Введение. Фемтосекундная лазерная обработка халькогенидных стекол является перспективным методом высокоточной модификации их структуры и свойств для разработки оптических элементов инфракрасной фотоники. Одной из актуальных задач остается повышение скорости обработки стекла при обеспечении высокой пространственной точности и минимальных термических повреждений. При использовании режимов лазерного облучения с высокой частотой следования импульсов, обеспечивающих повышение производительности технологий, изменяются механизмы фазово-химических превращений и возрастает вклад накопительного нагрева. Однако динамика этих процессов в объемном материале остается недостаточно изученной. В работе предложено определение механизма изменения фазового и химического составов объемного халькогенидного стекла из селенида мышьяка (As₂Se₃) под действием серии фемтосекундных лазерных импульсов в режимах интенсивной абляции.

   Метод. В качестве объекта исследования используются пластины халькогенидного стекла As₂Se₃, подвергнутые воздействию фемтосекудных лазерных импульсов с длиной волны 515 нм и частотой следования вплоть до 1 МГц. Диагностика образцов проводится методами цифровой оптической микроскопии и рамановской спектроскопии. Теоретический анализ включает в себя как расчеты фотовозбуждения и нагрева полупроводника одиночным лазерным импульсом, так и расчеты накопительного нагрева поверхности образца с учетом трехмерного теплоотвода.

   Основные результаты. При частоте следования лазерных импульсов 1 кГц установлен порог одноимпульсной лазерной абляции и определены параметры степенной зависимости порога абляции от количества импульсов («инкубационный эффект»). Проведен детальный анализ морфологии облученных образцов и химического состава продуктов лазерной абляции, в ходе которого установлено образование аморфного селена (а-Se) и кристаллов арсенолита (Аs₂O₃). Теоретический анализ позволил оценить степени нагрева и фотовозбуждения халькогенидного стекла As₂Se₃ одиночным лазерным импульсом и выявил существенный вклад эффекта накопления тепла в нагрев поверхности при частоте следования импульсов 1 МГц. На основе совокупности полученных результатов установлен парофазный механизм преобразования фазового и химического состава в объемном халькогенидном стекле As₂Se₃ при лазерной абляции с частотой следования фемтосекундных импульсов 1 МГц.

   Обсуждение. Полученные результаты открывают перспективы для разработки высокопроизводительных технологий фемтосекундного лазерного микроструктурирования халькогенидных материалов в фотонике и сенсорике.

   Интеррогаторы на основе волоконной брэгговской решетки (ВБР) содержат подвижный рассеивающий элемент, который отслеживает центральную длину волны решетки. Подвижный элемент интеррогатора ограничивает скорость опроса. Предлагается метод опроса, не использующий подвижные элементы. Это достигается применением массива волноводов (Arrayed Waveguide Grating, AWG) для разделения отраженного спектра ВБР и сверточной нейронной сети для обучения с целью определения центральной длины волны. В большинстве известных исследований выход AWG рассматривается как одномерный массив данных для обучения нейронной сети. Однако сверточная нейронная сеть лучше всего работает с двумерными изображениями. Представлен подход, преобразующий выход AWG с помощью двумерного датчика изображения круговой конфигурации. Метод позволяет повысить точность и улучшить разрешение при прогнозировании центральной длины волны. Сигнал AWG проецируется на двумерный датчик изображения, имеющий форму сетки или круговую конфигурацию. Количество используемых каналов AWG составляет 32, что соответствует расстоянию между длинами волн каналов 0,0625 нм. Круговая конфигурация обеспечивает более точное извлечение признаков с помощью сверточной нейронной сети. Для опроса ВБР используется 32-лучевая пассивная решетка волноводов в круговой конфигурации. Она обеспечивает проецирование выходных сигналов ВБР на датчик изображения, что дает возможность прогнозировать длину волны Брэгга с высоким разрешением. Компьютерное моделирование предложенного устройства опросов продемонстрировало прогнозируемое разрешение ± 1 пм с точностью 98 %. Отметим, что представленные значения являются оценочными и подлежат уточнению на аппаратном прототипе. Такие устройства сравнительно просты в изготовлении и доступны потребителям.

   Введение. Исследованы вопросы энергетической калибровки и точных измерений спектральных характеристик элементов оптико-электронных систем, предназначенных для анализа излучения удаленных объектов. Современные методы калибровки требуют учета переменных параметров окружающей среды, особенно в инфракрасном диапазоне спектра. Это приводит к значительным погрешностям измерений и создает затруднения при проведении наземных испытаний. Сложность компенсации атмосферных эффектов, низкая точность и трудоемкость их учета при использовании классических методик приводят к значительным ошибкам и снижают качество полученных данных. Предложенный подход базируется на использовании узкоспектральных излучателей, расположенных непосредственно перед входным иллюминатором прибора, и исключает необходимость учета спектрального пропускания атмосферы.

   Метод. Вместо традиционных методов, основанных на использовании эталонных источников типа «черное тело» или фотоприемников, требующих учета пропускания воздушного тракта, предлагается применять в качестве калибровочного излучателя ряд узкоспектральных (спектрозональных) потоков излучения, воздействующих на испытуемую оптико-электронную систему непосредственно в плоскости ее входного иллюминатора, что позволяет получать спектральные характеристики исследуемых элементов напрямую, минуя этап определения пропускания воздушного промежутка. Такой подход уменьшает неопределенность измерений и позволяет проводить калибровку без привлечения сложных компенсирующих измерений.

   Основные результаты. Проведенные эксперименты подтвердили, что предложенный метод снижает неопределенность измерений минимум на два порядка по сравнению с традиционными подходами. Эффективность метода продемонстрирована на конкретных примерах, которые показали преимущества метода при исследовании источников света и измерениях спектральной чувствительности приборов.

