Новости науки. Ученые разработали суперкомпьютерный метод моделирования жидкости

Возникновение турбулентности на атомных масштабах может быть критичным для многих физических и технологических процессов. Иллюстрация сгенерирована нейросетью Kandinsky 3.0

Атомная турбулентность

Ученые Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» (НИУ ВШЭ) и Московского физико-технического института (МФТИ) разработали суперкомпьютерный метод моделирования жидкости на атомных масштабах. Исследователи рассчитали на суперкомпьютерах HARISMa и «Десмос» течение жидкости, состоящей из нескольких сотен миллионов атомов. Метод уже применяется для моделирования течения жидкометаллического свинцового теплоносителя в ядерном реакторе. Работа опубликована в журнале The International Journal of High Performance Computing Applications.

В прикладных задачах ученых очень часто интересует не спокойное – ламинарное, а турбулентное течение, когда потоки жидкости образуют вихри разного размера, меняющиеся во времени и пространстве стохастически. Для изучения зарождения турбулентности ученые из НИУ ВШЭ и МФТИ разработали концепцию, позволяющую наблюдать быстрое течение жидкости, огибающей препятствия, на микрометровых масштабах.

«Мы получили естественный поток жидкости с завихрениями, которые возникают сами собой в результате обтекания препятствия на масштабах в сотни миллионов атомов, чего до нас еще не делали, – поясняет Владимир Стегайлов, ведущий научный сотрудник Международной лаборатории суперкомпьютерного атомистического моделирования НИУ ВШЭ, заведующий лабораторией суперкомпьютерных методов в физике конденсированного состояния МФТИ. – Цель нашего нового метода – получать данные для особых случаев, таких как диффузия, течение возле стенок, чтобы физически правильно сопрягать атомный и континуальный масштаб в тех областях моделирования, где эта смычка является критически важной».

Моделирование показало, что разрушения мозговых структур могут затрагивать как серое вещество, так и проводящие пути.  Иллюстрация сгенерирована нейросетью Kandinsky 3.0

Международный коллектив исследователей создал вычислительную модель, имитирующую семантическую деменцию – тяжелое нейродегенеративное заболевание, при котором человек постепенно утрачивает способность понимать смысл слов. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports. Вопрос о том, как именно работает семантическая система мозга человека с нейрональной точки зрения и что происходит с ней при таких тяжелых нарушениях, остается открытым. Известно, что в процессах, связанных с кодированием и хранением значений слов, участвуют как минимум лобная, височная и затылочная доли коры головного мозга в основном в левом полушарии.

Исследователи из Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» совместно с международным коллективом ученых создали компьютерную модель мозга, которая максимально точно имитирует языковую функцию исходя из биологического представления о том, какие зоны мозга участвуют в языковых процессах и как они связаны между собой. «Мы впервые смоделировали семантическую деменцию при помощи реалистичной компьютерной модели речевой функции, – рассказывает первый автор исследования, ведущий научный сотрудник Института когнитивных нейронаук Юрий Штыров. – Мы создали модель нейрональных сетей человека и их активности и сделали ее максимально приближенной к работе мозга при реализации языковой функции. Безусловно, любая модель – это упрощение, но оно так же необходимо, как, например, карта, которая дает нам упрощенное схематичное представление об окружающей местности».

Чтобы понять, что происходит на разных этапах заболевания, модели наносили «травмы» различной степени тяжести: сначала повредили слегка, имитируя раннюю стадию деменции, затем чуть сильнее и в конце концов очень сильно, таким образом все более разрушая «ткани» программно моделируемых областей мозга. Моделирование показало, что слова, связанные с объектами, то есть существительные, выпадают из лексикона быстрее, чем обозначающие действия, то есть глаголы.

По информации пресс-службы НИУ ВШЭ