Loading...

Изучение мультистабильности поможет избежать катастроф
pixel1 / Pixabay

Российские исследователи Лаборатории нейронауки и когнитивных технологий Центра компетенций НТИ по направлению «Технологии компонентов робототехники и мехатроники» на базе Университета Иннополис опубликовали научную работу, которая объясняет, как возникает мультистабильность, где с ней встречаются люди и как она влияет на нашу жизнь. Книга выпущена издательством SpringerLink.

Авторы книги «Мультистабильность в физических и жизненных системах» (Multistability in Physical and Living Systems) — старший научный сотрудник лаборатории Александр Писарчик и руководитель Александр Храмов — объясняют мультистабильность как сосуществование устойчивых состояний (аттракторов) при одних и тех же параметрах системы. Проявление аттрактора зависит от начальных условий. Это явление наделяет систему способностью работать в одном из многих режимов при одних и тех же параметрах. Под системой понимается живой организм, механизм, предметы, явления и т. д.

«В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с мультистабильностью. Есть народная поговорка, что если утром встанешь не с той ноги, то день будет обречен на неудачу. Это суеверие отражает суть бистабильности, где левая и правая нога играют роль начальных условий, от которых сильно зависит состояние человека как динамической системы. Знакомый всем велосипед — также пример бистабильной системы. Когда он стоит, то находится в неустойчивом равновесии. Но в то же время сосуществуют два устойчивых равновесия, в которые велосипед переходит, когда падает влево или вправо. Когда велосипедист крутит педалями, неустойчивое равновесие стабилизируется, а система превращается в тристабильную, так как три аттрактора сосуществуют, и у каждого есть свой бассейн притяжения, определяемый углом наклона велосипеда. Даже тело человека, стоящего на двух ногах, — мультистабильная система, имеющая три устойчивых равновесия: когда человек стоит и когда падает на живот или на спину. Мультистабильность часто наблюдается в природе и технике: в климате, экосистемах, лазерах, финансовом рынке и так далее», — рассказал Александр Писарчик.

По словам ученых Университета Иннополис, завораживающий пример мультистабильной системы — мозг. Если считать каждую отдельную мысль определенным состоянием сознания, то переход с одной мысли на другую означает переход с одного состояния равновесия на другое. Такие переключения происходят из-за влияния нейронного шума. В книге наглядно показано, как его можно измерить и использовать в интерфейсах мозг — компьютер для улучшения восприятия и концентрации внимания.

Изучение мультистабильности в динамических системах — быстро развивающаяся тема исследований с применением практически во всех областях науки и техники. По словам исследователей, цель монографии — ознакомить читателя с концепцией мультистабильности, методами ее обнаружения и характеризации, а также с ее использованием для различных приложений.

«Важно понимать процессы мультистабильности, так как некоторые из сосуществующих состояний нежелательны и могут привести к катастрофе: экстремальные климатические изменения, финансовый кризис или отказ аппаратуры. Так случилось в 90-х годах, когда произошло крушение сразу трех военных самолетов из-за так называемых "пилотных колебаний", которые интерпретировались как скрытый аттрактор, в который притягивались самолеты. Для предотвращения подобных ситуаций в будущем крайне важно знать структуру сосуществующих аттракторов и их бассейнов притяжения, а также их устойчивость к изменению параметров. Обо всем этом написано в книге», — объяснил Александр Храмов.

В основу книги легли результаты собственных исследований Лаборатории нейронауки и когнитивных технологий и около 1000 научных статей других ученых. Кроме мультистабильности в математике, физике и биологии авторы затронули отдельную тему философии науки и техники — мультистабильность в постфеноменологии. Основываясь на идеях американского философа Дона Иде, концепция мультистабильности в постфеноменологии базируется на том, что любую технологию можно использовать для различных приложений и интерпретировать различными способами.

Пример мультистабильности в постфеноменологии: в 2017 году городские власти Сиэтла установили 18 стоек для велосипедов, плотно расположенных под эстакадой. Но цель установок заключалась не в том, чтобы обеспечить место для стоянки велосипедов, а в том, чтобы бездомные не могли организовать кемпинг под эстакадой. С точки зрения понятия мультистабильности здесь наблюдается использование разных технологий для иных целей, чем те, для которых они были разработаны. В данном примере эстакада в Сиэтле является частью дорожной инфраструктуры, а еще убежищем для бездомных. Также становятся мультистабильными велопарковки — они часть инфраструктуры временного хранения велосипедов и одновременно помеха для бездомных ставить палатки под эстакадой.

«Рассмотрение философских вопросов постфеноменологических перспектив выходит далеко за рамки нашей книги. Однако эти вопросы могут быть интересны тем, кто хочет взглянуть на такой фундаментальный нелинейный эффект, как мультистабильность, не только с математической точки зрения, но и с точки зрения взаимосвязи человека и общества с современной техникой», — прокомментировал Александр Храмов.

Авторы уверены, книга будет полезна ученым и инженерам, занимающимся междисциплинарными исследованиями, аспирантам и техническим специалистам, теоретикам и экспериментаторам, работающим в разных областях — от математики и лазерной физики до нейронауки и искусственного интеллекта.


Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.