   Обсуждение. Новизна предложенного подхода состоит в устранении основного источника неопределенности (учета спектрального пропускания атмосферы), что кардинально улучшает метрологические показатели калибровки. Предложенный метод эффективен практически во всех прикладных ситуациях и обеспечивает существенное повышение точности измерений. По сравнению с классическими решениями, метод проще реализуется технически и дает значительно лучшие результаты в области дистанционной оптической разведки, медицины, сельского хозяйства и экологии.

   Введение. Лазерно-структурированные поверхности диоксида титана (TiO₂) привлекают внимание благодаря сочетанию высокой удельной площади, биосовместимости и уникальных оптических свойств, открывающих перспективы для фотоники, сенсорики и энергетики. Особый интерес представляет изучение оптических характеристик пористых пленок Ti/TiO₂, полученных методом лазерного структурирования, с возможным проявлением плазмонных резонансов и аномальной дисперсии.

   Метод. Для создания образцов использовалась титановая лента, подвергнутая анодированию в растворе гидроксида калия с последующим наносекундным лазерным структурированием при длине волны 1064 нм и плотности энергии (3,2 ± 0,2)∙10³ Дж/см². Морфология поверхностей исследовалась методами сканирующей электронной микроскопии и оптической профилометрии, а оптические характеристики – методами спектрофотометрии и эллипсометрии. Для интерпретации спектральных данных применена модифицированная модель Адачи–Фороухи в дипольном приближении, позволяющая количественно описать вклад межзонных переходов и плазмонных мод.

   Основные результаты. Полученные в результате лазерного структурирования поверхности образцов характеризуются выраженной пористостью (линейный размер пор составляет 300–1100 нм, глубина — около 200 нм), наличием субмикронных трещин и наночастиц лазерно-структурированного материала. В спектрах отражения выявлены минимумы, соответствующие возбуждению поверхностных плазмонов и интерференционных мод. В спектрах диэлектрической проницаемости обнаружена область аномальной дисперсии и локализации поля в области длины волны 625 нм. Рассчитаны толщина скин-слоя, коэффициент Парселла для нанопоры, длина затухания плазмонных колебаний на поверхности образца, длина распространения поверхностных плазмонов и критическое значение усиления поляризуемости в области локализации плазмонного резонанса. Согласно полученным результатам моделирования, ширина запрещенной зоны сужается до 1,016 эВ. Определены значения влияния насыщения межзонного поглощения, а также воздействий, обусловленных изменением зонной структуры и от свободных носителей в полупроводниковую компоненту диэлектрической проницаемости. Решающее значение имеет влияние, вызванное сужением запрещенной зоны, однако наибольший вклад в экспериментально наблюдаемое поведение диэлектрической проницаемости вносит генерация резонансных плазмонных мод.

   Обсуждение. Установлено, что ключевым механизмом оптического отклика является резонансная локализация электромагнитного поля в нанопорах, что подтверждает проявление гиперболического метаматериального поведения. Полученный материал характеризуется значительным сужением запрещенной зоны вследствие наносекундного лазерного воздействия. Результаты исследования демонстрируют перспективность пористых лазерно-структурированных поверхностей анодированного Ti для фотонных и сенсорных устройств, а также в качестве волноводных структур.

   Введение. Развитие органической электроники стимулирует поиск новых материалов. Приоритетной задачей является нахождение соединений, обладающих высокой яркостью, эффективностью и стабильностью свечения. Кумариновые производные рассматриваются как перспективные кандидаты для решения этой задачи. Представлены результаты исследования органических светоизлучающих диодов (Organic Light-Emitting Diode, OLED), в эмиссионном слое которых использован ряд кумариновых красителей с выраженными донорно-акцепторными свойствами. Исследовано влияние структуры синтезированных молекул на фотофизические характеристики, а также на эффективность излучения светодиодов на их основе.

   Метод. Синтезирована серия органических соединений кумаринового ряда: (Е)-3-(3-(антрацен-9-ил)акрилоил)кумарин (соединение 1), 4-гидрокси-3-(5-(4-метоксифенил)-1-(п-толил)-4,5-дигидро-1Н-пиразол-3-ил)кумарин (соединение 2), 3-(1-ацетил-5-(4-метоксифенил)-4,5-дигидро-1Н-пиразол-3-ил)-4-гидроксикумарин (соединение 3), этил 7-(диэтиламино)кумарин-3-карбоксилат (соединение 4), а также известный лазерный краситель Кумарин 6 (3-(бензо[d]тиазол-2-ил)-7-(диэтиламино)кумарин) (соединение Cou), используемый в качестве эталонного соединения. Светодиоды были изготовлены методом термического напыления в вакууме и методом центрифугирования. Исследование спектров флуоресценции и электролюминесценции проводилось при помощи спектрометра Ocean Optics Maya 200 PRO. Для получения кривых затухания люминесценции применен фотоэлектронный умножитель PicoQuant PMA-C 192-N-M.

   Основные результаты. Показано, что спектральные данные (поглощение, фотолюминесценция), а также время-разрешенные измерения (время затухания флуоресценции) указывают на ключевую роль донорно-акцепторных взаимодействий, а также пространственных эффектов в формировании электронных переходов. Вольт-амперные характеристики подтвердили наличие режимов проводимости, ограниченной пространственным зарядом, и проводимости, ограниченной процессами
захвата носителей. Изучение вольт-яркостных характеристик показало, что соединение 2 демонстрирует яркость, сопоставимую с соединением Cou, что делает его наиболее перспективным для дальнейшей оптимизации органических светоизлучающих диодов. Обнаружено, что соединение 4 в составе светодиода обеспечивает белое излучение с координатами цветности, близкими к дневному свету, что делает потенциально возможным его практическое применение в осветительных системах.

