Мозг в фокусе ультразвуковой голографии

(Июль 2019, idb)

Замечательная особенность современной науки – это то, как сугубо прикладные технологии постепенно становятся фундаментально важными вещами в основах научной картины мира. Одна из таких технологий – голография.

Волновая физика и порождаемые ею феномены голографии уже очень давно – без малого полстолетия – вдохновляют ученых на создание новых неортодоксальных моделей для устройства мира, человека и его сознания. За прошедшие десятилетия голографический принцип успел стать основой для единого взгляда на множество важных, но очень плохо стыкующихся вещей. На квантовую физику и гравитацию, на природу частиц и черных дыр, на единство разума и материи, на устройство окружающей реальности и нашего мозга, наконец.

Если говорить об интуитивном уровне освоения идеи, то уже очень многие сегодня чувствуют, что это практически наверняка не случайность – когда ученые с существенно разных концов и разными путями приходят к одному и тому же объединяющему принципу. Однако, если оценивать ситуацию по большому счету, то ничего похожего на подлинный, давно назревший научный прорыв здесь что-то никак всё не происходит.

Причины затянувшегося топтания на месте никак не связаны ни с собственно голографией, ни с научными достижениями в целом. Тут дело скорее в таких особенностях нашего социального устройства, как иерархические структуры власти, сила традиций и авторитетов, религиозные догмы и табу. В общем, разнообразные тормоза типа устойчивых, но ошибочных верований.

Но как бы там ни было, отсутствие прогресса на фундаментальном уровне ничуть не мешает развитию голографии на уровне прикладных технологий. Об одном из новых интересных достижений такого рода – на стыке ультразвуковой акустики и медицины – и будет нынешний рассказ.

Читать «Мозг в фокусе ультразвуковой голографии» далее

Археологические метаматериалы, или секретные технологии Древнего Рима

(Май 2019, idb)

Затертый штамп про «всякое новое как хорошо забытое старое» применяют и часто, и к чему угодно. Но крайне редко – к новейшим хайтек-технологиям передовой науки. Здесь, однако, будет рассказ именно о таком случае…

На сайте научных препринтов arXiv.org недавно выложена весьма примечательная обзорная статья, подготовленная в области междисциплинарных исследований на стыке нанофотоники, геофизики и инженерных аспектов строительства/архитектуры. Авторами работы являются ученые из французского Института Френеля при Марсельском университете, а название у статьи такое: «Роль нанофотоники в рождении сейсмических мегаструктур» (arXiv:1904.05323).

Начиная свой обзор, авторы работы первым делом поясняют, какая тут вообще может быть взаимосвязь между столь разными, казалось бы, вещами как нанофотоника (сочетание оптики и нанотехнологий) и конструирование сейсмоустойчивых зданий. Ведь нанооптика с её фотонными кристаллами и электромагнитными волнами, с одной стороны, и наука геофизика с её сейсмическими волнами землетрясений, со стороны другой, занимаются волнами совершенно разной природы.

В нанофотонике, в частности, исследователи манипулируют электромагнитными излучениями в диапазонах видимого света и прилегающих к нему областей ультрафиолетовых и ближних-инфракрасных частот. То есть в диапазоне волн длиной примерно от 300 до 1200 нанометров. Волны же сейсмические, проходящие через толщу земли и по её поверхности, не только сильно отличаются от природы света, но и имеют совсем-совсем другие длины – порядка десятков и сотен метров.

Физика волн, однако, на всех масштабах имеет по сути одни и те же ключевые особенности. Типа эффектов интерференции и дифракции, то есть усиливающего или гасящего колебания наложения волн, отражения и способностей волн к огибанию встреченных препятствий. А потому при грамотном использовании опыта и математического инструментария исследователям волн удается весьма эффективно переносить достижения одной области в области совершенно другие.

Если же говорить конкретно о нынешней истории, то разработка фотонных кристаллов, теоретически открытых примерно лет тридцать тому назад, в своем развитии шла бок о бок не только c большими достижениями науки в смежных нанотехнологических областях вроде плазмоники и метаматериалов. Все эти совокупные успехи со временем вдохновили ученых и на создание метаповерхностей значительно более крупных масштабов – с линейными размерами порядка десятков метров. Такого рода структуры получили название сейсмические метаматериалы.

Эксперименты ученых и инженеров с сейсмическими метаматериалами, сооружаемыми из зарытых в грунт элементов, убедительно показали, что мощный математический инструментарий, изначально разработанный для фотонных кристаллов и нанооптики, предоставляет отличные возможности и для этой области. Важнейшая среди таких возможностей – существенно новое описание и предсказание тех сложных феноменов во взаимодействиях между землей и возведенными на ней сооружениями, что происходят в периоды сейсмических возмущений.

