Новости науки. Создана система для обнаружения пузырьков в потоках газа

Руководитель исследования от УрФУ Илья Стародумов объясняет процесс газопереноса. Фото пресс-службы УрФУ/Анастасия Фарафонтова

Счет идет на пузырьки

Бесконтактную систему компьютерного зрения для обнаружения пузырьков в потоках газа и жидкости разработали специалисты Уральского федерального университета с коллегами из Университета ИТМО и Московского физико-технического института (МФТИ, Физтех). Кроме обнаружения пузырьков система рассчитывает траекторию их движения и форму. Многие промышленные процессы (флотация, кавитация, работа биореакторов) используют пузырьки с разными параметрами, отклонения от которых могут вызывать негативные последствия.

Потоки пузырьков, их форма и траектории движения непосредственно влияют на потоки вещества в разных средах, причем поведение этой системы в зависимости от химического состава газа и физических особенностей может отличаться. Даже в сладких газированных напитках и шампанском цикл формирования, распространения в стакане и разрушение пузырьков углекислого газа (перляж) происходят по-разному, рассказали специалисты УрФУ.

Существующие методы контроля их формы и траектории имеют значительные ограничения: некоторые неэффективны при высоких скоростях потока, другие требуют периодического отбора пробы. Исследователи представили новый инструмент бесконтактного слежения за поведением пузырьков на основе компьютерного зрения и нейронных сетей.

«В биотехнологии обнаружение пузырьков и определение их характеристик жизненно важны для оптимизации работы биореактора, поскольку пузырьки существенно влияют на перенос кислорода и распределение питательных веществ, непосредственно влияя на рост и продуктивность микроорганизмов. Результаты нашего исследования улучшают точный мониторинг динамики пузырьков, позволяя лучше контролировать скорость газообмена и повышать эффективность биопроцессов: ферментации, культивирования клеток и других биохимических реакций», – поясняет ведущий научных сотрудник лаборатории моделирования многофазных физико-биологических сред УрФУ Илья Стародумов.

Специалист добавил, что в исследовании были проанализированы методы обнаружения пузырьков и разработан алгоритм сегментации с использованием модели нейронной сети YOLOv9c. Как отметил Стародумов, в этой модели используются экспериментальные данные, в том числе коэффициент диффузии газа при задержке жидкости и газа, а также алгоритмы масштабирования и усреднения, что позволяет адаптировать ее для самых разных комбинаций систем «жидкость–газ».

Специалисты провели экспериментальные работы по подтверждению точности работы системы. При этом показатели качества оказались выше, чем у контактных и бесконтактных промышленных аналогов.

Анна Маринович. Отдел научных коммуникаций УрФУ.

НАЗВАНЫ ЛАУРЕАТЫ НАУЧНОЙ ПРЕМИИ СБЕРА

Названы имена победителей третьей Научной премии Сбера – ежегодной награды для ученых, которые ведут активную исследовательскую деятельность в России и открывают новые перспективы развития науки и технологий. В этом году количество номинаций стало больше в два раза – Сбер отдельно отметил молодых ученых за применение искусственного интеллекта (Artificial Intelligence, AI) в различных областях науки. Лауреатами стали:

– в номинации «Физический мир» – член-корреспондент РАН, доктор химических наук, завкафедрой электрохимии химического факультета МГУ Евгений Антипов;

– в номинации «Науки о жизни» – академик РАН, доктор биологических наук, ректор Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н.И. Пирогова Сергей Лукьянов;

– в номинации «Цифровая вселенная» (математика, компьютерные науки и информатика) – доктор физико-математических наук, профессор, директор Центра искусственного интеллекта Сколтеха Евгений Бурнаев;

– в номинации «AI в науке. Физический мир» – доктор физико-математических наук, профессор, руководитель научной группы промышленно ориентированного поиска материалов Сколтеха Александр Квашнин;

– в номинации «AI в науке. Науки о жизни» – биоинформатик, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института энергетических проблем химической физики Марк Иванов;

– в номинации «AI в науке. Цифровая вселенная» – кандидат физико-математических наук, старший преподаватель и руководитель исследовательской группы по генеративному искусственному интеллекту Центра искусственного интеллекта Сколтеха Александр Коротин.

Премии присуждены за новые стратегии лечения тяжелых заболеваний, разработку высокотемпературных сверхпроводников и новых материалов, новаторские способы применения AI в медицине, промышленности и моделировании данных.

Итоговое решение о лауреатах принимал комитет из 10 известных ученых и представителей технологических компаний, сопредседателями которого выступили президент, председатель правления Сбербанка Герман Греф и академик РАН, ректор Сколковского института науки и технологий Александр Кулешов.

«Научная российская школа занимает ведущее место на международном конкурентном рынке исследований. Такие компании, как наша, должны вносить свой вклад в развитие престижа образования и науки. Не будет науки – не будет будущего, нашей страны и нас с вами», – подчеркнул на церемонии награждения победителей Герман Греф.

Общий призовой фонд в этом году составил 76,5 млн руб.: лауреаты в традиционных номинациях получат по 20 млн руб., победители в новых номинациях – по 4,5 млн руб. и дополнительно по 1 млн руб. на доступ к сервисам облачных вычислений.

Владимир Полканов