   Обсуждение. Полученные данные подтверждают влияние донорно-акцепторных взаимодействий на свойства кумаринов. Степень сопряжения донорных и акцепторных фрагментов напрямую определяют спектральные сдвиги в спектрах поглощения и флуоресценции. Высокая яркость светодиодов на основе соединения 2, сопоставимая с соединением Cou, обусловлена его эффективной донорно-акцепторной системой, оптимизирующей внутримолекулярный перенос заряда и понижающей вероятность безызлучательных переходов. Напротив, ацетильная группа в соединении 3 нарушает конъюгацию, приводя к низкой яркости и малому времени жизни флуоресценции (1,7 нс) из-за безызлучательной релаксации. Способность соединения 4 обеспечивать в диодах белое излучение (цветовая температура около 6410 К, близка к дневному свету) связана с вкладом электронного транспортного слоя в спектр излучения.

   Введение. Эпитаксия сильно напряженных квантовых ям InGaAs с мольной долей индия более 35 % является технологически сложной задачей. Эффективность люминесценции таких квантовых ям в значительной степени зависит от их структурного качества. Изготовление гетероструктур с упруго-напряженными эпитаксиальными слоями требует оптимизации параметров эпитаксиального роста, одним из которых является скорость роста эпитаксиального слоя.

   Метод. Методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках GaAs изготовлены гетероструктуры с квантовыми ямами In_xGa_1–xAs (0,37 ≤ x < 0,41) с различной скоростью осаждения слоя от 0,24 Å/с до 3,3 Å/с. Методом рентгеновской дифрактометрии определены фактические толщина и состав квантовой ямы, а также исследовано структурное качество гетероструктур. Проведены измерения спектров фотолюминесценции изготовленных гетероструктур при температурах 20 К и 300 К с различной мощностью оптической накачки. На основании зависимости интенсивности фотолюминесценции от мощности накачки произведены расчеты рекомбинационных токов и оценено время безызлучательной рекомбинации в квантовых ямах исследуемых гетероструктур.

   Основные результаты. Содержание InAs в квантовых ямах изготовленных гетероструктур определено в диапазоне 37,0–40,6 %. Исходя из анализа кривых качания рентгеновской дифракции определено ухудшение структурного качества гетероструктур при низкой (0,24 Å/с) скорости роста InGaAs. Измерения методом спектроскопии фотолюминесценции показали значительно более высокую интенсивность фотолюминесценции квантовых ям с умеренной скоростью роста InGaAs (0,9–2,5 Å/с) по сравнению с остальными образцами. Рассчитанные значения времени безызлучательной рекомбинации в квантовых ямах, выращенных при умеренных скоростях роста, составили порядка 10^–6 с при температуре 20 К и 10^–9 с при 300 К. В случае увеличения и уменьшения скорости роста время безызлучательной рекомбинации сокращается.

   Обсуждение. Полученные результаты показали достижение наилучшего структурного качества сильно напряженных слоев InGaAs при поддержании скорости роста InGaAs в диапазоне 0,9–2,5 Å/с. Представленные результаты могут быть применены при оптимизации параметров эпитаксиального роста сильно напряженных квантовых ям InGaAs при изготовлении монолитного вертикально-излучающего лазера на подложке GaAs спектрального диапазона 1200–1300 нм.

   Введение. Кремниевые микроэлектромеханические датчики давления резонансно-частотного типа выделяются высокой линейностью и стабильностью выходных характеристик, что делает их особенно перспективными для прецизионных измерений. Представлено исследование влияния геометрии и напряженно-деформированного состояния мембран на чувствительность резонансно-частотных датчиков давления, а также разработка рекомендаций по оптимальному размещению резонаторов и выбору технологического маршрута формирования мембран.

   Метод. С использованием трехмерных моделей мембран различных геометрических форм выполнено численное моделирование их напряженно-деформированного состояния под действием статического давления с помощью метода конечных элементов. Метод позволяет выявить зоны локализации деформаций, наиболее подходящие для размещения резонаторов. Для изготовления тестовых образцов кремниевых мембран применено жидкостное травление с предварительным утонением пластин и последующей финишной механической обработкой.

   Основные результаты. Показано, что максимальная чувствительность достигается при позиционировании резонатора в зонах пиковых растягивающих и сжимающих напряжений. Проведен анализ зависимости формы мембраны на распределение напряжений и отклик резонатора, что позволило выявить оптимальные места расположения резонатора с точки зрения технологических допусков и чувствительности. Выполнено сравнение методов подготовки мембраны: химическое и механическое утонение с последующей полировкой. На основании проведенных измерений параметров шероховатости для мембран, изготовленных разными методами, описана более оптимальная технология их подготовки.

   Обсуждение. Полученные результаты позволяют оптимизировать геометрию и технологический процесс изготовления резонансно-частотного датчика давления, что способствует повышению чувствительности, расширению технологических допусков, снижению затрат на производство и повышению надежности устройств в промышленной эксплуатации.

   Введение. Рассмотрена задача компенсации неизвестных внешних возмущений для класса линейных стационарных многоканальных систем с различной величиной запаздывания в каналах управления. Предполагается, что внешние возмущения представляют собой гармонические сигналы с неизвестными частотами, фазами, амплитудами и смещениями, которые одновременно воздействуют как на вход, так и на выход системы. Для решения поставленной задачи используется метод прямой компенсации возмущений, основанный на принципе внутренней модели, в сочетании с классическим методом развязки по состоянию Фальба–Воловича, что позволяет повысить скорость сходимости выходных сигналов даже при небольшом коэффициенте адаптации.

   Метод. С целью устранения перекрестных взаимодействий между управляющими контурами к системе применяется метод развязки каналов на основе обратной связи по состоянию, разработанный на базе классического подхода Фальба–Воловича. Затем строится наблюдатель для оценки вектора состояния модели внешнего возмущения и на основе полученных оценок синтезируется адаптивный закон управления с расширением памяти регрессора для компенсации внешних возмущений на основе принципа внутренней модели. Стабилизация системы осуществляется одновременно с развязкой каналов управления, что позволяет перейти к задаче компенсации внешних неизвестных возмущений, минуя фазу проектирования стабилизирующего компонента управляющего сигнала. Предлагаемый метод не предполагает ограничений на наблюдаемость и устойчивость объекта управления.

