Ренессанс

В России надо жить долго.

К.И.Чуковский

Постепенно моя научная активность совсем сместилась в область прикладной математики и системного анализа. Но хотелось совместить прикладные задачи с опытом и знаниями из теоретической физики. И такое направление нашлось – искусственные нейронные сети. Эти сети состоят из большого числа искусственных нейронов, которые сначала суммирую многочисленные входные сигналы, приходящие по многим входам, с некоторыми весами, а затем выдают один выходной сигнал в соответствии с некоторой передаточной функцией. Оказывается, что такая незамысловатая на вид конструкция позволяет осуществить сложные реакции, характерные для искусственного интеллекта. Искусственные нейронные сети тихо, но во все большем масштабе проникают во все сферы нашей жизни. Они управляют стиркой белья в стиральных машинах, звуковым вводом команд управления в телефонах, эффективным поиском по запросу в Google, ловлей преступников по изображениям в видеокамерах и полетом беспилотных аппаратов. Поэтому, кроме чисто научных интересов и задач нейронные сети дают огромные возможности для практических прикладных приложений.

Погружение в нейроинформатику оказалось трудным, но увлекательнейшим делом. Научная работа в этой области предполагает сочетание разнообразных математических и компьютерных методов с идеями и принципами, заимствованными из наблюдений и исследований работы мозга. Одно прикосновение к этим величайшим проблемам и загадкам глубинной сущности поведения человека вызывает почти священный трепет, от которого излечивают только время и привычка. Огромное наслаждение доставило мне изучение работ Дж. Неймана, Н. Винера, У. Мак Каллока и У. Питса, У.Р. Эшби, А. Розенблюта, К. Прибрама, П.К. Анохина, А.Р. Лурии (кстати, изобретателя всем известного полиграфа-«детектора лжи»). Нейрофизиологические аналогии являются колоссальным источником новых идей и методов искусственного интеллекта. Кроме целого ряда решенных практических задач, главное, что мне здесь удалось сделать, – это сформулировать квантовую модель искусственного нейрона и приступить к созданию математической модели его физической реализации.

Увлечения проблемами управления привели к знакомству через проф. С.А. Баркалова с проф. В.Н. Бурковым и его учеником член. корр. РАН, зам. директора по науке Института проблем управления РАН Д.А. Новиковым. Эти поистине выдающиеся ученые открыли мне новый мир законов поведения и управления в социально-экономических системах. Я слушал их выступления и доклады буквально с открытым ртом. Им удавалось в достаточно простой и изящной форме, например, свести проблему сложных решений к последовательности выборов из пары альтернатив, математически описать формирование мнения в социальных сетях или рефлексивные игры, суть которых раскрыта в песенке: «Я оглянулся посмотpеть, не оглянулась ли она, чтоб посмотpеть, не оглянулся ли я». С тех пор наше сотрудничество не прекращается.

Наконец, после 2012 года наступили совсем новые времена. И.С. Суровцев организовал кафедру инноватики и строительной физики и пригласил меня работать на ней. Я согласился. Здесь оказалось все, что я любил: физика и управление, изобретения и математика. Создали и «Лабораторию физических исследований». Большое внимание без назойливости уделялось науке и написанию монографий и учебников. Я опубликовал книги, в которых собрал весь свой научный опыт и знания. В 2012 году в Москве вышла моя монография «Математические модели» в двух частях. В ней я описал все известные мне базовые математические модели, которые используются в современных научных исследованиях в изложении, доступном магистранту с инженерной подготовкой. Хочется верить, что она будет полезна новому поколению российских исследователей. Вторая монография, изданная в 2013 году и написанная в соавторстве с моим приятелем и коллегой из МФТИ В.А. Астапенко и моим бывшим учеником Е.М. Михайловым «Элементарные процессы в лазерной плазме», явились обобщением многолетних работ в области взаимодействия лазерного поля с веществом. Защитились еще два моих аспиранта и число официально подготовленных мною кандидатов наук достигло четырех (Е.М. Михайлов, Е.А. Михин, А.А. Дробышев – кандидаты физико-математических наук по специальности «Теоретическая физика» и Д.Ю. Золототрубов – кандидат технических наук по специальности «Строительные материалы и изделия»).

В стране все сильнее ощущалось исчерпание советского научного и технологического задела, и государство стало проводить более активную научную и техническую политику. Стали финансироваться различные научные проекты, в первую очередь в Москве, а затем и в Воронеже. Мои московские коллеги из МФТИ пригласили участвовать вместе с ними в целом ряде работ.

