Несколько интересных неожиданных фактов, связанных с BIM-технологиями, градостроительными машинами, искусственным интеллектом, полупроводниками и серийным производством...

…чем московская высотка похожа на Пизанскую башню?

Сталинскую высотку на московской площади Красные ворота строили одновременно с вестибюлем расположенной под ней одноименной станции метро. Московские грунты и так довольно неустойчивы, а тут еще пришлось воздвигать 24-этажное здание, нависающее над котлованом. Было принято необычное решение — заморозить грунт и возводить здание под наклоном. Пробурили скважины, забили в них трубы и накачали холодный раствор. Почву замораживали на глубину до 27 метров. При замораживании грунт увеличился в объеме, поэтому здание строили под наклоном, чтобы, когда почва растает, здание выровнялось. Наклон у высотки, конечно, был не такой существенный, как у Пизанской башни. Наверху, на высоте около 170 метров — всего 16 сантиметров от вертикальной оси. И фундамент, и балки каркаса, все возводили под наклоном. Это подразумевало сложнейшие расчеты по множеству факторов, которые надо было выразить на простом двухмерном плане на бумаге и довести до сведения строителей — само по себе нелегкая задача.
Современным архитекторам, инженерам и строителям приходится решать задачи, связанные не только с возведением и оснащением здания, но и обдумывать нюансы его будущей эксплуатации, ремонта и даже сноса. То есть планировать и управлять жизненным циклом объекта. И здесь им помогают современные технологии информационного моделирования зданий и сооружений. Согласно постановлению правительства РФ, строительная отрасль начала переход на технологию информационного моделирования с 1 января 2022 года.

…как Останкинская башня выдержала пожар, при котором другие башни падали?

Знаменитая телекоммуникационная башня Москвы еще на этапе планирования была просто обречена стать уникальным сооружением. На тот момент (50-е годы XX века) возведение башни выше 500 метров почти целиком из бетона казалось почти безумием. Холодные зимы, жаркое лето и сильный столичный ветер накладывали еще больше требований к особой прочности бетона. Его разработкой занялся Борис Тринкер. Изучив все технические требования, он ужесточил их еще в два раза. Именно благодаря этим усиленным характеристикам и расчетам Останкинская башня выдержала не только суровый российский климат, но и двухдневный пожар в 2000 году. От высокой температуры в пожаре оборвались 120 из 149 тросов, обеспечивающих преднапряжение бетонной конструкции башни, но она устояла! А в 2011 году 300-метровая бетонная телебашня в Нидерландах от пожара разрушилась.


BIM-технологии позволяют не только создавать информационную модель будущего здания, но и автоматически корректировать связанные объекты сооружения при внесении изменений в один из них, предоставляя оценки затрат, а также позволяя отслеживать и вести учет материалов. Такой подход кардинально уменьшает потери информации при передаче проекта подрядчикам и эксплуатантам. Создание таких информационных моделей изучают студенты магистерской программы Университета «МИСИС» «BIM-технологии в проектировании и строительстве».

…как корабельные черви помогли построить метро?

Корабельная древесина — особенно мореный дуб — способна выдержать не только удар топора, но и попадание пушечного ядра. Но корабельных червей (семейство морских двустворчатых моллюсков из отряда Myoida) это никогда не смущало, они легко протачивали себе ходы в толще такой древесины. Заинтересовавшись этой суперспособностью и изучив, как устроены створки раковины корабельного червя (они одновременно и бур, и защита), английский инженер Марк Брюнель изобрел металлическую сборную конструкцию, благодаря которой мы теперь можем безопасно рыть тоннели. Если бы история сложилась чуть иначе, первые подземные тоннели с использованием таких проходческих щитов, скорее всего, появились бы в Санкт-Петербурге, а не в Лондоне под Темзой: дело в том, что российский император Александр I заказал Брюнелю проект переправы через Неву. Брюнель разработал два варианта: мост и тоннель, но питерский план так и не воплотился, а Брюнель в итоге продал идею Лондону. С тех пор горные инженеры изобрели еще больше удивительных и сложных машин, позволяющих быстро и экономично строить шахты, многокилометровые тоннели и даже подземные города. Сегодня перед ними стоят новые масштабные задачи по созданию безлюдных технологий и производств.


