Przedstawiamy ogólną metodykę modelowania charakterystyk materiałów magnetycznych stosowanych w energetyce przy użyciu głębokich sieci neuronowych.

Do trenowania autoenkodera (czyli modelu sieci neuronowej złożonej z dwóch części: enkodera i dekodera) w sposób nienadzorowany wygenerowano wielowymiarowe charakterystyki materiałów magnetycznych, które naśladują rzeczywiste pomiary. Enkoder stara się przewidzieć parametry materiałowe modelu teoretycznego, który następnie jest używany w dekoderze. Dekoder, korzystając z przewidzianych parametrów, rekonstruuje wejściowe charakterystyki.

Sieć neuronowa jest trenowana na syntetycznie wygenerowanym zestawie charakterystyk, który obejmuje szeroki zakres zachowań materiałów, co pozwala na uogólnienie modelu, pozwalające opisać fizykę problemu, zamiast jedynie optymalizować parametry dla pojedynczej charakterystyki.

Po zdefiniowaniu i wytrenowaniu modelu, wykazujemy jego przydatność w złożonym problemie jednoczesnego modelowania materiałów magnetycznych w domenach częstotliwości i prądu (zakres nieliniowy).  W tym celu wykorzystano charakterystyki zmierzone w zakresie częstotliwości do 10 MHz oraz natężenia pola magnetycznego (H) aż do nasycenia.

Artykuł przedstawia dedykowaną metodę rozpoznawania ludzkich postaw z wykorzystaniem opcji klasyfikacji i klastrowania. Ostatecznym celem badań jest rozpoznawanie działań człowieka na podstawie sekwencji postaw, co stawia określone wymagania wobec opracowanej metody.

W tym celu zaproponowano rzadki autoenkoder (Sparse Autoencoder) w połączeniu z samoorganizującą się mapą (SOM – Self-Organized Map). SOM została rozszerzona o dodatkową warstwę odpowiedzialną za post-etykietowanie lub klasteryzację, co tworzy strukturę określaną jako rozszerzona SOM (extended SOM).

Aby poprawić wydajność SOM, zastosowano dwie modyfikacje ukierunkowane na zadanie – dedykowaną miarę odległości kątowej oraz funkcję sąsiedztwa do aktualizacji wag SOM.

Główny wkład badawczy tej pracy to koncepcja rozszerzonej SOM, która jest trenowana na danych nieoznaczonych i może klasyfikować lub grupować postawy człowieka. Sparse Autoencoder pozwala na zachowanie cech charakterystycznych danych przy jednoczesnym zmniejszeniu ich wymiarowości.

Wykazano, że opracowana metoda osiąga wyższą efektywność klasyfikacji w porównaniu do innych reprezentatywnych metod. Badania ablacyjne pokazują, w jaki sposób wprowadzone modyfikacje poprawiają wyniki klasyfikacji. Opracowana metoda charakteryzuje się dobrą rozdzielczością w rozróżnianiu postaw. Na końcu artykułu przedstawiona jest dyskusja na temat użyteczności zaproponowanej koncepcji.

Germanokrzemek Na₄₋ₓGeᵧSi₁₆₋ᵧ (0,4 ≤ x ≤ 1,1; 4,7 ≤ y ≤ 9,3) został zsyntezowany w warunkach wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury. Kryształy nowego związku typu gość-gospodarz zawierają w swej strukturze unikalny szkielet tetrelowy z podwójnymi kanałami, w których znajdują się atomy sodu, oraz mniejszymi, pustymi jednostkami (Si,Ge)₉. Ułożenie tych elementów tworzy nowy typ struktury o topologii ściśle związanej z hipotetyczną odmianą alotropową węgla. Analiza topologiczna struktury ujawniła, że przestrzeń otoczenia gości nie może być wypełniona pojedynczymi wielościanami, jak ma to miejsce w związkach klatkowych (np. klatratach). Analiza naturalnych parkietaży (ang. tilings) dostarcza wygodnej metody jednoznacznego porównania pokrewnych struktur bogatych w tetrele oraz może pomóc w wyjaśnianiu nowych możliwych układów strukturalnych związków międzymetalicznych. 

W niniejszym artykule przedstawiono wydajną technikę poprawy jakości obrazów radarowych ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar) z wykorzystaniem estymacji parametrów dwuwymiarowego widma z jednoczesną koncentracją.

Proponowana metoda ma na celu uśrednianie wielu skoncentrowanych obrazów ISAR, uzyskanych przy użyciu ortonormalnych okien. W efekcie generowany jest obraz o zwiększonej poprawionej rozdzielczości i zredukowanym szumie.