Наибольший интерес вызвала идея реализации квантовых нейронных сетей на основе массивов квантовых точек. Представьте себе старый колодец, выложенный внутри большими бетонными кольцами. Не дай бог туда свалиться – не выберешься. Как-то в детстве в таком бабушкином колодце, я помню, утопил ведро. Так вот, в примерно такую ловушку попадает электрон, запертый в нанокристалле полупроводника. Если первоначально кристаллик не заряжен, то при поглощении фотона происходит разделение положительного и отрицательного заряда, и такая пара зарядов, притягивая и кружась, двигается, отражаясь от стенок в узком пространстве, образуя то, что физики называют словом «экситон» - возбуждение. Если кристаллики располагаются близко, то в одном из них возбуждение может исчезнуть, возникнув в соседнем. Это как на качелях, когда один опускается вниз, а дугой поднимается вверх, только вместо доски связь в кристалликах осуществляется не механически, а электрическим полем. Синтезируя и выстраивая цепочки квантовых точек, можно заставить прыгать экситоны с одной квантовой точки на другую, а подводя электрическое поле маленькими наноиголочками управлять этими прыжками по своему усмотрению, т.е. программировать процесс. Все эти явления протекают очень быстро и сулят создание процессоров невиданного быстродействия, в сто или тысячу раз более бскоростных, чем те, что есть сегодня. Кроме того, поскольку экситоны в целом электрически нейтральны, то их перенос не связан с электрическим током и соответствующим выделением тепла. Т.е. и потребление энергии в таких процессорах должно быть многократно меньше. Чтобы все это перевести в разряд технологии, нужно сначала все рассчитать с помощью электродинамики и квантовой механики. Увлекательнейшее занятие.

Встречая проф. В.П. Трофимова, я, время от времени, слышу от него вопрос

– Ну, как продвигаются научные исследования?

– Спасибо, все идет успешно.

– Но ведь вы понимаете, что это в любой момент может прекратиться?

– Понимаю, но пока все идет, …

ХРОНОЛОГИЧЕСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ

УЧЕБНЫЕ, МЕТОДИЧЕСКИЕ И НАУЧНЫЕ РАБОТЫ

1. Определение отношения газовых постоянных методом Клемана-Дезорма / П. А. Головинский . – Воронеж : Ротапринт ВорИСИ, 1983. – 18 с.

2. Обработка результатов наблюдений / П. А. Головинский, М. А. Преображенский. – Воронеж : Ротапринт ВорИСИ, 1984. – 17 с.

3. Изучение распределения частиц по высоте в поле тяжести / П. А. Головинский. – Воронеж : Ротапринт ВорИСИ, 1984. -7с .

4. Практикум по физике для фронтального выполнения с элементами программирования / П. А. Головинский, С. В. Бухман, Н. И. Иржавский, О. А. Шестаков. – Воронеж : Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 1989. – 150 с.

5. Уравнения Максвелла / П. А. Головинский. – Воронеж : [б. и. ], 1992. - 18 с.

6. Многочастотные процессы в атомах под действием сильного светового поля / П. А. Головинский. – Воронеж : [б. и.], 1994. – 148 с.

7. Задачи по механике / П. А. Головинский. – Воронеж : [б. и.], 1996. – 20 с.

8. Уравнения Максвелла / П. А. Головинский, М. А. Преображенский. – Воронеж : [б. и.], 1996. – 24 с.

9. Нелинейные колебания / П. А. Головинский . – Воронеж : [б. и.], 1996. – 15с.

10. Математические модели и методы. Часть II. Линейные поля и волны / П. А. Головинский. - Воронеж : [б. и.], 2001. - 80 с.

11. Практикум по физике / П. А. Головинский, С. В. Бухман. – Воронеж : [б. и.], 2000. - 201 с.

12. Лекции по молекулярной физике и термодинамике / П. А. Головинский, М.А. Преображенский. – Воронеж : [б. и.], 2001. - 70 с.

13. Математические модели и методы. Часть I. Математические модели механики / П. А. Головинский. – Воронеж : [б. и.], 1999. - 129 с.

14. Электричество и магнетизм / П. А. Головинский, М. А. Преображенский. - Воронеж : [б. и.], 2002. – 66 с.

15. Математические модели и методы. Часть 3. Нелинейные процессы / П. А. Головинский. - Воронеж : [б. и.], 2002. - 88 с.

16. Математические модели и методы. Часть 4. Стохастические модели сложных систем / П. А. Головинский. – Воронеж : [б. и.], 2002. - 94 с.

17. Колебания и волны / П. А. Головинский, М. А. Преображенский. – Воронеж : [б. и.], 2003. - 108 с.

