, в том числе предполагающих изменение температурной программы во время протекания исследуемого процесса. Более простой подход заключается в оценке разности температуры реагирующего образца и газовой среды. Существенный недостаток этого подхода — отсутствие прямой зависимости интенсивности тепловыделения от температуры образца. В связи с этим обработка измерений должна включать в себя большее число свободных параметров, в том числе коэффициенты теплообмена. Вместо этого предложено решение обратной задачи для оценки неизвестных параметров, включая отклонение температуры образца от температуры печи. Основное допущение — выбор упрощенной одностадийной схемы химического превращения, которая позволяет сократить число независимых коэффициентов кинетической модели. Для схемы проведен перебор вариантов на сетке параметров с отбором по статистическим критериям. Полученные значения параметров позволяют оценить температуру горения образца. Результаты расчетов показывают, что температура углеродных образцов при окислении смесями воздуха с аргоном может существенно превышать температуру печи для малых навесок, поэтому кинетический анализ полученных кривых без учета перегрева может приводить к погрешностям определения параметров реакционной способности. Предложен выбор дополнительных ограничений, позволяющих получить однозначное решение
Приведены результаты измерения спектров отражения незагрязненных и загрязненных нефтепродуктами водных объектов на земной поверхности в ближнем ИК-диапазоне. В качестве загрязнителей использованы различные типы нефтепродуктов (товарная нефть Московского и Рязанского НПЗ, керосин, дизельное топливо, газовый конденсат, различные марки бензина, моторных масел). Исследуемые образцы — лабораторные модели водных объектов (болота, лужи на земной поверхности). Полученные результаты показывают, что для обнаружения загрязнений нефтью и нефтепродуктами водных объектов на земной поверхности в ближнем ИК-диапазоне перспективно использовать спектры отражения в диапазоне значений 1,6…1,8 мкм. Применение аппаратуры с тремя широкими спектральными каналами шириной 50 нм и центральными длинами волн 1696, 1734 и 1775 нм позволяет с высокой надежностью обнаруживать загрязнения нефтью и моторными маслами водных объектов при низкой вероятности неправильного обнаружения загрязнений. Обнаружение загрязнений водных объектов более легкими нефтепродуктами (бензины, керосины, дизельное топливо) возможно, однако вероятность обнаружения загрязнений существенно ниже
Предложена гибридная модель формирования гетерогенных коалиций мобильных роботов в системе группового управления, имеющей сетецентрическую архитектуру. Гибридная модель формирования гетерогенных коалиций включает в себя графовую и игровую компоненты. Графовая компонента характеризует коммуникационные свойства мобильных роботов как объектов инфраструктуры сетецентрической системы, а игровая - возможность кооперации мобильных роботов в форме образования коалиций, объединяющих возможности отдельных мобильных роботов и обладающих набором компетенций, который необходим для выполнения поставленной задачи. Сформированы показатели эффективности объектов сетецентрической системы, для вычисления которых использовались сетевая метрика центральности по посредничеству и теоретико-игровая метрика центральности по вектору Шепли. Постановка задачи формирования гетерогенной коалиции формализована в виде задачи дискретной многокритериальной оптимизации. Для решения поставленной задачи разработаны комбинированные эволюционные процедуры вычисления показателя центральности по посредничеству для вершин взвешенного графа и формирования оптимальной гетерогенной коалиции в кооперативной игре в форме характеристической функции. Решена задача формирования гетерогенной коалиции мобильных роботов в составе сетецентрической системы для выполнения специализированной задачи
Применение графовых моделей является одним из наиболее перспективных направлений развития систем аналитики данных и искусственного интеллекта. Исследования в этой области затрагивают не только классические графы, но и такие сложные виды, как гипер- и метаграфы. Масштаб и сложность возникающих задач обработки графовых моделей делает актуальной разработку специализированных аппаратно-программных средств, повышающих эффективность существующих вычислительных комплексов для такого рода нагрузки. Рассмотрены архитектура и особенности функционирования вычислительного комплекса и облачной платформы «Тераграф», предназначенной для обработки графов большой размерности. Основным принципом, заложенным в архитектуру