Впечатляющие успехи на данном направлении – типа работоспособной концепции волнового «плаща-невидимки», защищающего здание от землетрясений – уже ведут ученых и к куда более смелым футуристическим идеям. Ибо те же самые подходы, что помогают при разработке метаструктур, закопанных в грунт, аналогично можно использовать и для изучения совокупных эффектов от уже выстроенных и/или проектируемых к постройке зданий. При таком обобщенном подходе все возводимые на земле сооружения рассматриваются как надповерхностные резонаторы в мегаструктурах типа «мета-городов».

Иначе говоря, грамотно размещая здания с правильными сочетаниями их формы, площадей и высоты, можно заранее обеспечивать повышенную сейсмоустойчивость всего метакомплекса сооружений в целом. Особо же интересно, как подчеркивают авторы обзора, что столь замечательные перспективы для зодчества недалекого будущего попутно должны напоминать нам и о богатейшем наследии архитекторов и строителей древности.

Ибо реальная ситуация здесь такова, что как только разработчики сейсмических метаматериалов разобрались как следует, что и как тут следует делать, то вскоре им открылась и воистину поразительная вещь. Оказалось, что имеется поразительное и несомненное сходство между конструкциями их новейших «плащей-невидимок», защищающих современные здания от землетрясений, и архитектурой некоторых весьма и весьма древних мегаструктур – таких как древнеримские арены-цирки и амфитеатры.

Проанализировав структуру фундаментов нескольких цирков и амфитеатров эпохи Древнего Рима, французских исследователи обнаружили, что изучают, по сути дела, «археологические метаматериалы». То есть инженерные конструкции, которые неявным образом (как минимум) могли обеспечивать защиту сооружений от землетрясений, искривляя прохождение сейсмических волн в обход постройки.

Именно этому открытию и будет посвящен дальнейший рассказ – в проекции на особенности современных метаматериалов оптики и геофизики.

Читать «Археологические метаматериалы, или секретные технологии Древнего Рима» далее

Новый канал связи «вода-воздух»

(Январь 2018, сюжеты НБКР)

Любопытная новость в развитие предыдущего материала – из области инструментальных транс-коммуникаций между средами с разными физическими свойствами.

Сконструированный учеными новый материал способен эффективно передавать звуки между водой и воздухом – причем в ту и другую сторону.

Вода имеет намного большую плотность, чем воздух, и передает звук с большей скоростью. Для физики распространения волн это несоответствие скоростей означает, что когда звук, проходящий в воде, достигает её границы с воздухом, то свыше 99,8% звуковой энергии отражается обратно интерфейсом между разными средами.

Дабы улучшить передачу звукового сигнала из одной среды в другую, коллективом корейских ученых из университета Yonsei в Сеуле создан особая «метаповерхность». То есть специфической структуры материал, состоящий из массива крошечных элементов, позволяющих изменять форму сигнала весьма особенным образом, чего обычные естественные материалы делать не могут.

Когда звуковые волны, приходящие из воды, достигают поверхности «приемопередатчика» из этого материала толщиной 4,8 миллиметра, то там они проходят по особым каналам–цилиндрам, каждый из которых содержит наполненную воздухом полость и латексные мембраны.

Благодаря такой конструкции «метаповерхности», звуковые волны, отражающиеся от различных частей структуры, взаимодействуют друг с другом так, чтобы сокращалось общее отражение энергии обратно в воду. Результатом же такого перераспределения энергии становится то, что сигнал вторичной волны, передаваемой в воздух, усиливается примерно в 160 раз, так что теперь в среду воздуха переходит 30% исходной энергии звука.

Среди потенциальных областей применения новой технологии авторы упоминают морскую биологию, поскольку теперь есть возможность применять уже имеющиеся чувствительные микрофоны, разработанные для работы воздухе, для выявления, записи и анализа звуков подводных.

#

Идейно похожая конструкция пассивного приемо-передатчика на основе цилиндрической полости и мембраны была изобретена Львом Терменом в 1940-е годы – для работы в качестве подслушивающего устройства. Технология весьма успешно применялась сначала советской разведкой, а затем и перенявшими её англо-американскими спецслужбами. Подробности см. в материалах «Крипто-акустика» и «Секреты дальночувствия».