… почему машины для бурения тоннелей называют женскими именами?

Тоннели под Сиэтлом бурила «Большая Берта», под Вашингтоном— «Леди Бёрд», под Москвой — «София». Такие тоннелепроходческие механизированные комплексы диаметром до 17,6 метра роют подземные пути по всему миру. И им всегда дают женские имена. Этой традиции уже больше пяти веков. Еще в XVI веке горняки — и все, кто работал со взрывчатыми веществами, — перед началом работы молились святой Варваре (в англ. традиции Барбаре). Вероятно, эта женщина действительно жила в III веке на территории современной Турции или Ливана. Согласно легенде, отец заточил ее в темноте в башне, за что ангелы покарали его ударом молнии. Так Варвара, прожившая жизнь в темноте и «призвавшая молнию», стала покровительницей шахтеров. Разработка горных машин и устройств — одна из важнейших составляющих современного строительства городов. Сегодня выпускники магистратуры Университета науки и технологий «МИСИС» «Технологические машины градостроительного комплекса» эксплуатируют, конструируют и работают над реновацией огромного количества технологических машин, помогающих воплощать в жизнь самые смелые проекты городских и подземных сооружений.


…кто построил первую нейронную сеть?

Может показаться, что нейронные сети полностью принадлежат сфере IT и являются относительно недавним изобретением. Однако первый в мире нейрокомпьютер «Марк-1» (MARK 1) был создан еще в 1958 году американским психологом и нейрофизиологом Фрэнком Розенблаттом. Розенблатт с его помощью пытался решить задачу визуального распознавания — и «Марк-1» действительно мог распознавать ряд букв английского алфавита. Это событие вызвало тогда бурный ажиотаж в обществе, и крупнейшая американская газета The New York Times писала: «Сегодня Управление военно-морских исследований представило нам эмбрион электронного компьютера, который, как ожидается, сможет ходить, говорить, видеть, писать, воспроизводить себя и осознавать свое собственное существование». Но тогдашние нейросети не могли совладать даже с простым логическим вентилем XOR. Зато сегодняшние могут куда больше. В Университета «МИСИС» студенты программы «Искусственный интеллект и машинное обучение» ведут проектные исследования в наиболее перспективных областях применения ИИ: робототехнике, медицине, микроэлектронике, квантовых вычислениях, распознавании образов, компьютерных играх, FinTech и так далее.


…какая IT-отрасль растет быстрее всего?

По данным американского бюро переписи населения, по состоянию на 2020 год всего 9 процентов фирм в США использовали машинное обучение в своей работе. Кажется, что это немного, но это эффект так называемого «старта с нуля». С 2000 по 2021 год ежегодные венчурные вложения в технологические стартапы, занимающиеся искусственным интеллектом и машинным обучением, увеличились в шесть раз. В период между 2010 и 2020 годами в такие компании было вложено более 61 миллиарда долларов (большая часть их попала в американские и китайские компании). А доходы от использования искусственного интеллекта в промышленных приложениях по всему миру к 2025 году должны достигнуть 32 миллиардов долларов (для сравнения: в 2018 году они оценивались всего в 1,6 миллиарда). Неудивительно, что на фоне технологической гонки между компаниями развернулась настоящая война за таланты, а ИИ-разработку называют «профессией миллионеров» — по данным аналитической платформы CB Insights, ведущие компании платят разработчикам в шесть раз больше, чем другим специалистам.

…какой компьютер стал первым серийным в СССР?

