КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 25-73-20034

НазваниеСоздание моделей прогнозирования эффективности оптического ограничения с применением искусственного интеллекта для реализации комплексной защиты от поражения лазерным излучением на примере фталоцианинов и их композитов с нанотрубками

Руководитель Толбин Александр Юрьевич, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук , Московская обл

Конкурс №108 - Конкурс 2025 года на получение грантов РНФ по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-706 - Высокопроизводительные вычисления в химическом моделировании

Ключевые слова Квантово-химическое моделирование, нелинейная оптика, оптический лимитер, индуцированное поглощение, органический краситель, спектроскопия, агрегация, коэффициент поглощения, нейросети, корреляции, лазерное излучение, модели прогнозирования

Код ГРНТИ31.01.77

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
С ростом лазерных технологий и увеличением мощности лазеров с ультракороткими импульсами существенно возрастают требования к защитным материалам, что актуально для лазерной безопасности. Одним из наиболее перспективных методов защиты считается применение оптических лимитеров, использующих нелинейные оптические материалы, способные форсировать ослабление высокоинтенсивного света за счет увеличения сечения поглощения в возбужденных состояниях. Большое значение имеет также скорость отклика: чем быстрее материал реагирует на лазерное воздействие, тем более эффективно он способен ограничить интенсивность излучения. В результате нелинейные оптические материалы с высокими значениями коэффициентов поглощения и быстрым откликом открывают возможности для разработки современных защитных технологий, особенно для использования в сложных условиях, где требуется защита от лазеров широкого спектра мощностей и длительностей импульсов. Исследования будут сосредоточены на фталоцианинах и их композитах с наноструктурами, которые обладают высокой световой поляризуемостью, и перспективны для оптического лимитирования в видимом и ИК диапазонах. В проекте будут реализованы современные квантово-химические методы для изучения структуры нелинейных абсорберов и алгоритмы машинного обучения для многопараметрического анализа и прогнозирования нелинейных оптических характеристик новых материалов с применением нейросетей многоуровневой архитектуры и новейшего алгоритма CORRELATO, разработанного руководителем данного проекта. В результате будут выявлены корреляции между молекулярной структурой, спектральными и нелинейно-оптическими свойствами в совокупности, что приведет к созданию комплексных моделей, предсказывающих поведение материалов в условиях высокоинтенсивного лазерного воздействия. Ожидается, что полученные материалы найдут применение в технологиях защиты оптических приборов в медицине и промышленности, военных и аэрокосмических системах – в частности, способствуя повышению безопасности дорогостоящих оптических систем. По этой причине создание оптических лимитеров на основе нелинейных оптических материалов с помощью многофункциональных прогностических моделей является актуальной и практически значимой научной проблемой. АКТУАЛЬНОСТЬ проекта обусловлена растущей потребностью в эффективной защите от лазерного излучения, широко применяемого в медицине, промышленных технологиях, научных исследованиях и военных целях. НАУЧНАЯ НОВИЗНА проекта заключается в разработке многопараметрических предсказательных моделей с применением машинного обучения, которые позволят прогнозировать поведение новых материалов при воздействии на них высокоинтенсивного излучения, ускоряя тем самым процесс поиска требуемых нелинейных поглотителей и оптимизацию технологий создания оптических лимитеров, поскольку в настоящее время отсутствуют универсальные решения, направленные на обеспечение защиты от поражения лазерным излучением в широком спектральном диапазоне на различных уровнях его мощности.

Ожидаемые результаты
В ходе выполнения проекта: • будут созданы многопараметрические прогнозные модели с применением корреляционных методов и машинного обучения для оценки эффективности фталоцианинов и их композитов с углеродными наноматериалами в оптическом лимитировании путем предсказания главных характеристик устройств защиты от поражения лазерным излучением – порога включения, динамического диапазона и коэффициента ослабления потока лазерного излучения. Это позволит существенно сэкономить ресурсы на проведении дорогостоящих экспериментальных тестов на лабораторном лазерном оборудовании; • будут разработаны технические задания для получения стабильных жидких дисперсий и полимерных покрытий на основе углеродных наноматериалов для последующего создания абсорбирующих лазерное излучение материалов для оптических лимитеров. Это позволит значительно приблизиться к решению технологических задач, поскольку нанокомпозиты обладают высокой оптической нелинейностью и, как следствие, дают существенное ослабление лазерного излучения по сравнению с отдельно взятыми компонентами, а прогностические модели на первом этапе позволят эффективно отсортировать красители и вывести для них критерии оптической нелинейности согласно инженерным требованиям; • будет подтверждена идея создания цветоиндикаторов на мощность/интенсивность лазерного излучения. С помощью таких «умных» красителей можно будет определять степень защищенности объекта от поражения лазерным излучением, чтобы впоследствии можно было вовремя заменить абсорбирующий компоненты оптического лимитера, не дожидаясь наступления критической ситуации. Создание таких цветоиндикаторов крайне актуально для сохранения работоспособности сложной оптической аппаратуры в условиях риска поражения мощными световыми импульсами и представляет собой принципиальную новизну проекта, а сама эта идея недавно сформулирована руководителем данного проекта. НАУЧНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ состоит в развитии методов прогнозирования в нелинейной оптике, что, в свою очередь, создаст фундамент для более точного моделирования и предсказания поведения материалов в условиях мощного лазерного облучения. ОБЩЕСТВЕННАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ заключается в разработке инновационных решений для технологии защиты от поражения лазерным излучением. В частности, прогнозные модели позволят сократить потребность в дорогостоящих лабораторных тестах, что сделает технологию разработки устройств защиты от лазерного излучения более экономически доступной. Исследования и созданные в их рамках технологии могут найти применение в таких сферах, как общественная безопасность, медицина, связь, где системы защиты от лазерного воздействия будут играть ключевую роль, а внедрение композитных материалов на основе фталоцианинов в оптические системы защиты может помочь предотвратить выход из строя высокотехнологичного оборудования, используемого в стратегических, гражданских и военных объектах, повышая надежность и безопасность таких систем. Предполагаемые результаты от реализации проекта полностью СООТВЕТСТВУЮТ МИРОВОМУ УРОВНЮ исследований в области нелинейной оптики и разработки защитных материалов от лазерного излучения по части использования передовых методов машинного обучения и реализации многопараметрических моделей для создания эффективной защиты от поражения лазерным излучением в стратегических и гражданских приложениях, что представляет собой важную задачу на мировом уровне. Возможность ПРАКТИЧЕСКОГО использования ожидаемых результатов мы оцениваем как высокую.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---