Основной источник:
Metasurface for Water-to-Air Sound Transmission
Eun Bok, Jong Jin Park, Haejin Choi, Chung Kyu Han, Oliver B. Wright, and Sam H. Lee
Phys. Rev. Lett. 120, 044302 – Published 26 January 2018

Секретная гидрофония с открытым ключом

(Октябрь 2001)

Подводные коммуникации – дело крайне непростое. Инженеры многие десятилетия бьются над созданием надежных и дальнодействующих систем связи для подводников, однако вплоть до нынешнего времени для приема и передачи сообщений на глубине чаще всего продолжают использовать несложные устройства под названием гидрофоны.

Но звуковые волны в океане имеют тенденцию разбегаться во всех направлениях, многократно отражаясь от дна и поверхности воды, плюс активно интерферируя с собственными отражениями. Поэтому даже на сравнительно небольших расстояниях акустический сигнал от одного гидрофона до другого доходит зачастую в чудовищно искаженном виде, слабо поддающемся восстановлению и пониманию.

Так что более-менее приличные результаты связи эта техника дает лишь на больших глубинах, а для дальней связи с берегом или другими кораблями подлодкам приходится либо всплывать, либо использовать плавающую на поверхности антенну. И тот, и другой метод, ясное дело, плохо подходят для тайных операций, которые так любят возлагать на субмарины.

Новая оригинальная идея недавно пришла в голову Джефу Эдельману (www.geoffreyedelmann.com) и его коллегам по Институту океанографии в Сан-Диего. Они решили воспользоваться для связи специфической методикой эхолокации, обычно применяемой на флоте при поиске вражеских подводных лодок и именуемой «акустическое обращение времени».

Читать «Секретная гидрофония с открытым ключом» далее

Думать самим или разумом ИИ?

(Октябрь 2017)

Одни умные люди уверены, что наша цивилизация выходит на крайне опасный этап развития, грозящий уничтожить человечество как вид. Их отнюдь не глупые оппоненты-скептики настаивают, что угрозы эти измышляются фантазерами. Кто-то из мудрецов явно неправ…

«Жизнь 3.0» и «Карта маршрутов»

Случилось так, что два известных в своих областях человека независимо и практически одновременно опубликовали две исследовательские работы, дающие диаметрально противоположные, по сути, взгляды на одну и ту же большую проблему. Собственно проблему можно сформулировать словами «Искусственный Интеллект как угроза существованию человечества», а суть принципиально разных к ней подходов у данных авторов сводится к следующему.

Макс Тегмарк наиболее известен в мире как физик-теоретик. Но кроме того, он активно занимается общественной деятельностью и несколько лет назад стал сооснователем Института «Будущее Жизни» в Кембридже, штат Массачусетс, США (девиз института: «Технологии как никогда раньше дают жизни потенциал к процветанию… или же к самоуничтожению. Так давайте сделаем так, чтобы разница зависела от нас!»).

Теперь же, в своей новой книге «Жизнь 3.0: быть Человеком в эпоху Искусственного Интеллекта» (Max Tegmark, «Life 3.0: Being Human in the Age of Artificial Intelligence», Knopf: 2017), Тегмарк подробно анализирует одну из наиболее существенных особенностей в развитии новейших технологий – стремительную эволюцию систем ИИ. Главным итогом анализов ученого здесь становится вывод, что очевидные риски данного процесса уже сейчас требуют от нас серьезнейших размышлений и очень аккуратных действий. Если, конечно, у людей имеется понимание, что наше «космическое предназначение» совсем не в том, чтобы по ходу прогресса оказаться выброшенными на обочину истории…

Работа вторая – оценивающая «угрозы ИИ» с абсолютно иных позиций – это аналитическое эссе от профессора-правоведа Райана Кало, опубликованное под названием «Политика в области Искусственного Интеллекта: карта маршрутов». За последние годы Кало, как профессиональный юрист, активно занимающийся проблемами на стыке инфотехнологий и права, заслужил в США авторитет «ведущего эксперта по законам роботехники».

Существенно подкрепили этот статус профессора такие, в частности, факты. В период президентства Обамы именно Кало устроил и провел в Белом доме первый семинар по политике в области ИИ. После чего он же организовал аналогичные семинары для Национальной академии наук и для NSF, Национального научного фонда США, раздающего исследователям гранты, а затем – ещё и для спецслужбы DHS, то есть Департамента безопасности отечества.