   Основные результаты. Для компенсации неизвестных внешних возмущений для класса линейных стационарных многоканальных систем с различными запаздываниями в каналах управления предложен адаптивный алгоритм с расширением памяти регрессора, сочетающийся с методом развязки каналов управления по состоянию Фальба–Воловича. Показана эффективность предлагаемого подхода на примере численного моделирования в программном пакете MATLAB/Simulink. Полученные графики переходных процессов выявили ограниченность всех сигналов замкнутой системы и асимптотическую устойчивость выходных переменных при наличии различных запаздываний в каналах управления многоканальной системы, функционирующей в условиях неизвестных внешних возмущений.

   Обсуждение. Предлагаемый подход позволяет получить улучшенную скорость сходимости процессов и может быть применен в технических системах и комплексах, математическое описание которых задается в виде линейной многоканальной системы с различной величиной запаздывания в каналах управления.

   Введение. Всенаправленные мобильные платформы, известные своей маневренностью в ограниченных пространствах, часто сталкиваются не только с проблемами энергоэффективности из-за конструкции роликонесущих колес, но и с ограничениями при движении в реальных условиях эксплуатации, такими как перепады высот и неровности рельефа. Для преодоления ограничений мобильных платформ необходимо обеспечить возможность переключения между всенаправленным и классическим режимами движения с помощью адаптивного переключения режимов движения. Такой подход позволяет сочетать маневренность при навигации в тесных условиях с повышенной проходимостью и энергоэффективностью на неровных поверхностях и уклонах.

   Метод. В работе предложен алгоритм адаптивного переключения режимов движения, обеспечивающий переход от всенаправленной к классической кинематической схеме и обратно с помощью разработанного компактного механизма переключения. Для этого использованы усовершенствованные кинематические, динамические и энергетические модели в сочетании с лабораторными экспериментами с реконфигурируемой платформой. Предложенные усовершенствования позволяют осуществить простой и быстрый переход из одной кинематической схемы в другую с помощью разработанного компактного механизма переключения.

   Основные результаты. Экспериментальные исследования выполнены в лабораторных условиях на ровной бетонной поверхности, где робот выполнял движение по замкнутой траектории. В ходе эксперимента фиксировались энергопотребление и ошибки отслеживания траектории для голономного, неголономного и реконфигурируемого режимов движения. Сравнительный анализ показал, что применение предложенного алгоритма переключения позволяет снизить энергозатраты в среднем на 8 % при сохранении маневренности. Для более крупных роботов с массой, значительно превышающей массу механизма реконфигурации, экономия энергии в реальных сценариях может быть больше за счет оптимизации системой использования энергии и выбора наиболее эффективной конфигурации для различных сегментов траектории. Система сохраняет высокую маневренность и обеспечивает эффективную навигацию в сложных условиях.

   Обсуждение. Представленный алгоритм позволяет платформе достичь важнейшего баланса между мобильностью, эффективностью и точностью управления. Появляется возможность практического внедрения реконфигурируемых роботов в реальных сервисных приложениях. Полученные результаты имеют практическое значение для проектирования адаптивных механических и управляющих систем с повышенной эксплуатационной гибкостью мобильных платформ в условиях ограниченных ресурсов.

   Введение. Рассмотрена классическая задача управления по выходу для линейной системы с входным запаздыванием и постоянными известными параметрами. Объект управления может быть неустойчивым, из-за чего большинство известных методов становятся неэффективными или неконструктивными.

   Метод. Предложен новый алгоритм управления на основе наблюдателя Люенбергера и предиктора Смита с добавлением корректирующих членов, определяемых простыми выражениями, не требующими сложных вычислений. Регулятор имеет линейную структуру, однако, в корректирующем члене предусмотрен периодический сброс до нуля значений интеграторов.

   Основные результаты. Аналитически показано, что замкнутая система объекта управления с входным запаздыванием и модифицированным предиктором Смита является глобально экспоненциально устойчивой.

   Обсуждение. Предложенный метод управления системами с входным запаздыванием превосходит все известные аналоги по простоте реализации и эффективной работоспособности для неустойчивыых систем. В дальнейших исследованиях представленный подход будет направлен на нелинейные и параметрически неопределенные системы с входным запаздыванием.

   Введение. Исследована актуальная задача автоматического определения психоэмоциональных состояний человека. Научный интерес к исследованиям автоматического многомодального определения депрессии объясняется распространением тревожно-депрессивных расстройств и повышенной, в связи с этим, нагрузкой на первичное звено здравоохранения. Специфичность задачи обусловлена ее комплексностью, недостаточным объемом или неточностью исходных данных, дисбалансом классов. Сравнительные исследования показывают, что результаты классификации с полуавтоматической разметкой данных часто выше, чем при ее полной автоматизации.

   Метод. Предложенный многомодальный подход к определению депрессии сочетает полуавтоматическую разметку данных и детерминированные методы машинного обучения с использованием нескольких наборов признаков. Для обучения моделей применен многомодальный корпус Extended Distress Analysis Interview Corpus (E-DAIC), содержащий аудиозаписи, автоматически полученные из этих аудиозаписей тексты и вычисленные из видеозаписей видеопризнаки, а также аннотации с результатами тестов Patient Health Questionnaire-8 для каждой записи. Полуавтоматическая разметка позволяет получать точные временные метки и тексты высказываний для снижения зашумленности данных, используемых при обучении моделей. В предложенном подходе применяется несколько наборов признаков, извлеченных из трех модальностей (акустические экспертные признаки eGeMAPS и нейросетевые акустические признаки DenseNet, визуальные экспертные признаки OpenFace и текстовые признаки Word2Vec). Их комплексная обработка минимизирует влияние дисбаланса классов в данных на результат классификации.

