Category: технологии

thinking

Неразрешимый вопрос. 5

Я много занимаюсь химией батарей. Для коммерческих литиевых батарей химия мало менялась с середины 90-х. При этом наблюдался огромный прогресс в увеличении емкости за счет инженерных решений; например, лучшей упаковки частиц в электроде. Такие решения, а не творчество химиков, сделало возможным, скажем, карманный смартфон.

***

Для производства электродов необходимы 30-40% взвеси микронных частиц в растворителе. Чернила наносят тонким слоем (десятки микрон) на металлическую фольгу и сушат в печке, удаляя растворитель. Для хорошего электрода нужен ровный слой плотно упакованных частиц, однородный по объему. Для этого нужно удалить растворенный в жидкости газ, иначе будут проблемы. Взвесь должна не расслаиваться во время процесса изготовления электрода, что требует вязкости не менее 1,000х вязкости воды, но не более 20,000х, иначе смесь не размешаешь. Для невязких жидкостей растворенный газ можно удалить, а взвесь сделать однородной, комбинацией размешивания ложкой и возбуждения ультразвуком; для вязких жидкостей этот подход не годится. Обычное размешивание для таких жидкостей может быть невозможным: многие из них жидкостей дилатантны. Чем больше скорость размешивания, тем больше вязкость: сталкивающиеся частички начинают слипаться друг с другом, препятствуя движению. Чем больше прикладывается усилий, тем менее эффективно перемешивание; только пузырей напустишь. Трудности такого рода многие годы снижали качество электродов.

Решение проблемы пришло с неoжиданной стороны. Для изготовления слепков для коронок, в 1970-х годах использовали альгинат кальция. Порошок смешивали с водой и, пока тот полностью не загустевал (что необходимо для формы), гель использовали для приготовления слепка. Кроме оптимальной консистенции геля надо, чтобы в нем не было пузырьков воздуха, иначе поверхности будут неровными. Протезисты мучились с этим гелем годами. Изобретатель решил придумать для них машинку для размешивания альгината. Используя центрифугу, он добился удаления пузырей воздуха, но это занимало так долго, что гель загустевал. Процесс надо было ускорить.

Тут его и озарило. То, чего невозможно добиться вращением вокруг одной оси, можно достигнуть одновременным вращением вокруг двух осей. Потребовалось 13 лет, чтобы довести изобретение (планетарную центрифугу) до ума, но после этого оно сразу покорило мир и радикально изменило множество технологий, включая производство электродов. Простая идея - большие последствия.

***

...Just like planets rotating while revolving around the sun, I thought that imparting rotation forces to the section of the mixer where the container is mounted on the centrifugal deaerator might make mixing possible.
http://www.thinkymixer.net/corporate/secret.html

Изобретателем подобной машинки мог стать только обыватель, решающий обычные житейские проблемы. Однако, этот обыватель не смог бы придумать то, что придумал, если бы не имел в голове готовую к употреблению картинку жидкой фигуры вращения, оборачивающейся вокруг Солнца, и не вообразил, что произойдет, если ускорить обороты.

Поколениям обывателей внушали ее столетиями - пока одному из них не пришла в голову революционная идея, что такое движение решает проблему приготовления густых суспензий. Астроному не пришла. Физику не пришла. Химику не пришла. Реологу не пришла. А ему пришла. Столетия заучивания астрономических премудростей обывателями принесли долгожданный плод.

Безусловно, обыватель может просто заучить, что Земля круглая. Знание причин для уверенности в этом важнейшем факте не нужно; кому надо, те пусть и разбираются. Но тогда хрен вам будут лаптопы и смартфоны. "Кому надо" не ломают голову над машинками для протезистов, вот какая беда.

Воображение слишком важная вещь, чтобы оставлять ее горстке специалистов.


thinking

Викинги

Столько причин предлагалось для внезапного распространения викингов
https://en.wikipedia.org/wiki/Viking_expansion#Motivation_for_expansion
но, странным образом, мне не попадалось на глаза обсуждение военно-экономической основы их экспансии: она как минимум означала милитаризацию и мобилизацию существенной части населения Скандинавии - на фоне (в остальной Европе) ничтожного к общему числу феодальных армий.

Населения Норвегии хватило, чтобы одновременно - и успешно - противостоять ВСЕМ европейским армиям в десятках стран. Варягов-викингов, разбросанных от Ирландии до Новгорода, нужно было вооружить, оснастить их корабли и т. д. Систематический разбой требует систематической же подготовки. Скандинавия была местом, откуда разбой такого масштаба был возможен. Другие, наверно, тоже были не прочь нахулиганить, да руки оказались коротки.