W porównaniu do najnowocześniejszych metod, zaprezentowane podejście skutecznie tłumi zarówno stacjonarny, jak i niestacjonarny szum w obrazach ISAR, co prowadzi do poprawy kontrastu i entropii.

Przeprowadzono obszerne symulacje, które ilościowo potwierdzają efektywność proponowanej techniki oraz jej przydatność w rzeczywistych systemach. Na końcu pracy przedstawiono wyniki przetwarzania rzeczywistych obrazów ISAR o wysokiej rozdzielczości, demonstrując skuteczność metody w aktywnych radarach FMCW (Frequency-Modulated Continuous Wave).

Dziura w grafie to indukowany cykl o długości co najmniej 4. Dziura jest długa, jeśli jej długość wynosi co najmniej 5. Przez P_n​ oznaczamy ścieżkę o n wierzchołkach. W niniejszej pracy przedstawiamy algorytmy wielomianowe dla następujących problemów: problemu największego zbioru niezależnego w grafach bez długich dziur oraz problemu najmniejszego zbioru wierzchołków przecinającego wszystkie cykle (feedback vertex set) w grafach bez ścieżek P_5. Każdy z powyższych wyników rozwiązuje odpowiadający mu długoletni otwarty problem.

Rozszerzona dziura to dziura na pięciu wierzchołkach z dodatkowym wierzchołkiem sąsiadującym z jednym lub dwoma kolejnymi wierzchołkami tej dziury. Niech G oznacza klasę grafów, które nie zawierają rozszerzonej dziury ani dziur o długości co najmniej 6 jako indukowanych podgrafów; klasa ta zawiera zarówno wszystkie grafy bez długich dziur, jak i wszystkie grafy bez indukowanej ścieżki P_5​. Pokazujemy, że dla danego grafu o n wierzchołkach (z wagami na wierzchołkach) oraz danej liczby całkowitej k, można w czasie wielomianowym znaleźć największy w sensie sumy wag indukowany podgraf o szerokości drzewiastej mniejszej niż k. Wynik ten implikuje oba wspomniane wcześniej rezultaty.

Aby osiągnąć ten cel, rozszerzamy metodę potencjalnych maksymalnych klik (PMCs) do kontenerów. Zostały one opracowane przez Bouchitté i Todincę [SIAM J. Comput., 31 (2001), s. 212–232] oraz rozszerzone przez Fomina, Todincę i Villangera [SIAM J. Comput., 44 (2015), s. 54–87]. Metoda ta pozwala rozwiązywać szeroki wachlarz problemów, w tym znajdowanie najcięższego indukowanego podgrafu o szerokości drzewiastej mniejszej niż k (dla ustalonego k), w czasie wielomianowym względem rozmiaru grafu i liczby potencjalnych maksymalnych klik.

Dalsze rozwinięcia metody, dostosowane do rozwiązania problemu największego zbioru niezależnego (np. dla grafów bez indukowanej ścieżki P_5​ [Lokshtanov, Vatshelle i Villanger, SODA 2014, s. 570–581] lub grafów bez indukowanej ścieżki P_6​ [Grzesik, Klimošová, Pilipczuk i Pilipczuk, ACM Trans. Algorithms, 18 (2022), s. 4:1–4:57]), polegają na ograniczeniu się do generowania jedynie specjalnie wybranego podzbioru wszystkich potencjalnych maksymalnych klik w grafie.

We wszystkich wspomnianych pracach ostatnim krokiem jest złożony algorytm programowania dynamicznego, którego przestrzeń stanów jest oparta na rozważanej liście potencjalnych maksymalnych klik. W niniejszej pracy modyfikujemy ten algorytm i pokazujemy, że wystarczy rozważyć jedynie kontener dla każdej potencjalnej maksymalnej kliki: nadzbiór, który nie zawiera żadnych dodatkowych wierzchołków z poszukiwanego rozwiązania. To wzmocnienie metody nie tylko pozwala uzyskać nasz główny wynik, ale również prowadzi do znaczących uproszczeń w rozumowaniu stosowanym w poprzednich pracach.

Pokazujemy, że problem największego ważonego zbioru niezależnego (MWIS) można rozwiązać w czasie quasi-wielomianowym w grafach, które nie zawierają indukowanej kopii grafu H  dla każdego H, którego każda spójna składowa jest ścieżką lub podpodzielonym szponem (tzn. drzewem z co najwyżej trzema liśćmi). Uzupełnia to dychotomię złożoności problemu MWIS w grafach wolnych od F dla dowolnego skończonego zbioru grafów F, dzieląc przypadki na NP-trudne oraz takie, które można rozwiązać w czasie quasi-wielomianowym. Wzmacnia to przypuszczenie, że przypadki, które nie są znane jako NP-trudne, są w rzeczywistości rozwiązywalne w czasie wielomianowym.