   Основные результаты. Экспериментальные исследования с использованием преимущественно экспертных признаков (DenseNet, OpenFace, Word2Vec) и детерминированных методов классификации (Catboost), обладающих свойством интерпретируемости результатов, на корпусе E-DAIC позволили получить значения показателей, сопоставимые с современными международными исследованиями (68,0 % и 64,3 % по показателям взвешенной средней F1-меры (Weighted F1-measure) и невзвешенной средней полноты (Unweighted Average Recall) соответственно).

   Обсуждение. Применение полуавтоматического подхода к разметке данных и объединение модальностей позволило улучшить качество разметки и распознавание депрессии по сравнению с одномодальными подходами. Достигнуты более сбалансированные результаты классификации. Применение детерминированных методов классификации на основе деревьев решений позволит в дальнейшем провести анализ результатов классификации за счет интерпретируемости их решений. Для этой цели можно также задействовать другие методы интерпретации, например SHapley Additive exPlanations и Local Interpretable Model-agnostic Explanations.

   Введение. Рассмотрены подходы к количественной оценке различных эффектов, таких как позиционный сдвиг (Position Bias), сдвиг в сторону популярных объектов (Popularity Bias) и другие, в рекомендательных системах. Предложена новая модель качества рекомендательных систем, которая приводит выбранные метрики к одной единице измерения и определяет для каждого эффекта его влияние на систему. Полученные оценки позволяют проводить более глубокий сравнительный анализ различных систем, а также исследовать поведение системы на разных сегментах пользователей.

   Метод. Для каждой метрики в рамках предложенной модели строится две условные маргинальные плотности распределения: отдельно на релевантных и нерелевантных рекомендациях. На основе сравнения этих плотностей множество возможных значений метрики разделяется на нормальную и критическую. Модель оценивает влияние каждого эффекта на систему на основе частоты попадания значений соответствующей метрики в свою критическую область.

   Основные результаты. Для демонстрации работы модели проведен анализ четырех алгоритмов построения рекомендаций на академическом наборе данных MovieLens-100K. В ходе тестирования оценивались Popularity Bias, отсутствие новизны в рекомендациях и склонность систем рекомендовать объекты исключительно на основе демографических данных пользователей. Для каждого эффекта построена оценка его влияния на систему, приведен пример прогнозирования верхней оценки качества системы в случае устранения соответствующего эффекта.

   Обсуждение. Показано, что метрики таких эффектов, как Popularity Bias или Position Bias, могут менять распределение абсолютных значений в зависимости от рекомендательной системы. Одним из способов более надежно сравнивать разные рекомендательные системы является предложенная модель качества. Модель подходит для оценивания персональных рекомендаций независимо от сферы применения и алгоритма, который был использован для их построения.

   Введение. Развитие технологий децентрализованного управления роями беспилотных воздушных судов требует создания новых методов обеспечения их устойчивости к внутренним угрозам. Наличие в составе роя агента-нарушителя создает угрозы энергетических или информационных атак. Особенно критична ситуация, когда агент-нарушитель находится в центре роя и его влияние на соседей максимально. Существующие исследования в основном сосредоточены на обнаружении агентов-нарушителей, тогда как методы противодействия, в частности — пространственного вытеснения нарушителя из группы, — мало изучены. В работе представлен и проанализирован разработанный метод пространственного противодействия нарушителю, не требующий его явного обнаружения или обмена информацией между агентами.

   Метод. Предлагаемый метод основан на оригинальной идее проведения аналогии между управлением роем беспилотных воздушных судов (агентов) с процессами, происходящими в полупроводниковом кристалле. Противодействие агенту-нарушителю достигается за счет временного изменения агентами определенных параметров роевого взаимодействия. Вследствие этого меняется пространственная структура роя, а нарушитель, не меняющий свои параметры взаимодействия, начинает движение относительно остальных агентов, оказываясь на краю группы. В работе исследованы следующие варианты реализации разработанного метода противодействия, основанные на сжатии, расширении и последовательном перестроении структуры роя.

   Основные результаты. Выполнено имитационное моделирование поведения роя беспилотных воздушных судов в присутствии нарушителя. Показателем результативности применения метода считалась вероятность наличия у агента-нарушителя менее пяти соседних беспилотных воздушных судов, т. е. нахождение агента-нарушителя на краю группы. Наилучший результат (вероятность, близкая к 1,0) продемонстрировал вариант сжатия роя. Вариант расширения роя показал меньшую результативность (негарантированный вариант), вариант последовательного перестроения оказался неэффективным. Показано, что основной вклад в результативность метода вносит степень изменения расстояния между агентами. Метод, реализованный в варианте сжатия роя, показал эффективность для числа агентов в рое от 19 до 91.

   Обсуждение. Предложенный метод позволяет уменьшить вероятность деструктивного влияния нарушителя в рое беспилотных воздушных судов, основываясь только на локальных навигационных данных агентов, не прибегая к обнаружению нарушителя. Это дает возможность применять метод в системах с ограниченными коммуникационными возможностями. Некоторое повышение энергетических затрат может быть снижено путем оптимизации длительности воздействия и сохранения структуры роя.