***

Эпоха викингов - отрезок технологической эпохи, по прихоти историков заканчивающийся германским железным веком. Викинги не могли появиться раньше 9-го столетия, т.к. до этого не было физической возможности масштабного производства железа и стали, чтобы вооружить не немногочисленных профессионалов, как в остальной Европе, а вчерашних крестьян. В те времена в Европе железо извлекали, как правило, не из железной руды (которая, в основном, находилась в Германии), а из болотного железа (bog iron), т.е. отложений гидрооксида железа-3 в болотах. В Европе главные запасы такого железа находятся в Скандинавии и России (в последней, как я узнал, такое железо преобладало, пока не начали разрабатывать уральские месторождения). Поселения викингов концентрируются в местах, где есть доступное болотное железо
https://journals.uvic.ca/index.php/platforum/article/download/10321/2993
и их даже ищут по этому признаку
https://news.yale.edu/2016/04/07/spotting-potential-viking-settlement-space

Я летел из Стокгольма в Америку: до горизонта простирались леса и мелкие озерца: комбинация древесного угля и болотного железа. В статье пишут, что к началу эпохи викингов в каждом скандинавском поселении было налаженное производство неплохого качества железных орудий. Преображение подобного географического преимущества в национальную кампанию разбоя было, вероятно, только делом времени. Викинги стали викингами потому, что они могли стать викингами. Их эпоха пришла к концу примерно тогда, когда в центральной Европе началось массовое изготовление железа из руды.

Почему болотное железо? Эти руды очень пористые, и позволяют получать железо при более низкой температуре в примитивных условиях. Получающееся железо содержит высокий % шлаков, но именно по этой причине эти шлаки хорошо отделяются ковкой, а силикаты на поверхности даже препятствуют ржавчине; это железо оптимально на строительство кораблей и изготовлениe топориков.

***

Болотное железо - продукт бактериального окисления растворенного в воде железа-2 в нерастворимый гидоксид железа-3. Частички гидроксида токсичны для клетки, поэтому она обволакивает их биополимерами и транспортирует к мембране с наружной стороны. Бактерия имеет форму цилиндра, и так образуется трубочка примерно в микрон диаметром и пару десятков нанометров в толщину: бактерия строит трубочку, живет в ней, и в ней же размножается. Вся дочерняя колония хоронится внутри общей трубочки в несколько сот микрон длиной. Когда клетка делится, новая клетка достраивает трубочку, чтобы всем хватило места. Если трубочка становится слишком длинной, и поток питательных веществ через нее замедляется, колония разом покидает трубочку, и каждая клетка начинает строить свою новую трубочку. 100 клеток могут создать за день 1 м трубочек.
https://www.biorxiv.org/content/biorxiv/early/2017/06/28/157073.full.pdf
https://www.omicsonline.org/open-access/perspectives-on-the-biogenesis-of-iron-oxide-complexes-produced-by-leptothrix-an-ironoxidizing-bacterium-and-promising-industrial-applications-for-their-functions-1948-5948-1000249.php?aid=64711

Темп строительства трубочки таков, что вся она как целое плавает в воде из-за разницы давлений на концах: бактерии не только прокачивают воду, но и двигают сообща свой домик в поиске питательных веществ - точно как викинги на веслах в своих длинных ладьях. Оксид железа не просто отход метаболизма, но и конструкционный материал, на котором основано существование этих бактерий. Внутри трубочек они в безопасности; единственное уязвимое место - дисперсия колонии из трубочек; поскольку строительство трубочки так эффективно, это оправданный риск, к тому же разделенный на множество клеток.

Покинутые бактериями трубочки пристают к поверхностям и цементируются друг с другом, образуя пористую массу, которая захватывает минералы. Биополимер, склеивающий частички гидроксида, со временем разлагается, но болотное железо по-прежнему содержит 15% органики. Сочетание пористости, органики и силикатов дают материал, оптимально подходящий под примитивную европейскую металлургию конца железного века.

Из чего следует, что грозные викинги - продукт высокоразвитой нанотехнологии.

PS. https://shkrobius.livejournal.com/647575.html?thread=13337751#t13338263
thinking

Предсказания. 3

Когда мне в феврале прислали циркуляр о немедленном поголовном использовании машинного обучения, к нему был приложен образец для подражания: только что опубликованная статья о применении новаторского метода к "предсказанию" вязкости ионных жидкостей как функции композиции, температуры и давления. Авторы уверяли, что это чрезвычайно сложная задача. Сначала они пробовали линейную регрессию с лассо. Не получилось. Потом нейронную сеть (100 нод - это на 700+ измерений!). Получилось - слава нам, ура!

Я посмотрел детали ударной работы, и у меня буквально отвисла челюсть. Вязкость жидкости подчиняется уравнению Аррениуса: ее логарифм пропорционален обратной температуре. Если диапазон температур относительно невелик, возникает пропорциональность логарифма вязкости изменению температуры и его квадрату. Вместо этого авторы коррелировали вязкость и логарифм температуры! Немудрено, что регрессия не работала, и потребовалась нейронная сеть, чтобы исправить нелинейности. К статье были приложены данные, и я за интерес (мне все равно надо было отладить свою программу) их проанализировал. Я сразу получил лучшие результаты с небольшим числом параметров. "Трудность" задачи заключалась исключительно в использовании ошибочной формулы. Этот нонсенс предлагался нам как образец для вдохновений и подражаний.