И вот теперь, в свежем эссе про «Карту маршрутов ИИ», Райан Кало развернуто подытоживает свои исследования и популярно объясняет, о чем в действительности «следует беспокоиться политикам в отношении искусственного интеллекта». В частности, здесь всячески раскритикованы аргументы таких пророков катастроф и несчастий, как Илон Маск и Ник Бострём, Стив Хокинг и уже упомянутый Макс Тегмарк.
Реальное же беспокойство у тех, кто принимает решения, должно вызывать, по мнению Кало, недостаточное финансирование наиболее перспективных ИИ-проектов. Недостаточное по той причине, что необходимые средства и ценные человеческие мозги интенсивно отвлекаются на предотвращение несуществующих угроз, придумываемых фантазерами…

Читать «Думать самим или разумом ИИ?» далее

АА+ИИ… и не нужно никаких паролей

(Июнь 2017)

То, что связка логин+пароль это слабое и неудачное решение для защиты доступа, хорошо понимали даже полвека назад, на заре компьютерной эпохи. Но вот что применять взамен – постигать начали совсем недавно…

Между прошлым и будущим

Случилось так, что в мае 2017 произошла весьма символичная встреча инфотехнологий прошлого и будущего – в той особенной области человеческой деятельности, что обычно принято именовать «контроль доступа и защита информации».

Если говорить о прошлом – и настоящем – этого дела, то в первых числах мая компьютерные пользователи всего мира отмечали довольно необычный праздник (о котором большинство людей, возможно, даже не в курсе). Международный праздник называется «День паролей» или World Password Day, отмечается 4 мая, а учрежден ради пропаганды грамотного использования этой важной меры безопасности среди широких народных масс.

Что же касается будущего, то в последних числах мая СМИ впервые сообщили о том, что корпорация Apple активно работает ныне над весьма необычным новым чипом – носящем название Neuro Engine или «нейродвижок» в более-менее адекватном переводе на русский. Грамотные обозреватели рынка в общем-то в курсе, что термин «нейро-» применительно к процессору означает аппаратное воплощение идеи нейросетей для систем искусственного интеллекта.

Однако сама компания Apple, знаменитая своей скрытностью, пока что категорически не желает ни комментировать слухи о новом чипе, ни – тем более – раскрывать цели его создания. Иначе говоря – пока это как бы загадка и «коммерческая тайна» фирмы.

Но с другой стороны, если хорошо представлять себе ту непростую ситуацию и проблемы, что давно характерны для роли паролей в сфере инфозащиты, то нынешняя инициатива Apple выглядит не только не загадочной, но и более того, совершенно естественной и своевременной. Если знать, конечно, каковы на сегодня важнейшие идеи и тенденции относительно ближайшего будущего в этой горячей области.

И поскольку просто так – в лоб – раскрывать «великую тайну» о новой разработке корпорации-гиганта было бы и неинтересно, и не особо убедительно, имеет смысл рассказать историю иначе. О том, что за беды и проблемы с этими паролями были всегда, какими способами их пытаются решать сегодня, почему это тоже не лучшее решение, и как, наконец, будет выглядеть действительно сильная защита доступа в нашем недалеком грядущем.

При такой подаче материала для понимания новой инициативы Apple уже не понадобится ни домыслов, ни дополнительной информации от инсайдеров. Но дабы картина эта выглядела действительно внятной и убедительной, прежде желательно иметь четкое представление о том, что же сегодня понимают под «сильными паролями». И почему эту силу так трудно обеспечить.

Читать «АА+ИИ… и не нужно никаких паролей» далее

Как избавиться от паролей

(Ноябрь 2011)

Красивая идея «активной аутентификации» сулит избавление компьютерных пользователей от обременительной возни со множеством разных и трудно запоминаемых паролей.

В области компьютерной безопасности случился на днях забавный казус.

Корпорация Google запустила большую рекламную кампанию вокруг их нового пособия «Хорошо бы это знать» –  посвященного проблемам онлайновой безопасности и приватности (Good To Know, http://www.google.com/goodtoknow/).

В частности, вполне конкретные советы Гугла относительно правильного создания сильных паролей появились на рекламных щитах в лондонской подземке и в виде полностраничной рекламы в респектабельном журнале The Economist. На этих афишах пример «очень сильного пароля» выглядит следующим образом – «2bon2btitq».  Как поясняет сопутствующая картинка, это буквосочетание построено на основе первых букв в словах знаменитой цитаты из шекспировского «Гамлета»: «Быть иль не быть, вот в чем вопрос» (To be or not to be, that is the question).

Далее случилось так, что на эту рекламу обратил внимание сотрудник Кембриджской лаборатории компьютерной безопаности Джозеф Бонно (Joseph Bonneau). И решил проверить данный пароль практически – на предмет «силы и стойкости».

Читать «Как избавиться от паролей» далее