   Автопромптинг — процесс автоматического подбора оптимизированных промптов к языковым моделям, который набирает свою популярность с быстрым развитием промпт-инжиниринга, обусловленного многочисленными исследованиями в области больших языковых моделей. В работе представлен ReflectivePrompt — новый метод автопромптинга на основе эволюционных алгоритмов, использующий подход рефлексивной эволюции для более точного и расширенного поиска оптимальных промптов. ReflectivePrompt использует операции краткосрочной и долгосрочной рефлексии перед операциями скрещивания и элитарной мутации для повышения качества проводимых ими изменений. Предложенный метод позволяет накапливать знания, полученные на протяжении всей эволюции, и обновлять их на каждой эпохе, исходя из текущей популяции. ReflectivePrompt был протестирован на 33 наборах данных по задачам классификации и генерации текста с использованием больших языковых моделей с открытым доступом: T-lite-instruct-0.1, Gemma3-27b-it. Представленный метод продемонстрировал значительное увеличение (например, 28 % в среднем на бенчмарке Big-Bench-Hard относительно EvoPrompt) по метрикам в сравнении с известными методами в данной области, тем самым показал себя одним из самых эффективных вариантов в рамках автопромптинга на основе эволюционных алгоритмов.

   Введение. Автоматизированная сегментация коронарных артерий при компьютерной томографической коронарографии играет важную роль в диагностике и лечении ишемической болезни сердца. Ручная сегментация коронарных артерий требует значительных трудозатрат и сопровождается субъективными погрешностями, что обусловливает необходимость разработки точных и надежных автоматизированных методов сегментации.

   Метод. В работе представлен подход на основе глубокой нейронной сети с архитектурой Swin-UNETR, сочетающей преимущества визуальных трансформеров и структуры U-Net. Для повышения точности применена доменно-специфическая стратегия трансферного обучения: модель предварительно обучена на наборе данных ImageCAS, после чего дообучена на специализированном — Automated Segmentation of Normal and Diseased Coronary Arteries (ASOCA) с экспертной разметкой коронарных артерий.

   Основные результаты. Оценка точности модели выполнена на 10 тестовых случаях из набора ASOCA. Средний коэффициент Дайса составил 0,8778, а среднее значение 95 % — расстояния Хаусдорфа (HD95) — 11,66 мм. Полученные результаты демонстрируют, что точность предложенного метода находится на уровне ведущих моделей, представленных в официальном рейтинге ASOCA Challenge, и превосходит средний показатель межэкспертной разметки.

   Обсуждение. Предложенный метод обеспечивает высокую точность сегментации коронарных артерий. Вместе с тем отмечена вариабельность результатов по HD95, обусловленная отсутствием специализированной постобработки, чувствительностью к мелким сосудам и различиями в характеристиках тестовых данных. В перспективе внедрение методов постобработки, таких как фильтрация связанных компонентов или отслеживание сосудов, а также механизмов пространственного внимания, может повысить точность локализации артериального контура и адаптируемость модели к различным типам данных компьютерной томографии.

   Прогнозирование временных рядов используется в исследованиях и приложениях в ряде областей, таких как прогнозирование состояния окружающей среды, здравоохранение, финансы, управление цепочками поставок и энергопотребление. Точное прогнозирование будущих значений необходимо для стратегического планирования, эффективности работы и принятия обоснованных решений относительно переменных, зависящих от времени. Предлагается гибридная архитектура прогнозирования временных рядов, сочетающая в себе сильные стороны машинного обучения и статистических моделей, в частности сетей градиентного бустинга (Gradient Boosting Machines, GBM), авторегрессионных интегрированных скользящих средних (Auto-Regressive Integrated Moving Average, ARIMA) и сетей с долговременной краткосрочной памятью (Long Short-Term Memory, LSTM). В то время как сети LSTM и GBM способны улавливать сложные и нелинейные закономерности, модель ARIMA фиксирует линейные компоненты временных рядов. Гибридная модель использует интерпретируемость ARIMA, временную память LSTM и эффективность ансамблевого обучения GBM, интегрируя эти три модели. Комплексные эксперименты, проведенные на эталонных наборах данных, показали, что точность и надежность прогнозов предлагаемой гибридизации значительно превосходят как отдельные модели, так и традиционные базовые. Результаты показывают, что для различных реальных приложений гибридные архитектуры могут обеспечивать надежные и точные прогнозы временных рядов.

   Введение. Возрастающая сложность автономных систем и постоянное изменение окружающей среды требуют создания алгоритмов принятия решений, работающих в условиях неполных данных для достижения групповых
целей.

   Метод. Для описания группы автономных агентов использован мультиагентный подход, рассматривающий систему как совокупность взаимодействующих интеллектуальных агентов. Для разработки метода коллективного анализа внешней среды агентами использована модель поведения жуков-усачей.

   Основные результаты. Представлен метод, основанный на постоянном обмене информацией между агентами и направленный на минимизацию затрат ресурсов при сборе информации о внешней среде. В ходе проведения эмпирического исследования разработанного метода был получен прирост получаемой группой информации и снижение затрачиваемых ресурсов в сравнении с алгоритмами Model Predictive Control и Cooperative Decision-Making for Mixed Traffic.

   Обсуждение. Предложенный метод позволяет снизить ресурсозатраты группы агентов и повысить производительность системы при достижении групповых целей в условиях неполных данных.

   Введение. Рассмотрена проблема поиска оптимального температурного профиля сложного физико-химического процесса. Наибольшие проблемы возникают при исследовании и оптимизации многокомпонентных систем. Это определяет научный и практический интерес к разработке наиболее эффективных инструментов поиска оптимальных режимов организации производства. Одним из ключевых аспектов является учет динамических ограничений, влияющих на скорость изменения управляющих параметров и обеспечивающих построение физически реализуемых траекторий изменения температуры. Для решения этой задачи предложен модифицированный генетический алгоритм, позволяющий учитывать заданные ограничения.

   Метод. Для сложного физико-химического процесса сформулирована задача оптимизации, которая заключается в поиске оптимального температурного профиля, способствующего максимизации (или минимизации) заданного целевого параметра в условиях задаваемых ограничений на скорость изменения температуры. Метод основан на дискретном разбиении всего времени протекания процесса и представлении температурного профиля в виде кусочно-линейной функции, значения которой на каждом из интервалов определяются с использованием генетического алгоритма оптимизации. Основные этапы выполнения генетического алгоритма были модифицированы и представлены в виде адаптированной схемы эволюционного поиска, учитывающей допустимые границы изменения управляющих параметров. Внесенные модификации позволили повысить устойчивость алгоритма к локальным экстремумам и обеспечить более точное соблюдение задаваемых ограничений.