Я написал авторам статьи об ошибке, и получил от них замечательный ответ. Да, - писали они, - произошло досадное недоразумение, но эта ошибка убедительнейшим образом доказывает огромный потенциал машинного обучения, так как нейронная сеть исправила неправильную формулу!

Чистому все чисто.

***

Все это напомнило мне другую историю.

У меня есть соавтор, который в юности был постдоком у корифея-теоретика, ныне члена Национальной Академии. Неважно, чем он у корифея занимался, но в своих вычислениях он существенно использовал электронный псевдопотенциал, который незадолго до того вывел другой постдок того же корифея. На этом псевдопотенциале у группы были уже десятки статей, а после их прорывных публикаций его использовали многие другие группы - и мой соавтор тоже в своем одиночном плавании, а через него и я. Многие сотни статей.

У корифея-теоретика был друг в том же университете, корифей-экспериментатор. Корифей-теоретик наводил теорию, а корифей-экспериментатор ее тут же подтверждал во всех деталях. Ни у кого другого воспроизвести эксперименты не получалось (и не получилось). Экспериментатор рано умер, и земля ему пухом, о покойных только хорошее. Но пока тот был жив (а он был очень влиятельным человеком), он делал абсолютно все, чтобы подавить дальнейшие исследования в этой области в Америке.

Прошло 20 лет, и мой соавтор давно профессор в Калифорнии. Выдумал он новый способ вывода псевдопотенциала и решил сравнить со старым. Сравнил - никакого подобия. Проверил выкладки, программы, сам замучился и студентов замучал - нет ошибки. Залез он в код старого потенциала, и сразу обнаружил там ошибку. Она была уже в формулах: в одном из интегралов был пропущен якобиан. Сотни людей ссылалось на статью, никто не проверил выкладок. Он говорил, что у него померк свет в глазах. У него одного статей 30 с этим псевдопотенциалом. Он разослал всем циркулярное письмо о своей находке.

Затем он опубликовал корригендум на все предыдущие работы, объяснив что случилось. Он так же исправил ошибку, и после этого половина результатов пошла в мусорную корзину. Новый же его псевдопотенциал дал качественно другие результаты: эффекты оказались чрезвычайно чувствительны к форме потенциала. Это похоронило дальнейшие надежды описания эффекта с помощью псевдопотенциалов: это оказался тупик. Из-за совпадения результатов ошибочных вычислений и невоспроизводимых экспериментов вся область задержалась на 25 лет. С тех пор в ней значительный прогресс.

Когда был опубликован корригендум, корифею-теоретику редакция предложила написать ответ. И он написал. Ответ занимал ровно один параграф. Суть ответа была в том, что его теории настолько замечательные, что все правильно описывают даже с ошибочным потенциалом.

Чистому все чисто.
thinking

Черная материя

1.
Я скептически отношусь к алармизму климатического толка, но не вижу худа от замены бензиновых движков электромоторами, если это происходит (1) без принуждения и (2) отрицательных последствий для окружающей среды. Выделение углекислоты автомобилями далеко не сразу было осознано как проблема; то же справедливо для электромобилей. Как их производство в мировом масштабе будет влиять на среду нам не известно, и если не побеспокоиться об этом заранее, вместо "спасения планеты" можно обменять шило на мыло.

2.
Положим, сбудутся мечты об электромобилях. Те будут работать на аккумуляторах; это миллиарды батарей. Если не перерабатывать батареи, никаких ресурсов не хватит. Сейчас это литиевые батареи, и единственные два материала, которые рентабельно из них извлекать - никель и кобальт из катода. Марганец слишком дешев, чтобы окупить затраты на переработку: если цена переработки превышает цену добычи материала из руды, она невыгодна. Даже для никеля и кобальта эти цены в пределах 10%: переработка выгодна, но не очень, при этом большие капитальные расходы, вредные отходы и т. п., - что еще более снижает окупаемость. Батареи разряжают, окуная в рассол. После этого их морозят в жидком азоте (чтоб те не взрывались в "мясорубке") и размалывают на кусочки. Алюминий из коллекторов заряда в катоде растворяют в щелочи, сами оксиды - в кислоте; далее идет стандартная гидрометаллургичекая обработка. Разделения металлов не нужно, если из них делать новые батареи. Гидрометаллургия давно оптимизирована. Единственная возможность повысить окупаемость - извлекать оксиды напрямую без растворения в кислоте и последующей гидрометаллургичекой обработки.