вычислительного комплекса, является применение многоуровневой ассоциативной подсистемы памяти, что существенно повлияло на методологию разработки и особенности функционирования программ. Приведено систематическое описание структуры аппаратного и программного обеспечения вычислительного комплекса. Представлены основные технические решения, которые позволили реализовать ассоциативную память большого размера на основе адресной памяти DDR4 DRAM. Ассоциативно-адресная трансляция для доступа к такому накопителю реализована на основе блока обработки трасс микропроцессора «Леонард Эйлер». Представлено дальнейшее усовершенствование технических средств подсистемы сетевого взаимодействия, осноанной на двунаправленной кольцевой топологии и высокоскоростных линиях 100Gb Ethernet
В предыдущих работах авторов подтверждена принципиальная возможность обеспечения вибростойкости применяемого в бесплатформенном измерительном блоке вибрационно-струнного акселерометра и представлен облик системы амортизации и демпфирования. Для этого создана математическая модель, на основе которой разработана программа на языке Python, позволяющая исследовать эффективность изменения параметров системы амортизации и демпфирования итерационным методом. Здесь проведена оценка влияния работы выбранной системы амортизации и демпфирования на точность выполнения целевой задачи и определены особенности облика блока. Полученные уточнения внедрены в программу на языке Python. Оценены результаты исследования при итерационном задании характеристик системы амортизации и демпфирования. Математическая модель бесплатформенной инерциальной навигационной системы построена на основе волоконно-оптических гироскопов и вибрационно-струнных акселерометров. Проведена оценка влияния массы элементов конструкции системы амортизации и демпфирования, а также погрешностей начальной выставки на точность работы бесплатформенной инерциальной навигационной системы. Согласно полученным результатам, сделан вывод о необходимости дальнейшего исследования методами поиска оптимальных решений в многокритериальной задаче
Рассмотрена расширенная задача оптимального управления, в которой необходимо не только определить функцию управления как функцию времени, обеспечивающую достижение цели управления с оптимальным значением заданного критерия качества, но и обеспечить существование свойства притяжения оптимальной траектории в некоторой ее окрестности. Это свойство позволяет найти такую функцию управления, которую можно реализовать непосредственно в реальном объекте. Для решения задачи синтезируется универсальная система стабилизации движения объекта управления по заданной траектории. Здесь использовано машинное обучение управления с использованием символьной регрессии. Символьная регрессия позволяет найти структуру и параметры функции управления без участия человека. Чтобы обеспечить универсальность синтезированной системы стабилизации, символьная регрессия ищет одну систему стабилизации для некоторых заданных различных траекторий. Синтезированная система стабилизации и исходная математическая модель объекта управления вводятся в систему управления объектом. Полученная математическая модель объекта управления позволяет решить расширенную задачу оптимального управления и получить функцию управления, реализуемую непосредственно в реальном объекте. Представлен пример решения расширенной задачи оптимального управления пространственным движением квадрокоптера
Выполнена оптимизация оптической схемы длиннофокусного ахромата с менисковым корректором «Таир» ( F = 400 мм, 1:4,5) с разделением трудоемкого в производстве мениска на две более простые в изготовлении линзы и заменой оптических материалов. Проведен анализ дисперсионных свойств оптических стекол из каталогов АО «ЛЗОС» (Россия) и CDGM (Китай), близких по параметрам к используемым в оптической схеме корректора «Таир». Установлено, что эти материалы и их комбинации дают возможность улучшения оптического качества исходного объектива. Исследовано влияние выбора материалов линз объектива «Таир» с использованием каталогов АО «ЛЗОС» и CDGM на степени исправления хроматических аберраций и качество изображения, описываемое в терминах функции передачи модуляции для видимого диапазона длин волн. Проведено сравнение характеристик объективов, использующих как оригинальную оптическую схему, так и модифицированную с применением различных оптических материалов. Предложен вариант объектива типа «Таир» упрощенной конструкции, который обладает значительным превосходством оптических характеристик по сравнению с другими вариантами исполнения