   Основные результаты. Эффективность алгоритма, функциональность программного модуля и механизм взаимодействия были апробированы путем организации вычислительного эксперимента по исследованию кинетики реакции диметилкарбоната со спиртами в присутствии дикобальтоктакарбонила. Результаты численного моделирования продемонстрировали, что температурный режим оказывает 0значительное влияние на кинетику процесса, а проведенные вычислительные испытания позволили однозначно идентифицировать оптимальный температурный профиль, поиск которого проводился в условиях ограничений на рост температуры и дополнительного требования линейного изменения концентрации целевого продукта.

   Обсуждение. Предложенная модификация генетического алгоритма позволила значительно повысить его устойчивость к локальным экстремумам и обеспечить более точное соблюдение технологических ограничений. В частности, анализ полученных профилей показал, что представленный метод позволяет находить решения, обеспечивающие более равномерное распределение концентраций целевого продукта, что особенно важно при проектировании реакционных систем с высокой чувствительностью к изменению параметров. Разработанный метод оптимизации может быть полезен при проектировании и масштабировании химико-технологических процессов, а проведенное исследование подтверждает эффективность использования численных методов и эволюционных алгоритмов для оптимизации условий химических реакций.

   Введение. В процессе измерений магнитного азимута оси ствола скважины расчеты проводятся на основе компонент суперпозиции магнитного поля Земли и паразитных полей остаточной намагниченности сборки геофизических приборов и бурильной колонны. В условиях высоких широт горизонтальная составляющая геомагнитного поля критически мала. Это приводит к тому, что даже слабые по величине, около 1 % от величины геомагнитного поля, паразитные поля приводят к погрешностям измерения магнитного азимута оси скважины в 4° и более. В известных исследованиях представлено большое количество методов борьбы с данным влиянием. Однако, почти все они требуют либо дополнительного оборудования и предварительных измерений, либо знания точных величин модуля и наклонения геомагнитного поля для места измерений. В результате возникает проблема создания метода компенсации, который бы не требовал предварительных замеров параметров паразитного поля или модуля и наклонения геомагнитного поля.

   Метод. Предложен метод использования в инклинометре дополнительного магнитометра для измерения градиента суперпозиционного магнитного поля. На основе имитационного моделирования по величине полученного градиента подбирается эквивалентный по влиянию источник магнитного поля в виде кругового витка с током. Далее из показаний опорного магнитометра вычитается влияние от подобранного витка. В лабораторных экспериментах в качестве источников паразитных полей использовались кольцевые неодимовые магниты (три варианта источников с разной магнитной индукцией), располагающиеся на оси инклинометра. В качестве магнитного градиентометра применены два магнитометрических датчика с расстоянием между магнитометрами 0,307 м.

   Основные результаты. В экспериментах, при помощи разработанного алгоритма, были подобраны параметры витков с током, эквивалентных источникам по магнитному влиянию. Это позволило компенсировать показания опорного магнитнометра и повысить точность измерений магнитного азимута с: –1°15′36″ (источник 1), –3°9′36″ (источник 2) и 12°30′36″ (источник 3) до ±0°39′ для случая использования всех источников. В эксперименте величины магнитной индукции источников в месте расположения опорного магнитометра были равны: 0,42 %, 1,59 % и
5,60 % от величины геомагнитного поля соответственно.

   Обсуждение. Предложенный метод позволяет повысить точность измерений азимута без замера на скважине параметров паразитного и геомагнитного полей. Кроме того, использование метода дает возможность уменьшить длины охранного кожуха и немагнитных вставок по обе стороны от инклинометра в случае бурения. Таким образом, метод может быть реализован в составе датчика, осуществляющего вычисление и компенсацию паразитных полей непосредственно во время каротажа или бурения.

   Технология ДНК-микрочипов позволяет получать высокоразмерные данные об экспрессии генов, многие из которых не имеют отношения к заболеванию. Эффективный отбор признаков, таким образом, необходим для смягчения «проклятия размерности» и повышения эффективности классификации. В данном исследовании представлен многокритериальный подход к отбору признаков с использованием мутации на основе кластеризации для идентификации компактного набора генов, связанных с заболеванием. Предложенный алгоритм DeFs-CBDE был оценен на четырех наборах данных об экспрессии генов: рак головного мозга, молочной железы, легких и центральной нервной системы, путем отбора информативных подмножеств признаков и их оценки с использованием пяти современных классификаторов, а именно: метода опорных векторов, наивного байесовского алгоритма, метода K-ближайших соседей, дерева решений и случайного леса. Метод DeFs-CBDE достиг 100 % точности на наборе данных о мозге с тремя классификаторами. В наборе данных по легким DeFs-CBDE достиг точности 97,56 % с использованием метода опорных векторов и дерева решений. В наборе данных по молочной железе DeFs-CBDE достиг точности 93,33 %, что очень близко к максимальному результату в 93,81 %. Набор данных по центральной нервной системе оказался самым сложным, где точность составила 91,67 % с использованием. Во всех наборах данных DeFs-CBDE стабильно демонстрировал высокую эффективность классификации.