Катод состоит из трех материалов: частичек литиированных оксидов, частичек углерода (через которые проводится ток) и полимера, который связывает частицы в пористую матрицу. За десятилетия были перепробованы многие полимеры, но только один из них хорошо работает, ПВДФ. Полимер состоит из -CH2CF2- последовательностей. Когда литий уходит из матрицы во время зарядки, остаются сильные окислители, которые повреждают полимеры. ПВДФ с такими окислителями совместим, и он обеспечивает адгезию в матрице несмотря на изменения объема частиц и характера их поверхностей. Никто не будет менять ПВДФ, т.к. всем известно, что найти замену непросто; вся технология построена вокруг его уникальных свойств.

Массу, которую извлекают из батарей, технологи называют "черной материей": это каша из частиц графита из анода и оксидов из катода. Частицы в каше - аггломераты частичек, связанных полимером. Склеить листки бумаги легко, а поделить их трудно. Тут та же проблема. Если бы можно было высвободить частички из матрицы, их можно было бы поделить из-за разности в плотности, смачиваемости поверхности и т. п.

Казалось бы - в чем проблема? Углерод можно сжечь, и останутся только оксиды металлов. Но жечь дорого, нужны высокие температуры. Более существенно, ПВДФ распадается при 300 Цельсия, выделяя HF. Плавиковая кислота реагирует с оксидами, изменяя их свойства. Простыми способами не получается поделить "черную материю" на составные части, а без этого гидрометаллургичекой обработке нет альтернативы, а с ней переработка батарей едва рентабельна, а без переработки такие батареи исчерпают ресурсы и завалят отвалы. Вот пример просто формулируемой химической задачи, от решения которой (без шуток) может зависеть будущее.

3.
У меня есть смутная идея, как можно было бы решить задачу.

Если бы можно было разбить ПВДФ на сравнительно маленькие кусочки, то они бы испарились при температуре ниже, чем температура выделения HF (все CFH соединения летучи). Можно разбавить -CH2CF2- мономеры другими мономерами, которые бы разрывали полимерные цепочки при температуре от 150 до 300 Цельсия. Нижний предел дается технологией производства катодов. Есть множество примеров термически нестойких полимеров, в которых цепочки соединяют кросс линкеры (в которых разрывается слабая связь), но тут нужен линкер в самой цепи, а не между цепями. Линкер должен выжить окислительные условия в катоде. Принципиально новый полимер не пойдет, т. к. индустрия без принуждения не будет менять ПВДФ чем-то, что работает хуже. Но если полимер - вариация ПВДФ, им все равно. К сожалению, я не могу придумать, как ввести такой линкер. Но это только один возможный подход; я уверен, что задача имеет простое и красивое решение.

Никто не хочет "спасти планету", а заодно стать миллиардером? Трепать языком-то все горазды, а как доходит до дела, почему-то сразу вакуум вокруг.
thinking

ИИ

Нас закроет лишь мрака филада,
Утопленный во цветие зной,
Где из Летнего выпорхнет сада
Ангел бездны в пыльце ледяной.

https://www.stihi.ru/2010/12/24/4941

Некоторое время назад я обнаружил... Описать непросто. Это двуединая личность: комбинация поэта Якова Есепкина
https://www.stihi.ru/avtor/silverpoetry
https://www.stihi.ru/avtor/yakov1
и литературного критика и публициста Леды Савской.
https://www.proza.ru/avtor/leda2

Есепкин выдает на-гора акмеические стихи. Главный шедевр - (вероятно, несуществующая) поэма «Космополис архаики». Произведение выдающееся:

... История изобилует примерами глухоты современников к гениальным безумцам. Но чудо уже с нами: человечеству навеян «сон золотой». Первая сравнительная параллель – с Данте. «Космополис архаики» столь же полифоничен, имеет ряд внутренних констант. Хотя по объёму он несколько превосходит «Божественную комедию», автору удалось избежать повторов, здесь едва не каждое слово на вес золота. Вероятно, книгу эту будут оценивать грядущие поколения, нам вряд ли стоит стремиться к разгадке феноменальности «Космополиса архаики», слишком велик соблазн упрощения либо остранения (Шкловский) космополисного бездонного пространства, открывающегося по вторичном и последующих прочтениях. Автор привёл пушкинскую ямбическую рать к солнцу Аустерлица, а на солнечных берегах реки Леты образовались гигантские трагические «гравиры». Пророков мрачность есть единственно возможное условие их явления, данная теза Гёте подтвердилась опытом Есепкина. https://www.stihi.ru/2012/10/15/10253

Леда Савская публикует отзывы разнообразных критиков о «Космополисе архаики» - тоже километрами.

Нет на свете русскоязычной платформы, не отмеченой этой неразлучной парочкой: размах их деятельности поражает воображение. Технический уровень таков, что попадались мне вирши по-одиночке, я, наверно, заключил бы, что это сочинение ЕИ - графомана или шизофреника. В некоторых даже случайно появляется смысл, см. https://www.stihi.ru/2016/03/06/8273

Рецензии Савской неотличимы от тех, что водятся в газетах с журналами.

