Глобальная экономика опирается на сложные сети поставок, простирающиеся через континенты. С помощью математической модели исследователи изучили, как ключевые свойства таких сетей — их структура и наличие или отсутствие дополнительных запасов — во многом определяют, насколько хорошо они выдерживают экстремальный спрос [1]. Анализ показывает, что сеть, структура связности которой больше похожа на широкий куст, чем на узкое дерево, и которая включает дополнительные запасы, скорее всего, будет обладать наибольшей устойчивостью.
Марк Бартелеми из Университета Париж-Сакле (UP Saclay) говорит: «Мы надеемся, что этот подход приведёт к более совершенной системе для понимания хрупкости цепочек поставок, даже если компании в реальности не имеют полного контроля над сетями, с которыми им приходится работать». Он отмечает, что модели, которые экономисты используют для анализа сетей поставок, как правило, фокусируются на среднем поведении сети, стремясь понять, например, как выбрать структуру сети для максимизации прибыли. Эти модели уделяют меньше внимания устойчивости сети или её способности работать в сложных условиях.
Бартелеми и Янник Фельд из UP Saclay вдохновились недавними исследованиями, в которых сети поставок рассматривались как один из примеров более общего класса систем, предназначенных для обеспечения эффективности по времени — то есть систем, предназначенных для доставки товаров, услуг или людей в нужное место в нужное время [2].
Например, компании часто используют так называемую систему «точно в срок» (just-in-time delivery), схему, при которой поставки осуществляются точно в срок, чтобы избежать расходов, связанных с хранением избыточных запасов материалов. Этот предыдущий анализ показал, что в системе, ориентированной на максимальную своевременность, сеть катастрофически не справляется, когда спрос превышает критический порог.
Бартелеми и Фельд разработали расширенную модель, включающую эти особенности. Они варьировали аспекты сети — изменяя её топологию или увеличивая присутствие буферных запасов — и изучали влияние на критический порог спроса, при превышении которого производительность сети нарушалась.
🔬 Вначале они нашли аналитическое решение (выраженное математически) для случая, когда буферных запасов нет вообще. Исследователи показали, что в этом случае критическая скорость спроса не зависит от топологии. Выйдя за рамки этого нереалистичного случая, они полагались на численное моделирование, где обнаружили, что буферные запасы коренным образом меняют поведение сети. Даже небольшие буферы внутри сети обеспечивают значительные преимущества в устойчивости по сравнению с системами, ориентированными на систему «точно в срок». Более того, моделирование показало, что ширококустовидные сетевые структуры обеспечивают лучшую устойчивость, чем сети, содержащие протяжённые линейные сегменты.
Хосе Моран из Оксфордского университета в Великобритании, эксперт по сложным экономическим системам, говорит, что многие исследователи создали модели для изучения динамики цепочек поставок, но большинство из них применимы только к отдельным компаниям и не учитывают более сложные цепочки поставок. Новая работа помогает восполнить этот пробел. «Это очень актуальная тема в последнее время, поскольку у нас просто не так много инструментов для понимания того, как работают цепочки поставок и как небольшие проблемы могут быстро перерасти в большие», — говорит он.
В будущей работе исследователи надеются повысить реалистичность нескольких аспектов своей модели. Например, они предположили, что спрос постоянен во времени. Реальные сети сталкиваются с постоянно меняющимся уровнем спроса, и Бартелеми и Фельд надеются определить, какие сетевые структуры более устойчивы, чем другие, при таких естественных колебаниях.
Батареи и другие электронные накопители стоят дорого, но у Балла Нгома — физика из Университета им. Шейха Анты Диопа в Сенегале — есть способ изготавливать их из арахисовой шелухи
В течение последних десяти лет Нгом искал устойчивые производственные процессы, в которых используются сельскохозяйственные отходы, такие как арахисовая шелуха и рисовая шелуха, для изготовления электродных материалов. Он и его коллеги создали небольшой суперконденсатор растительного происхождения, который можно использовать в портативных электронных устройствах. Теперь он ищет инвесторов, чтобы разработать методы для более крупных накопителей, которые могли бы поставлять электроэнергию в удалённые районы.
Нгом представил часть своей работы на сессии в Сенегале в рамках Глобального саммита физиков Американского физического общества в марте — одной из нескольких, которые были проведены по всему миру. Physics Magazine встретился с Нгомом, чтобы узнать больше о деталях этого зелёного синтеза.
Все интервью отредактированы для краткости и ясности.
Пиннинг частиц препятствует кристаллизации
Популярный способ выращивания тонких кристаллических плёнок — физическое осаждение из газовой фазы, процесс, при котором газообразные частицы оседают на поверхности и постепенно образуют упорядоченную структуру. Можно было бы ожидать, что кристаллизации будет способствовать закрепление некоторых из тех же частиц на поверхности, чтобы они служили начальными точками для роста кристаллов. Но это не так, согласно новым экспериментальным данным Чандана Мишры из Индийского технологического института в Гандинагаре и его коллег [1].
Команда закрепила несколько микрометровых шариков диоксида кремния на стеклянной поверхности в случайном, редко распределённом порядке. Затем они поместили тысячи других шариков диоксида кремния в жидкость, которую поместили на поверхность. Эти подвижные шарики опустились на поверхность под действием силы тяжести, а затем, благодаря своему взаимному короткодействующему притяжению, объединились в кластеры — с закреплёнными шариками или без них.
Команда изучала формирование, эволюцию и распад этих кластеров на уровне отдельных шариков с помощью видеомикроскопии, подкреплённой теоретическими моделями и молекулярно-динамическим моделированием. Любой шарик мог служить начальной точкой для кластера, но исследователи обнаружили, что по сравнению с подвижными шариками закреплённые шарики с меньшей вероятностью делали это. Эти закреплённые шарики препятствовали кристаллизации, потому что их неспособность двигаться затрудняла формирование окружающих шариков специфических расположений, необходимых для роста кристаллов.
Команда говорит, что в будущей работе можно изучить системы частиц с дальнодействующими взаимодействиями и другими особенностями.
— Райан Уилкинсон,
корреспондирующий редактор Physics Magazine, Великобритания.