Kluczowy składnik teoriografowy naszego wyniku jest następujący. Dla ustalonej liczby całkowitej t, niech S_t,t,t będzie grafem utworzonym z trzech ścieżek o t krawędziach, których jeden koniec został połączony w pojedynczy wierzchołek. Pokazujemy, że dla danego grafu G można w czasie wielomianowym znaleźć albo indukowany podgraf S_t,t,t​ w G, albo zrównoważony separator składający się z O(log⁡∣V(G)∣) sąsiedztw wierzchołków w G, albo rozszerzoną dekompozycję pasmową GGG (extended strip decomposition -- dekompozycję niemal równie użyteczną dla rekurencji w MWIS, jak podział na spójne składowe), w której każda składowa ma wagę mniejszą w sensie multiplikatywnym niż waga całego G.

Jest to wzmocnienie wyniku Majewskiego, Masaříka, Novotnej, Okrasy, Pilipczuka, Rzążewskiego i Sokołowskiego [Transactions on Computation Theory 2024], który taką rozszerzoną dekompozycję pasmową uzyskiwał dopiero po usunięciu O(log⁡∣V(G)∣) sąsiedztw wierzchołków. Aby osiągnąć ostateczny wynik, stosujemy zaawansowaną strategię rozgałęziania, opartą na przedstawionym powyżej wyniku strukturalnym.

Udowadniamy, że wiele problemów obliczeniowych, które polegają na znalezieniu największego rzadkiego indukowanego podgrafu spełniającego pewną właściwość definiowalną w logice CMSO2, w tym w szczególności problemu zbioru wierzchołków przecinających wszystkie cykle (Feedback Vertex Set), można rozwiązać w czasie wielomianowym w klasie grafów, które nie zawierają indukowanej ścieżki o sześciu wierzchołkach​. Uogólnia to wyniki Grzesika, Klimošovej, Pilipczuka i Pilipczuka dotyczące problemu największego zbioru niezależnego zbioru w tej samej klasie grafów​ [SODA 2019, TALG 2022] oraz wyniki Abrishami, Chudnovsky, Pilipczuka, Rzążewskiego i Seymoura dotyczące analogicznych problemów w grafach, które nie zawierają indukowanej ścieżki o pięciu wierzchołkach [SODA 2021]. Kluczowym krokiem jest nowe uogólnienie metody potencjalnych maksymalnych klik. Pokazujemy, że zamiast generowania dużej rodziny potencjalnych maksymalnych klik, wystarczy jedynie znaleźć ich przybliżone wersje (nazwane carvers)  – zbiory wierzchołków, które zawierają te same wierzchołki z poszukiwanego rozwiązania i mają podobne właściwości separacyjne.

Power-to-Gas (P2G) jest uznawane za obiecującą technologię magazynowania energii w długoterminowej perspektywie. Dynamiczny wzrost udziału odnawialnych źródeł energii o niestabilnej generacji w miksie energetycznym napędza badania i rozwój w zakresie wielkoskalowego magazynowania energii. Niniejsza praca przedstawia analizę wykonalności systemu Power-to-Gas w odniesieniu do różnych punktów pracy i pojemności.

Analizę przeprowadzono przy użyciu modelu systemowego, którego kluczowe komponenty to elektrolizer stałotlenkowy (SOE), jednostka separacji CO₂ oraz reaktor metanizacji. W celu przeprowadzenia oceny techniczno-ekonomicznej (TEA) systemu dokonano estymacji kosztów inwestycyjnych (CAPEX) i operacyjnych (OPEX) oraz określono strukturę kosztów. Zaproponowany w badaniu model umożliwia optymalizację systemową, uwzględniającą zarówno kryteria techniczne, jak i ekonomiczne, w publikacji jest analiza systemu od 10 KW do 40 MW, co odpowiada nominalnej mocy SOE w każdym przypadku.

Według wyników badania w systemie P2G opartym na SOE koszt produkcji syntetycznego gazu ziemnego (SNG) spadnie o 15–21% do 2030 roku oraz o 29–37% do 2050 roku. Produkcja SNG będzie kosztować 3,15–3,75 EUR2023/kgSNG w 2030 roku oraz 2,6–3,0 EUR2023/kgSNG w 2050 roku dla systemów o mocy SOE powyżej 10 MW. Redukcja kosztów wynika głównie z rozwoju materiałów oraz wielkoskalowej produkcji, co wpływa na obniżenie nakładów inwestycyjnych (CAPEX).