Есепкин существует в нескольких ипостасях (философская, религиозная лирика, разговоры с Бродским и т. п.), которые объединяет узнаваемый стиль. Более всего потрясает цикл элегий "На смерть Цины" (как я понимаю, крысы). Перед каждым из них стоит "опус такой-то". Например, по первой ссылке сразу попадается опус 542. Но я видел опусы за 900.

***

Во время войны союзники оценивали производство танков и Фау-2 по немногочисленным образцам, сравнивая серийные номера деталей и используя Байесовскую статистику. Метод основан на том, что заводы последовательно маркировали некоторые детали (коробки передач, шасси, колеса).
https://en.wikipedia.org/wiki/German_tank_problem
Пользуясь танковым методом, я оценил, что существует 1200 элегий Есепкина на смерть Цины и около 160 псалмов. Динамику их появления понять трудно: то ли это был краткосрочный креативный взрыв, который до сих пор реверберирует по сети, то ли Есепкин творит непрерывно.

Все же на мой вкус Есепкин как-то умственно пишет. То ли дело любовная лирика Василя Калмакатовичa Хасанова!
https://www.stihi.ru/avtor/vasil7

Вот такой ИИ по мне.
thinking

Претензии к мирозданию

Бывают такие, что греха таить... Например, постоянная тонкой структуры (птс), α=1/137. Если бы она отличалась на 4% в любую сторону, синтез ядер в звездах не давал бы большого выхода элементов, тяжелее углерода (из-за резонанса возбужденного углерода-12 с гелием-4 + бериллием-8). Поди тогда сотвори нашего брата...

***

Техническая сторона понятна, но, с другой стороны: сколько хорошего пропало... Например, g-орбитали. В модели Томаса-Ферми можно показать (в Ландафшице выведено), что первый элемент, для которого заполняются орбитали с орбитальным моментом l, будет с номером Z=0.17(α/α0) [l(l+1)]3. Для g-орбиталей (l=4) это Z=124, большой заряд. Таких стабильных ядер может не водится, и тогда 5g элементов нет. При атомном номере > 1/α начинаются разного рода проблемы с устойчивостью; при заметном увеличении Z по сравнению с 1/α и вовсе коллапс наступает.

При удвоенной α не было б f-элементов: лантанидов и актинидов. Ни ламп дневного света, ни светящихся в темноте детских игрушек, ни сильных постоянных магнитов, ни целого класса сверхпроводников, ни ядерной энергетики - ни множества других возможностей, о которых двойники, живущие в мире с удвоенной α, никогда б не дотумкали - фантазии бы не хватило. Вот и мы не можем себе представить даже КАКИЕ возможности мы упускаем из-за недоступности 5g элементов. Возможно, что ковер-самолет, философский камень, квинтэссенция, эликсир здоровья, светлое будущее и т. п. вековые чаяния из них состоят, но нет счастья.

Я видел статью, где обсуждали другую возможность - α побольше. С лантанидами тогда дело дрянь, зато с легкими элементами начинают интересные штуки происходить.
https://journals.aps.org/pra/pdf/10.1103/PhysRevA.81.042523
Длины связей меняются мало, зато углы между ними могут измениться заметно: например, в молекуле воде угол H-O-H становится близок к прямому, и лед бы был кубическим.

***

Несколько лет назад FB с коллегами предложили, что заряженная примесь в графене ведет себя как частица в мире, где эффективная α существенно выше нашей
https://arxiv.org/abs/0708.0837
Атомный коллапс в графеновом мире наступает при небольшом Z. Предсказание подтвердили. Два года назад нашли, что вода между слоями графена образует кубическую решетку,
https://www.nature.com/articles/nature14295
Набравшись смелости, можно было бы это наблюдение интерпретировать в том же духе - как обнаружение предсказанного изменения геометрии молекул воды при увеличении α.

***

Мир с большой (эффективной) α существует в недрах нашего собственного мира; упущенная возможность реализуется. Это не единственный пример (находили аналоги монополям и майорановским частицам): вероятно, существует множество подобных нереализованных возможностей на самом фундаментальном уровне, ждущих контекста. Мир с иной α - не умозрительный объект, а вроде лапши и велосипеда, которых в природе тоже "нет". Для многих объектов - от элементарных частиц до велосипедов включительно - разум является необходимым условием существования; естественно предположить, что весь окружающий нас мир требует того же.

За 5g-элементами дело тоже не пропадет, хотя я не знаю, с какой стороны к ним можно подступиться...

***

В детстве мне прожужжали уши изречением, что «мы не можем ждать милостей от природы, взять их у нее — наша задача». Это былo смелое дерзание: диалектическое разрешение претензий к мирозданию методом изнасилования природы. Ныне мичуринцы позабыты и учат другое: подобает жить в гармонии с природой. Вчерашняя продажная девка превратилась в даму на содержании у приличных господ.