   Введение. Долговечность и износостойкость керамических имплантатов, используемых в условиях высоких эксплуатационных нагрузок, в значительной степени зависят от их механических характеристик. Керамический композит на основе гидроксиапатита рассматривается как перспективный биоматериал для реконструкции поврежденных костных тканей и замещения костных дефектов благодаря своей биосовместимости и способности обеспечивать остеоинтеграцию с костной тканью. Для повышения механической прочности предлагается армировать керамику на основе гидроксиапатита многостенными углеродными нанотрубками, обладающими высокими физико-механическими характеристиками. Данный подход направлен на применение материалов в зонах имплантации, испытывающих значительные механические нагрузки. Эффективность армирования нанотрубками во многом зависит от состава композита, технологии синтеза и условий испытаний, что приводит к высокой вариативности итоговых характеристик. Прямое экспериментальное определение свойств каждого образца требует значительных временных затрат. Для оптимизации процесса исследования механических характеристик композитных материалов представляется актуальным использование математических моделей, основанных на методах машинного обучения, что позволяет прогнозировать микротвердость по Виккерсу в зависимости от нагрузки индентирования.

   Метод. Экспериментальные испытания на микротвердость по Виккерсу для шести серий керамических образцов проводились методом индентирования при нагрузках в диапазоне от 0,98 Н до 9,8 Н. Для прогнозирования полученных данных были применены три метода машинного обучения: нейронная сеть, метод случайного леса и градиентный бустинг.

   Основные результаты. В результате исследования после усреднения значений по всем нагрузкам индентирования для каждого образца определено, что с увеличением концентрации многостенных углеродных нанотрубок до 0,5 масс. % микротвердость композита по сравнению с гидроксиапатитом без добавок возрастает от 3,83 ± 0,39 ГПа до 4,71 ± 0,40 ГПа, а армирование становится эффективным на 19 %. Таким образом, наибольший вклад в повышение микротвердости композита внесли добавки с концентрацией 0,5 масс. %, при этом добавление 1 и 2 масс. % привело к значительному снижению микротвердости, что связано с возникновением агломерации нанотрубок в керамической матрице.

   Обсуждение. Результаты моделирования позволили на основе данных экспериментального исследования определить оптимальный метод машинного обучения для построения прогнозной модели микротвердости композитной керамики гидроксиапатит-многостенные углеродные нанотрубки в широком диапазоне нагрузок, а также установить взаимосвязь между составом композита и его механическими характеристиками, что открывает новые возможности для проектирования прочных и долговечных керамических имплантатов.

   С использованием вычислительных методов изучено влияние закрылка беспилотного летательного аппарата с гибкой обшивкой на аэродинамические характеристики профиля SD7037 при низких числах Рейнольдса в диапазоне от 2·10⁵ до 5·10⁵. Исследование проводилось в диапазоне углов атаки (Angles of Attacks, AoAs), связанных с фазой взлета и различными углами закрылка беспилотного летательного аппарата. Численная модель реализована в пакете Siemens STAR-CCM+ с использованием модели турбулентности переноса касательных напряжений κ-ω и модели перехода γ-Reθ, которая обеспечивает приближенное решение уравнений Навье–Стокса. Проверка вычислительного решения выполнена путем сравнения с имеющимися экспериментальными данными, полученными для плоского закрылка. Обнаружено, что результаты довольно хорошо совпадают при более низких AoAs. Показано, что определенные наборы AoAs и углов закрылка могут заметно обеспечить подъемную силу с аэродинамическим качеством выше базовых условий, тем самым улучшая характеристики, особенно на этапе взлета. Установлено, что некоторые комбинации параметров оказались неэффективными, и от них было рекомендовано отказаться. Обнаружено, что гибкая обшивка закрылка обеспечивает более высокий коэффициент подъемной силы, но также и более высокий коэффициент лобового сопротивления при том же диапазоне углов атаки по сравнению с обычным закрылком беспилотного летательного аппарата.

   Введение. Рассмотрены вопросы трехмерного моделирования теплового взаимодействия между расплавом активной зоны и устройством локализации расплава (ловушкой) в условиях тяжелой аварии на атомной электростанции. Предложена оптимизированная конфигурация заполнения устройства локализации жертвенным материалом. Выполнены интеграции усредненного по Рейнольдсу уравнения Навье–Стокса, численного решения уравнения теплопроводности и модели динамики уровня двух несмешивающихся жидкостей, что позволяет одновременно учитывать турбулентное течение в жидких компонентах расплава, изменение границы расплавляющегося жертвенного материала (задача Стефана) и стратификацию расплавов с инверсией.

   Метод. Расчеты произведены в три последовательных этапа. На первом этапе моделируется плавление жертвенного материала, на втором — стратификация слоев, а на третьем — теплоперенос после стратификации. На основе полученных данных формируется оптимальная конфигурация заполнения ловушки.

   Основные результаты. Представлено детальное объемное распределение температур на протяжении всех трех этапов, расчет распределения теплового потока на поверхности стенок ловушки и определение максимальной толщины подплавления корпуса, обусловленной интенсивным тепловым взаимодействием. Сравнение трехмерных расчетов с аналогичными двумерными исследованиями показало, что трехмерное моделирование более точно фиксирует характерные временные интервалы застывания и последующего расплавления металла.

   Обсуждение. Продемонстрированы преимущества предложенного подхода в сравнении с существующими методами. Показана его применимость при проектировании и оптимизации устройств локализации расплава, представлены перспективы дальнейшего развития модели, включая учет химических реакций и адаптацию к другим типам реакторов. Полученные данные убедительно подтверждают, что принятая конфигурация обладает потенциалом для существенного продления периода эффективного противодействия последствиям тяжелой аварии на атомных электростанциях.

   Стремительно растущая потребность в проектировании специализированных вычислительных систем (особенно встраиваемых систем и систем на кристалле) сдерживается ограниченными возможностями разработчиков из-за высокой сложности задачи. Предлагается «проектный механизм» как абстракция (абстрактное понятие) с явным разделением на архитектурную логику и уровень реализации по комплексному критерию. Его применение наиболее эффективно при проектировании подсистем с высокой внутренней вариативностью и множеством технологических альтернатив. Разработанная абстракция на всех этапах маршрута проектирования позволяет эффективнее формировать и анализировать пространство проектных решений, радикально сокращая концептуальные ошибки и расширяя для повторного использования число результатов проектной деятельности.