Підвищення інформаційної ефективності молекулярних машин
Вантажиться...
Дата
2021
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Молекулярні машини та наномотори лежать в основі кожного важливого біологічного процесу. У процесі еволюції неспроста відточувались саме такі механізми функціонування живих організмів. Багато з найкращих винаходів людства запозичені із живої природи. Настав час створювати свої молекулярні машини. За останні два десятиліття людство досягло значного прогресу стосовно можливостей створювати власні молекулярні машини. Збільшуються амплітуди на які вони можуть рухатись та кількість роботи яку вони можуть виконувати. Вчені все краще можуть керувати створеними молекулярними машини та все краще розуміють принципи їх функціонування.
Незважаючи на великий прогрес у цій галузі досягнуто немалого прогресу, вона є новою та існує багато напрямків у яких дослідники можуть рухатись. Зокрема є необхідність у більшій кількості фундаментальних досліджень, щоб збільшити обсяг знань про машини таких розмірів, які можуть виконувати корисну роботу. В переважній більшості для опису роботи таких машин використовується статистична фізика, оскільки законами класичної механіки настільки малі механізми описати неможливо. Окрім того, вони оперують у середовищах що кардинально визначають їх проведінку, наприклад зміна концентрацій або температур. В таких умовах у молекулярних машин виникає необхідність отримувати інформацію про стан середовища, що теж неможливо без затрачення певної кількості енергії. Саме ця проблема досліджується у роботі. Проблема отримання максимальної кількості інформації молекулярною машиною про середовище у якому вона знаходиться, з мінімальними затратами енергії. У даній роботі було проаналізовано вже існуючі математичні моделі молекулярних машин, а саме ті роботи, що фокусуються на швидкості отримання інформації машиною та енергетичній ефективності. На основі однієї з таких моделей, що використовує Марківський процес, було розроблено нову математичну модель молекулярної машини. Оскільки модель була розроблена на основі прототипу, було збережено зворотню сумісність та відтворено результати інших дослідників. Було проведено обширну перевірку роботи моделі та її відповідності реальним неперервним процесам, Досліджено енергію, що затрачається на функціонування машини та інформацію що отримується в процесі. Для різних конфігурацій моделі знайдено траекторії та параметри, що забезпечують оптимальне підвищення інформаційної ефективності.
Опис
Ключові слова
інформація, теорiя iнформацiї, ентропiя, молекулярнi машини, iнформацiйна ефективнiсть, оптимальна траекторія, information, information theory, entropy, molecular machines, information efciency, optimal trajectory
Бібліографічний опис
Поляков, В. Ю. Підвищення інформаційної ефективності молекулярних машин : магістерська дис. : 105 Прикладна фізика та наноматеріали / Поляков Володимир Юрійович. – Київ, 2021. – 67 с.