Но я не думаю о природе как о девке или содержанке; я думаю о ней, как об объекте творения. В природе нет милости; милость - свойство творящего разума; взять у природы милостей невозможно, их ей можно только дать, - и не в этом ли наша задача?
thinking

Медиана

Знакомая искала работу. Она биоинформатик, живет в Силиконовой долине. На интервью ей дали задачи: придумать стратегию решения. Одна по специальности (она ее быстро решила), вторую она не решила, хотя звучит задача очень просто - и ее не взяли на работу.

Есть поток целых чисел (очень большой), надо динамически определять их медиану (или перцентили). Как это сделать?

Поток таков, что невозможно держать все числа в памяти; без этого точно медиану не вычислишь, если заранее ничего не известно про распределение чисел. Т.е. вопрос в том, как получить наиболее точную оценку для медианы при ограниченной памяти. Она не смогла придумать алгоритм сходу. Подумав - тоже. Я - аналогично. Прошли две недели, и я решил посмотреть, что пишут; нашел несколько статей, но разобрал только первую.

http://www.cs.wustl.edu/~jain/papers/ftp/psqr.pdf
http://infolab.stanford.edu/~datar/courses/cs361a/papers/quantiles.pdf
http://www.cs.virginia.edu/~son/cs851/papers/ucsb.sensys04.pdf

Нетривиальный алгоритм, при этом "доказательство" его работы эвристическое; я не уверен, что он "лучший" - даже не понятно в каком смысле он м.б. лучший (можно придумать уродскую последовательность, сбивающую его). Вероятно, он "лучший" для потоков, которые обычно встречаются в приложениях.

Положительный момент, что начинаешь по-новому ценить среднее арифметическое...

Отрицательный - зачем давать такие задачи на интервью? Неужели есть люди, которые могут налету придумать подобные алгоритмы? На статьях, которые я нашел, небольшое цитирование; непохоже, что такие алгоритмы широко известны специалистам.

Странные они там люди в этой Силиконовой долине...
thinking

Даешь уголь! (Честь безумцу, который навеет)

Сначала про кремний, который мудрый Дмитрий Иваныч поместил в соседнюю клеточку с предметом обсуждения. Я давно не занимался кремнием; знаю, как было 10 лет назад. Вряд ли многое изменилось...

Большинство коммерческих солнечных батарей - на кремнии; это микронные пластины, вырезанные из монокристалла. Солнечный свет в них сильно поглощается. Такой толщины не нужно, это перерасход дорогого материала. Увы, за 70+ лет никто не придумал, как его можно нарезать тоньше. С начала 70-х годов пытались использовать аморфный кремний (его можно наносить из газовой фазы тонким слоем). К сожалению, в нем болтающиеся связи, которые ловят заряды, и материал не годится. Если его гидрогенизировать, получается сплав, который в принципе годится, но (1) КПД заметно меньше и (2) со временем (под светом) образуются дефекты, которые ловят заряды, и КПД падает. Что это за дефекты, как они образуются - до сих пор не известно (эффект был открыт в 1973-м году). Существует примерно 200 теорий, там десятки тысяч статей.
https://en.wikipedia.org/wiki/Staebler%E2%80%93Wronski_effect
И все без толку. Есть способы обхода (например, быстро удалять заряды после того, как они разделились - это возможно в гетероструктурах). Такие способы удорожают производство. Лет десять назад обнаружили, что легирование германием помогает (тоже нет общепринятого объяснения, почему). Результат тот, что аморфный кремний так и остался предметом разговоров.

Кремния в коре много, но он в виде оксида. Получить в чистом виде элемент тяжело, это тебе не уголь, о нас не позаботились. Сначала кремний превращают в тетрахлорид, многократно дистиллируют (это агрессивная жидкость). Потом восстанавливают кремний в электрической дуге (главный источник энергопотерь). Кремний очищают многократной зонной плавкой, растят кристалл, распиливают. Делать солнечные батареи из кремния за приемлемую цену без субсидий невозможно. Как же их тогда делают?

Кремний производят не для батарей, а для электроники. Когда режут кристалл, лучшую часть пускают на платы, остаются обрезки. Производители скупают их и делают из них батареи; так удается снизить цену производста. Постепенно электронная индустрия учится лучше растить и утилизировать кристаллы, дешевых обрезков меньше, цены на них растут. Поскольку солнечные батареи б/м экзотика, обрезочков хватает. Для массового производства (которое способно что-то изменить в общем энергетическом балансе) их не хватит; придется специально чистить и производить кремний для солнечных батарей. Это резко увеличит их себестоимость. Кремниевые солнечные батареи надежны и эффективны, но они оказались в "ловушке". Они годятся для потемкинских деревень, выкачивания субсидий, списывания налогов и т. п., но энергетические проблемы ими (при существующих технологиях и расценках) не решить.