Według badań technologia osiągnie próg rentowności do 2050 roku. Wielkoskalowy system Power-to-Gas o łącznej zainstalowanej mocy 40 GW zapewni cenę produktu na poziomie 2,4 EUR2023/kgSNG przy średniej sprawności konwersji wynoszącej 68%.

W pracy zaproponowany został wskaźnik asymetrii danych, będący miarą stopnia asymetrii analizowanego zbioru danych. Zapewnia on dodatkowe informacje o zbiorze, co pozwala na lepsze ukierunkowanie i udoskonalenie dalszej analizy. Wskaźnik odzwierciedla poziom asymetrii relacji między danymi wynikającej z ich hierarchicznej struktury.

Dzięki informacjom uzyskanym za pomocą wskaźnika asymetrii, możliwe jest uzasadnienie i wytłumaczenie skuteczności asymetrycznych metod analizy danych, a także odpowiednie przygotowanie narzędzi do dalszej analizy, dostosowując je do asymetrycznych cech danych.

Wskaźnik asymetrii sformułowany jest w oparciu o graf k-najbliższych sąsiadów, który reprezentuje analizowane dane. Wykorzystuje on zatem informacje o ich wewnętrznej geometrii, umożliwiając wgląd w strukturę zbioru.

Przeprowadzone eksperymenty na rzeczywistych danych służą weryfikacji użyteczności wskaźnika asymetrii oraz poprawności jego teoretycznych podstaw. W empirycznej walidacji zastosowane zostały zarówno symetryczne, jak i asymetryczne algorytmy redukcji wymiarowości danych, a wyniki ich działania ocenione zostały na podstawie klasteryzacji w dwuwymiarowej przestrzeni wizualizacji. Ostatecznie stwierdzone zostało, czy zaproponowany wskaźnik rzeczywiście przewiduje przewagę metod asymetrycznych nad ich symetrycznymi odpowiednikami.

Drzewa w miastach pełnią kluczowe funkcje środowiskowe: produkują tlen, filtrują zanieczyszczenia, stanowią siedlisko dla dzikiej fauny, ograniczają spływ wód opadowych oraz łagodzą skutki zmian klimatu – zwłaszcza poprzez obniżanie temperatury i pochłanianie dwutlenku węgla, który jest magazynowany w postaci węgla organicznego.

Zazwyczaj, aby zwiększyć korzyści ekologiczne wynikające z obecności drzew w miastach, dąży się do zwiększenia ich liczby, co bezpośrednio wpływa na powierzchnię pokrycia koronami. Jednak niewiele wiadomo na temat potencjału modyfikacji składu gatunkowego miejskich zadrzewień w celu maksymalizacji korzyści ekologicznych. Sadzenie i zarządzanie drzewami w celu zwiększenia pokrycia koronami jest szczególnie trudne w centrach miast, gdzie gęsta, często historyczna zabudowa ogranicza możliwość znacznego powiększenia terenów zielonych.

Analizy przeprowadzone metodą i-Tree Canopy wykazały, że w historycznych obszarach miejskich polskich miast istnieje znaczny potencjał do zwiększenia pokrycia koronami drzew – z obecnych 15–34% do 31–51%. W ramach badania modelowano korzyści ekologiczne wynikające z obecności miejskich lasów, koncentrując się na tym, jak różne składy gatunkowe mogą wpływać na funkcje środowiskowe, takie jak sekwestracja węgla i filtracja zanieczyszczeń. Przeanalizowano dwa główne scenariusze: pierwszy zakładał dodawanie drzew zgodnie z najczęściej sadzonymi obecnie gatunkami („opcja standardowa” – SO), a drugi uwzględniał modyfikację składu gatunkowego w celu zwiększenia korzyści ekologicznych („opcja dostosowana do miasta” – SCO). W polskich miastach najczęściej występującymi gatunkami były klon zwyczajny (Acer platanoides, 14,5%) oraz lipa drobnolistna (Tilia cordata, 11,45%). Do popularnych gatunków należały również brzoza brodawkowata (Betula pendula), dąb szypułkowy (Quercus robur), robinia akacjowa (Robinia pseudoacacia), jesion wyniosły (Fraxinus excelsior), klon jawor (Acer pseudoplatanus), kasztanowiec zwyczajny (Aesculus hippocastanum) oraz klon polny (Acer campestre), których udział w miejskich zadrzewieniach wynosił do 5%.