Часто считается, что в СССР практически не производились персональные компьютеры и что в фокусе внимания были большие электронно-вычислительные машины (ЭВМ). Однако первым серийным советским компьютером стал именно персональный компьютер «Агат», советский аналог американского компьютера Apple II. Он был разработан для нужд образования в школах и стоил довольно дорого (около 4000 рублей в ценах второй половины 80-х годов). Первые комплекты «Агата» появились в 1982 году, а серийное производство было довольно быстро (по советским меркам) отлажено к 1985 году, и позволило существенно снизить стоимость производства, а также производить и собирать эту сложную технику сразу на шести различных заводах. Производство велось вплоть до 1994 года, а использование «Агата» в ряде школ продолжалось до 2001 года. Сегодня, когда общее количество брендов в мире превысило 10 миллионов, а число компаний-производителей и вендоров инновационных технических продуктов невозможно сосчитать, инженеры-конструкторы, владеющие компетенциями по выводу изделия в серийное производство, востребованы как никогда ранее. Таких специалистов готовит магистратура Университета «МИСИС» в рамках практико-ориентированной программы «Технологическое обеспечение инноваций».


…какая связь есть между первым серийным автомобилем Ford T и трактором «Красный путиловец»?

Когда знаменитый Ford T только появился на рынке, он не был самым дешевым автомобилем: двухместная модель в 1909 году стоила 825 долларов. Но в 1913-м Форд внедрил конвейерное серийное производство, и цены на Ford T стали снижаться стремительно, до 260 долларов в 1924 году (и это при том, что зарплаты рабочих Форда сильно выросли). А еще, кстати, Генри Форд сделал немало не только для американского, но и для советского автопрома: при его непосредственном техническом содействии были осуществлены капитальная реконструкция и расширение завода ЗИЛ и возведен завод ГАЗ. В начале 1920-х годов советское правительство закупило фордовские колесные трактора «Фордзон» (20 300 штук). Но этого не хватало, и в Ленинграде было запущено их производство по лицензии. Новая модель получила название «Красный путиловец» и серийно выпускалась вплоть до 1932 года (было выпущено почти 50 тысяч машин).


…какая эффективность солнечных батарей вскоре может быть достигнута?

Эффективность присутствующих сегодня на рынке солнечных батарей составляет 15-20 процентов и считается неплохой. Однако в 2020 году ученые из Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) в США установили новый мировой рекорд эффективности преобразования солнечной энергии, создав солнечный элемент с эффективностью почти 50 процентов (47,1 процента, при концентрированном освещении). В этом им помог «шестипереходный» (six-junction) солнечный элемент, в котором использовалось 140 слоев полупроводниковых материалов (при этом покрытие было в три раза тоньше человеческого волоса).
«Типовой» солнечный элемент «с одним переходом» сталкивается с фундаментальным пределом эффективности преобразования около 30 процентов, известным как предел Шокли-Кейссера (Shockley–Queisser limit), но ученые преодолевают его путем наложения нескольких слоев полупроводников. Основным препятствием для достижения 50-процентной эффективности являются резистивные барьеры внутри ячейки, которые препятствуют прохождению тока, но и тут рано или поздно что-нибудь да придумают. Именно изучением компонентов и материалов для оптоэлектроники и нанофотоники, созданием светоизлучающих диодов, солнечных батарей и детекторов ядерных частиц заняты студенты магистерской программы Университета «МИСИС» «Полупроводниковые преобразователи энергии».

…как можно использовать энергию молнии?

Кажется, практически никак нельзя. Если взять какое-то количество взрывчатого вещества и медленно его сжечь, то будет просто костер; а если сделать это за несколько микросекунд, то получится взрыв. Примерно та же история и с молнией: известно, что молния передает заряд примерно 2-10 кулон (1 кулон = 1 ампер-секунда). Согласно различным исследованиям, напряжение грозового облака составляет 100 миллионов вольт или больше. Если мы возьмем в качестве средней величины заряда 6 кулон и умножим его на минимальное напряжение облака, то получим примерно 600 миллионов ватт-секунд. Переводим полученное число в киловатт-часы и получаем всего-то 167 кВт-ч. Это, конечно, больше, чем нужно, чтобы вскипятить чайник, но куда меньше, чем нужно на месяц среднему домохозяйству.


Такую мощность в состоянии развить обычная паровая турбина, работающая на дровах, или средних размеров дизель-генератор. Но для того чтобы использовать эту энергию в домашних нуждах, вам понадобится преобразовывать переменный ток в постоянный. Источник: Nacked Science