***

Когда заводят шарманку о солнечной энергии, забывают, что материалы для солнечных батарей должны откуда-то браться и куда-то деваться в конце срока жизни, что их производство и утилизация требуют энергии, что они должны образовывать замкнутый цикл, что исключение выброса CО2 предполагает, что не происходит эмиссии в этом цикле и т. д. Ситуация с солнечными батареями (как глобального решения энергопроблем) воистину безумная. Скажем, для них нужен прозрачный электрод. Обычно это оксид индия и олова. Столько индия, сколько необходимо для покрытия мировой потребности в этих материалах (для мирового же производства панелей) нет; даже малой части нет. Нет и меди на проводки, чтобы соединить квадратные километры таких батарей. Спросишь: откуда все это возьмется, а тебе в ответ - графен! наноматериалы! - А это откуда? - и в какой форме возьмется энергия на это производство?

У кремния есть много недостатков, но есть огромное преимущество - он доступен в неограниченном количестве. У большинства материалов в цикле производства солнечных батарей фигурируют полезные ископаемые как источник углерода, а это ограниченный ресурс.

Скажем, пишут про полимеры для солнечных батарей. Они будут тонкие, гибкие, эффективные, прекрасные, чудесные. Допустим. Но откуда они возьмутся и куда денутся? Возьмутся они из нефти, газа и угля. И в конце концов превратятся в углекислый газ. Извлеченный из недр углерод проделает тот же самый путь, как если его сжечь, но в процессе будет произведено больше энергии. К эффекту эмиссии CO2 будут добавлены огромные тепловые потери (т.к. эффективность таких батарей не выше 15%).

Трудно сказать, лучше это с точки зрения нагревания планеты, чем просто сжечь уголь или нет. Некоторая задержка эмиссии углекислоты компенсируется тепловым загрязнением, плюс потери на химическую трансформацию в необходимую форму. Органические солнечные батареи - замечательная, полезная вещь. Но причем тут "спасение планеты"? Когда солнечных батарей мало, они ничего не спасают. Когда их много, они изменяют альбедо, а их производственный цикл становится источником изменения климата. В лучшем случае, они эти изменения замедляют, в худшем - ускоряют. Полного анализа ни самого цикла, ни его долгосрочных последствий не существует. Фокусируются только на его малой части. Для декларируемой цели ("спасение планеты") имеет значение полный цикл. Такой цикл существует в природе, но его эффективность очень мала, 1-2% - это после 3+ миллиардов лет, отпущенных Провидением на совершенствование. Возможно ли улучшить этот показатель? Вряд ли, учитывая топорность наших решений по сравнению с химией клетки.

И даже это не проблема. Сожгут - прямо или косвенно - ископаемые, как-то там изменится климат. Такое было за историю земли неоднократно. Следующий цикл оледенения (а оно не за горами) тоже не подарок. Вопрос в том, что делать дальше? Углерод далее придется производить самим - из углекислого газа. Потомки из мира Полудня и Великого Кольца окажутся в ситуации нынешних деревьев. Для производства энергии им потребуются солнечные батареи. Для производства батарей им понадобятся материалы. Для этого тоже нужна энергия и сырье. Если цикл не замкнут, все это не работает. Либо нужен внешний источник сырья, либо "альтернативный" источник энергии. Если такой источник есть, незачем разводить канитель с солнечной энергией.

***

Может, перед нами открыто солнечное будущее. Верить в него или нет - дело житейское. Но попасть туда можно только поняв эффект Стаблера-Вронского и тому подобные материи, а это занятие небыстрое.

Это я к тому, что если чумазые ребята будут выдавать на-гора уголь, а веселые девчата в косынках и нарядных комбинезончиках делать из него на химзаводе солнечные батареи, которые злобные капиталисты будут обменивать на зеленые бумажки у озабоченной общественности, и те батареи будут служить 20 лет, а потом идти на растопку, это никакую планету, разумеется, не спасет. Так, однако, вопрос не стоит. Не спасет ее и Солындра - и не может, да и спасать ее не от чего, планете все по барабану, а для будущего разницы никакой. В этом смысле силиконовая долина ничем не отличается от угольного бассейна. Разница существует в воображении граждан, и это замечательно, так как воображаемую проблему (в отличие от реальной) можно решить воображаемым же способом ко всеобщему удовольствию.

Человек рожден для счастья, как птица для полета. Пусть у рыдающих сердце порадуется, что они делают что-то такое, от чего хорошо завтра наступит. И работягам будет что клепать, и они тоже будут счастливы.

Все веселые, все довольные, а тем временем можно и делом заняться, а то так можно и того-с.
thinking

Быстрая работа

Обсуждал сегодня с коллегой: что ждать от избрания Трампа? Обычно при демократической администрации вверх идет все, что прямо или косвенно относится к "альтернативным" источникам энергии (в этом цикле, например, это было биотопливо, солнечная энергия, батарейные дела), при республиканской - к ядерной. Поскольку я занимался темами обоих наборов, кто находился у руля было не очень существенно, кроме одного исключения, заставшего меня совершенно врасплох: Буш-мл. с его "водородной энергетикой" (во время первого срока). Она не вписывалась ни во что вообще.