Zróżnicowany skład gatunkowy drzew w polskich miastach przyczynia się w istotnym stopniu do zdolności sekwestracji węgla. Wyniki badań sugerują, że modyfikacja składu gatunkowego może znacząco zwiększyć tempo pochłaniania dwutlenku węgla – od 47,8% do nawet 114% rocznie, przy czym opcja dostosowana do miasta (SCO) okazała się najskuteczniejsza. Podkreśla to znaczenie strategicznego doboru gatunków w praktykach leśnictwa miejskiego, aby maksymalizować korzyści ekologiczne i łagodzić skutki zmian klimatu.

Niniejsze badanie dotyczyło nowej konfiguracji złączy łączonych metodą zgrzewania tarciowego (Friction Stir Welding, FSW) z dwóch stopów aluminium. Analizowano różnoimienne zgrzeiny AA6082/AA1350, przy czym dla stopu AA1350 badano dwa stany materiału: o strukturze gruboziarnistej (CG) oraz ultradrobnoziarnistej (UFG). Omówiono zmiany we właściwościach mechanicznych i elektrochemicznych w kontekście ewolucji mikrostruktury w obrębie złączy.

Średnia wielkość ziarna w strefie zmieszania (SZ) dla wszystkich materiałów wynosiła od 4 do 5 µm, a udział granic ziarna o dużym kącie dezorientacji wynosił około 77%, co wskazuje na występowanie ciągłej rekrystalizacji dynamicznej podczas FSW. Zmiany w mikrotwardości w obrębie zgrzein były związane z różnicami w wielkości ziarna (AA1350) oraz rozpuszczaniem wydzieleń β″ w SZ stopu AA6082.

W wyniku tego wytrzymałość na rozciąganie zgrzein zmniejszyła się w porównaniu z materiałami bazowymi AA6082 i AA1350 UFG, jednak wzrosła w porównaniu z materiałem bazowym AA1350 CG. Eksperymenty elektrochemiczne wykazały, że korozja wżerowa występowała w przypadku AA1350, podczas gdy w przypadku AA6082 była to kombinacja korozji wżerowej i międzykrystalicznej. Głębokość ataku korozyjnego była większa dla AA1350, osiągając maksymalną wartość około 70 µm dla materiałów bazowych, natomiast w SZ zmniejszyła się do 50 µm. W przypadku AA6082 maksymalna głębokość korozji była otrzymana w SZ i nie przekraczała 30 µm.

Materiały ceramiczne stanowią zróżnicowaną grupę materiałów, które znajdują zastosowanie w medycynie, przemyśle elektronicznym, motoryzacyjnym i jądrowym. Z ceramiki wykonuje się m.in. stałe uzupełnienia protetyczne, lasery wysokiej mocy, narzędzia skrawające, nurniki do pomp, itp. Aby wytworzyć polikrystaliczne materiały ceramiczne o określonym kształcie, należy dobrać odpowiednią metodę formowania. Autorzy publikacji w swoich badaniach wykorzystali metodę cyfrowego przetwarzania światła (DLP, ang. Digital Light Processing), która należy do grupy technik wytwarzania przyrostowego, powszechnie znanego jako druk 3D. Pomimo wielu nadzwyczajnych właściwości materiałów ceramicznych ich dość istotną wadą jest niska odporność na kruche pękanie. Parametr ten można poprawić, wprowadzając plastyczne cząstki metaliczne do ceramicznej osnowy. 

Celem badań opisanych w publikacji było opracowanie fotoutwardzalnych dyspersji ceramicznych, z których przy zastosowaniu druku DLP uzyskano kompozyty ceramiczne o osnowie z Al2O3, wzmacniane cząstkami metali: niklu i molibdenu. Przeanalizowano wpływ różnych monomerów akrylanowych, deflokulantów oraz fotoinicjatorów na właściwości reologiczne dyspersji ceramicznych oraz tzw. głębokość sieciowania pod wpływem promieniowania UV emitowanego przez lampę metalo-halogenkową i projektor LED wbudowany w drukarkę 3D. Dobrano także odpowiednie parametry drukowania, m.in. czas ekspozycji na światło UV i wysokość pojedynczej warstwy. Otrzymane materiały kompozytowe, po procesie formowania i spiekania w temperaturze 1550°C w atmosferze Ar/H₂, zostały scharakteryzowane pod kątem twardości, składu fazowego oraz mikrostruktury. Opisane badania pokazały, że zawartość zaledwie 0,5%obj. niklu w kompozycie potrafi wpłynąć na poprawę odporności na kruche pękanie tlenku glinu nawet o 38%. Możliwości formowania metodą druku DLP zaprezentowano drukując przykładowe obiekty w formie kół zębatych.