18. Современные теории строения материи / П. А. Головинский, М. А. Преображенский. – Воронеж : [б. и.], 2003. - 70 с.

19. Математика / Метод указания для поступающих в вуз / П. А. Головинский, С. М. Алейников, А. Б. Кущев. – Воронеж : [б. и.], 2004. - 72 с.

20. Лекции по строительной физике : учебное пособие / П. А. Головинский, А. К. Тарханов, А. А. Железнинский. - Воронеж : [б. и.], 2005. - 65 с.

21. Механика. Молекулярная физика: учебное пособие / П. А. Головинский, А. В. Абрамов, Е. А. Абрамова, Ю. С. Золототрубов, М. А. Преображенский, В. М. Назаров. - Воронеж : [б. и.], 2007. - 92 с.

22. Лекции по строительной физике : учебное пособие / П. А. Головинский, А. К. Тарханов. - Воронеж : [б. и.], 2008. - 77 с.

23. Математические методы принятия управленческих решений в строительстве / П. А. Головинский, В. Я. Мищенко, Е. М. Михайлов. - Воронеж : [б. и.], 2008. - 92 с.

24. Нейронные сети / П. А. Головинский, В. В. Черных. - Воронеж : [б. и.], 2008. - 28 с.

25. Информационные технологии в экономике и управлении / П. А. Головинский, С. А. Баркалов, В. Е. Белоусов, М. П. Михин.- Воронеж : Научная книга, 2009. - 372 с.

26. Структурно-реологические свойства дисперсно-зернистых систем / П. А. Головинский, Е. В. Алексеева, А. Н. Бобрышев, П. В. Воронев, А. В. Лахно, В. Т. Перцев; под общ. ред. В. Т. Перцева. – Воронеж : [б. и.], 2010 (Воронеж : Отдел оперативной полиграфии ВГАСУ, 2010). - 195 с.

27. Нечеткая логика / П. А. Головинский, Е. В. Колыхалова. - Воронеж : [б. и.], 2011(Воронеж : Отдел оперативной полиграфии ВГАСУ, 2011). - 32 с.

28. Концепции современного естествознания. Практикум / П. А. Головинский, О. В. Артамонова, Л. Г. Барсукова, О. Б. Кукина. – Воронеж : [б. и.], 2011 (Воронеж : Отдел оперативной полиграфии ВГАСУ, 2011). - 75 с.

29. Математические модели: Теоретическая физика и анализ сложных систем. От формализма классической механики до квантовой интерференци. [Ч. 1] / П. А. Головинский. - Москва : ООО "ЛЕНАНД", 2012. - 238 с.

30. Математические модели: Теоретическая физика и анализ сложных систем. От нелинейных колебаний до искусственных нейронов и сложных систем [Ч. 2] / П. А. Головинский. - Москва : ООО "ЛЕНАНД", 2012. – 227 с.

31. Основы оптики и спектроскопии квантовых точек / П. А. Головинский, О. В. Овчинников, М. С. Смирнов, Л. Ю. Леонова. - Воронеж : Издательско - полиграфический центр ВГУ, 2013. - 80 с.

32. Системный анализ / П. А. Головинский, И. С. Суровцев. – Воронеж : Воронежская областная типография, 2013. - 172 с.

33. Элементарные процессы в лазерной плазме : монография / П. А. Головинский, В. А. Астапенко. – Воронеж : Научная книга, 2013. – 432 с.

34. Элементарные процессы взаимодействия света с атомами и наночастицами / П. А. Головинский. - LAMBERT Academic Publishing, 2013. – 440 с.

35. Элементарные процессы в импульсных полях релятивисткой интенсивности / П. А. Головинский, Е. А. Михин. - LAMBERT Academic Publishing, 2013. – 136 с.

36. Нечеткая логика / П. А. Головинский, А. А. Дробышев. - Воронеж : [б. и.], 2014 (Воронеж : Отдел оперативной полиграфии ВГАСУ, 2011). - 40 с.

37. Моделирование искусственных нейронных сетей в системе MATLAB / П. А. Головинский, Е. А. Михин. – Воронеж : [б. и.], 2014(Воронеж : Отдел оперативной полиграфии ВГАСУ, 2011) . - 45 с.

38. Когерентные эффекты в атомной фотомикроскопии / П. А. Головинский, А. А. Дробышев. – LAMBERT Academic Publishing, 2014. – 115 с.

39. Интеллектуальные цифровые системы : теоретические основы и приложения / П. А. Головинский. – Воронеж : Изд-во «Цифровая полиграфия», 2015. – 2015.