Коллега убеждал, что и сейчас произойдет что-то неожиданное, и надо быть готовым; потом сообщил, что сделает предсказание. Я думал, про нефть-газ скажет, но не угадал.

Поскольку Трамп много наобещал жителям глубинки, логичным было бы бурное развитие там химической промышленности, основанной на угле, которая задействовала бы сравнительно большое количество рабочих рук (производство можно автоматизировать, но не строительство и не инфраструктурную поддержку). *** В Германии много таких производств, они там длительное время развивались (теперь еще в Китае), а в Америке их мало: петрохимический цикл вытеснил остальные примерно 100 лет назад (поскольку лучше соответствовал тогдашним возможностям) и развитие пошло в другом направлении (Германии было не выбирать). Наука и инженерная мысль эти сто лет не стояли на месте; возможно, сейчас весь этот цикл можно радикально пересмотреть.

Это была бы смелая и интересная задача, которая воскресила бы к труду целый регион страны; нужное дело, и людям помощь. Не от политиков же ее ждать.

Решил взять в библиотеке книжки по химической технологии угля. Оказалось, все на руках, заказали на неделе.

Это трех полных дней не прошло со дня выборов!

-----

*** Я плохо понимаю аргументацию об "автоматизации" (что-де роботы вытеснили людей и тем осталось лечь и помереть). Роботы - часть производства. Кто-то должен построить корпуса, кто-то их должен устанавливать и чинить, кто-то должен возить продукцию и т. п. Дело не в том, что производство автоматизировано (в Китае те же роботы), и даже не в том, что автоматизированные производства находятся там, где такая труднозаменяемая работа обходится дешевле. Наоборот: большая автоматизация делает обратное перемещение производства выгодной за счет уменьшения доли таких расходов (относительно других расходов). Вероятно, реальная причина, почему такие производства по-прежнему в Китае та, что львиная доля продукции потребляется в Китае и Азии, а не дешевизна тамошней рабочей силы. Если так, то проблема не в автоматизации и только косвенно - в дешевой рабочей силе. Интересно, что думают об этом понимающие люди.
thinking

Исчезновение

Размышления о молоке и яйцах натолкнули меня на осознание утрaты. В детстве я не раз видел яйца с двумя желтками. Куры тоже люди, и у них бывают двойняшки. Шанс найти двухжелтковое яйцо, снесенное курицей в возрасте 20-30 недель, примерно 1/100 (для людей рождение близнецов имеет вероятность примерно 1/30).

Осознал я то, что не видел таких яиц лет 15, а то и больше; за это время съел немало дюжин. Как такое может быть? Спросил, все подверждают: в детстве видели, а теперь - нет. Когда произошло исчезновение, никто не знает. Вероятно, такие яйца теперь отбраковывают при сортировке. Сортировочные машины сортируют 100,000 яиц в час. Как они распознают яйца с двумя желтками? И - зачем?

Я представил себе возможные принципы работы такой машины. Ультразвук? Рентген? Можно сделать, но накладно. Не рентгенолог же у них сидит на контроле. Потом подумал: если сильный свет, то можно, вероятно, глазом увидеть, если менять угол. Так и оказалось. Есть целая профессия - инспектор-моторист (называется candling). Целью является не выявление яиц с двумя желтками, а яиц с кровью в желтке. Кровь в белке машина сама находит.

Яйцо на тележке с роликами попадает в машину. Через него проходит сильный свет. Сначала его анализирует спектрометр, определяя отношение поглощения на пиках гемоглобина и желтка, которые отстоят на 50 нм. Так можно выявить кровь в альбумине. Далее яйцо медленно крутят 10 раз вокруг оси, и на него смотрит сверху человек. Несчастные сутками разглядывают бесконечные потоки яиц в ярком свете. Двухжелтковые стали выбраковывать потому, что стандартизировать, так стандартизировать. Вероятность найти кровь существенно ниже 1/100, людям становится скучно, и контролеры "зевают". Выбраковка двухжелтковых яиц поддерживает внимание и спортивный интерес.

Оказалось, сейчас зреет научно-техническая революция на яичном фронте: пытаются создать нейронные сети, распознающие дефекты яиц, но они работают медленнeе и хуже людей. Пока же мысль не дремлет, и чего только с этими яйцами волшебники в белых халатах не делают: смотрят, как через них распространяются деформационные волны и звук, делают ЯМР-релаксометрию и томографию, и т. д. Вовлечены лучшие умы человечества.
http://www2.sci.utu.fi/projects/biokemia/cost923/12_debaerdemaeker.pdf

А бабушка делала так. Каждое яйцо разбивала в чашку. Если крови не было - на сковородку, с кровью - кошке.