Российские ученые создали «цифровой микроскоп» для изучения недр Земли

Ученые из Московского физико-технического института совместно с коллегами из Научно-исследовательского института системных исследований Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» и Университета Иннополис разработали передовой вычислительный метод. Его можно сравнить с мощным «микроскопом» для цифрового моделирования земных недр и сложных материалов. Эта технология позволяет с высокой точностью и в разы быстрее, чем традиционные подходы, рассчитывать распространение упругих волн в средах со сложной геометрией, что критически важно для сейсмической разведки и ультразвукового контроля.

Вместо «тяжёлой» сетки – «заплатки»

Суть инновации заключается в использовании так называемых химерных (наложенных) сеток. Вместо того чтобы пытаться описать сложный объект целиком одной чрезмерно детализированной и «тяжёлой» для вычислений сеткой, исследователи применили комбинированный подход. Основная область моделирования покрывается простой сеткой, а ключевые зоны – например, границы геологических пластов или трещины в металле – описываются точными локальными «вставками». Эти «заплатки» обмениваются данными с основной сеткой, обеспечивая детальность там, где это необходимо, без огромных затрат вычислительных ресурсов.

Уникальность разработки заключается в том, что учёные адаптировали и сравнили стратегии применения химерных сеток специально для задач сейсмики и теории упругости. Ранее подобные подходы чаще использовались в аэродинамике.

Моделирование сейсмических волн и ультразвуковая диагностика

Технология уже доказала свою эффективность на двух важных задачах: моделировании сейсмических волн в геологической среде со сложным рельефом и ультразвуковой диагностике железнодорожных рельсов. Результаты полностью совпали с данными классических методов, но были получены значительно быстрее и с меньшими затратами.

Значение этой разработки для России и мира огромно. Она открывает новые возможности для геологоразведки, в том числе в сложных условиях Арктики. Кроме того, метод позволяет создавать более совершенные системы неразрушающего контроля для критической инфраструктуры: мостов, трубопроводов, железнодорожных путей.

«Сейчас к нам обращаются коллеги, которые занимаются новыми задачами в освоении Арктики, – подчёркивает Николай Хохлов, заведующий кафедрой информатики и вычислительной математики МФТИ. – Например, это вопросы устойчивости зданий на специфических грунтах или рельсового полотна в условиях вечной мерзлоты. Эти задачи ещё не изучены, и есть заинтересованность в применении нашего метода. Мы также взаимодействуем с организациями, занимающимися исследованием недр, где встречаются сложные разномасштабные объекты».

Российская разработка вносит весомый вклад в цифровую трансформацию науки и промышленности, предлагая эффективный инструмент для решения одних из самых сложных вычислительных задач.