Используя этот сайт, вы даете согласие на обработку cookies и ваших персональных данных.
Я согласен
Бесплатный звонок: 8 800 2000 567
en
Бесплатный звонок: 8 800 2000 567

Материалы будущего под микроскопом: интервью с проф. Йоахимом Майером



Современные научные исследования не сводятся к полетам в космос. Это еще и изучение окружающих нас материалов на молекулярном уровне. Профессор Йоахим Майер — настоящий первопроходец в этой области. Ученый-материаловед из Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена и Центра микроскопии и электронной спектроскопии имени Эрнста Руски утверждает, что мы на пороге эры нейроморфной обработки данных.

Расскажите нам о сфере вашей работы — о материаловедении.

Материалы — это определяющий фактор развития технологий. Если мы хотим создать современные типы автомобилей, самолетов или источников возобновляемой энергии, нам понадобятся новые материалы. По свойствам они должны превосходить те вещества, которые мы используем сегодня. И наша задача как ученых — разработать такие материалы.

Мы рассматриваем полный жизненный цикл материалов: как они изнашиваются в процессе использования, что может стать причиной сбоя. Возьмем, к примеру, самолет — нельзя же допустить, чтобы в нем появились какие бы то ни было дефекты материала. Цель ученых-материаловедов — создавать материалы, исключающие возникновение неисправностей.

Для этого нам приходится работать с микроструктурой материалов. Мы должны определять и разрабатывать внутренние свойства материалов. Вот почему мы используем микроскопы с увеличением до миллиона раз.

Большинство людей никогда не имели дела с подобным увеличением. Дайте нам какой-нибудь ориентир.

Хорошо, чтобы легче было представить, приведу такой пример. Наши электронные микроскопы с увеличением в миллион раз способны показать человеческий волос в таком приближении, как если бы он был толщиной 60 метров. Это ширина футбольного поля. На таком уровне увеличения мы можем рассмотреть каждый отдельный атом. Это стало возможным лишь после изобретения электронного микроскопа, каких-то 20 лет назад.

Наши микроскопы способны увеличивать материалы в миллион раз. При таком увеличении человеческий волос имеет толщину 60 метров.

Профессор Йоахим Майер, материаловед

В каких областях применяются результаты вашей работы?

Сегодня важнейшим направлением в материаловедении и системной инженерии является возобновляемая энергетика. И в ближайшие десятилетия эта задача останется для нашего общества одной из главных.

Нам приходится переходить от ископаемого топлива к другим возобновляемым источникам энергии, таким как энергия ветра или солнечных лучей. Так, например, за последнюю пару лет Германия приблизилась к точке изменения соотношения — когда от возобновляемых источников поступает больше электроэнергии, чем от традиционных. Так что мы движемся в правильном направлении. Однако нам крайне необходимы новые способы хранения этой энергии в различных формах, чтобы мы могли использовать ее там и тогда, когда нужно.

Чего мы можем ожидать в области энергопотребления и сохранения энергии в ближайшие годы?

Если посмотреть на потребление энергии во всем мире, то мы увидим, что быстро приближаемся к моменту, когда 20% всей потребляемой энергии будет расходоваться на работу компьютеров и серверов. Так что можете представить, насколько важно найти новые способы повышения энергоэффективности компьютеров. Это стало бы огромным вкладом в решение глобальных энергетических проблем. Сейчас мы только вступаем в эпоху компьютеров с малым энергопотреблением.

На сегодняшний день самыми распространенными устройствами для хранения энергии являются литий-ионные аккумуляторы. Но проблема в том, что запасы лития на Земле ограничены. К тому же это делает литий-ионные батареи довольно дорогими.

Я полагаю, что частичным решением этой проблемы является водород. У атома водорода самый малый размер из всех элементов, и он способен диффундировать в любые металлы. Использовать водород, все его свойства и потенциал — одна из интереснейших задач современности.

nytex7m68y4px66ctybi14r39610q5sa.jpg

Мы быстро приближаемся к тому моменту, когда 20% всей потребляемой энергии будет расходоваться на работу компьютеров и серверов.

Профессор Йоахим Майер, материаловед

Давайте поговорим о вычислениях. Будет ли и далее продолжаться рост скорости вычислений и объема памяти?

Чтобы ответить на этот вопрос, вспомним закон Мура. Гордон Мур предсказал, что скорость вычислений и число транзисторов в процессоре компьютера будут удваиваться каждые полтора-два года. Если построить график, вы увидите, что в течение последних 60 лет его предсказание сбывалось с абсолютной точностью. Таким образом, закон Мура был прекрасным ориентиром, который подсказывал нам, как будет развиваться мир компьютеров

И что же нас ждет теперь?

Нам, ученым-материаловедам, предстоит работать над созданием материалов для новой вычислительной эры. Подумайте вот о чем. В принципах внутренней работы компьютеров — от обычного ноутбука до суперкомпьютера — за последние 60 лет ничего кардинально не изменилось. Есть память и хранилище данных. Данные из обоих этих источников перемещаются в кремниевые микросхемы, а затем обрабатываются центральным процессором компьютера.

Сегодня материаловеды разрабатывают устройства, в которых данные будут храниться, обрабатываться и отображаться из единого источника — всего одной микросхемы. Мы называем это нейроморфной обработкой данных. Это одно из самых динамичных направлений материаловедения.

Какие материалы будут использоваться для этого?

Наиболее интересное направление в нейроморфной обработке данных — работа с оксидами. Оксид титана и другие оксиды — это новый кремний. Благодаря своим свойствам они потребляют как минимум в десять раз меньше энергии, чем суперкомпьютеры используют сейчас.

Следующие десятилетия будут интереснейшим временем для развития компьютерной промышленности. Я думаю, компьютеры станут настолько маленькими, что мы сможем использовать их везде, где нам будет нужно. Благодаря разработке новых материалов мы вступаем в эру высокоспециализированных информационно-технологических систем для выполнения конкретных задач.

Что вы думаете о развитии искусственного интеллекта?

Первыми состязаниями между человеком и компьютером стали шахматные поединки. Поскольку шахматы — это игра, где действительно возможно просчитать конечный результат, нет ни малейшего шанса, что в них мы когда-либо сможем одержать победу над компьютерами.

Спрашивается, насколько умнее может стать компьютер? Способен ли он развить и другие навыки в тех областях, которые человечество осваивало в ходе эволюции?
С моей точки зрения, здесь и правда могут открываться пугающие перспективы. Но мы, несомненно, движемся в этом направлении, и я думаю, что в ближайшие двадцать или тридцать лет компьютерные технологии смогут приблизиться к созданию искусственного интеллекта.

Нейроморфные вычисления — одно из самых динамичных направлений в материаловедении.

Профессор Йоахим Майер, материаловед

Центр микроскопии и электронной спектроскопии Эрнста Руски (ER-C-2) — одно из крупнейших учреждений в области электронно-оптических исследований. Среди исследований ER-C-2 центральное место занимают исследования в области энергетики. Задача, которая стоит перед Центром, — обеспечить понимание в вопросах аккумулирования, преобразования и хранения энергии на атомном уровне.

Рейнско-Вестфальский технический университет Ахена (Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen) — государственный исследовательский университет, расположенный в г. Ахен, Германия.

Смотрите также

x