Глобальная инициатива продвигает светочувствительные датчики нового поколения на основе новых материалов
Мозг и фондовый рынок: общие закономерности в кризисные периоды
Исследователи из Мичиганского университета обнаружили, что поведение мозга и экономик во время кризисов можно объяснить с помощью наблюдений, общих для физики. Их работа [опубликована](https://pnas.org/doi/10.1073/pnas.25054343122) в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Доктор Анэстезиологии УнЧхол Ли и его команда пришли к этой идее, наблюдая, что некоторые пациенты под наркозом восстанавливаются быстрее, чем другие.
«Анестетические препараты можно рассматривать как введение контролируемого кризиса в мозг, прерывая его сеть для вызова бессознательного состояния», — объяснил Ли.
Он задался вопросом, можно ли сравнить восстановление от такого кризиса, как анестезия, со страной, выходящей из [экономического кризиса](https://phys.org/tags/economic+crisis/), например, после обвала [фондового рынка](https://phys.org/tags/stock+market/), и можно ли описать оба примера коллапса с помощью фундаментального принципа, который затем можно использовать для прогнозирования результата.
Мозг и фондовые рынки могут показаться совершенно разными, но они ведут себя удивительно похоже. Оба являются [сложными системами](https://phys.org/tags/complex+systems/), которые обычно функционируют в хрупком состоянии равновесия, называемом критичностью, где они работают наиболее гибко, эффективно и информативно. Когда это равновесие нарушается, система может внезапно перейти в кризис, теряя эти преимущества.
В физике такие изменения известны как [фазовые переходы](https://phys.org/tags/phase+transitions/), которые могут происходить либо резко (переход первого рода), либо постепенно (переход второго рода). Например, замерзание воды в лёд — это переход первого рода, когда небольшое понижение температуры может вызвать резкий переход. Напротив, постепенная потеря магнетизма магнитом при нагревании — это переход второго рода, более постепенный и устойчивый к возмущениям.
Команда из Мичигана обнаружила, что оба типа переходов происходят не только в мозге во время анестезии, когда пациенты теряют и возвращают сознание, но и на [финансовых рынках](https://phys.org/tags/financial+markets/), когда они рушатся и восстанавливаются во время экономических кризисов.
Используя [вычислительную модель](https://phys.org/tags/computational+model/), они попытались оценить, относится ли данная сеть к переходам первого или второго рода в точке её перехода. Сети первого рода, характеризующиеся взрывным и нестабильным поведением при возмущениях, были более восприимчивы к резкому коллапсу и демонстрировали более медленное восстановление после кризиса.
«С помощью модели мы смоделировали тип фазового перехода и сгенерировали данные временных рядов, проанализировали данные и попытались выявить сигнальные характеристики переходов первого и второго рода», — объяснил Ли.
Используя эти результаты, они смогли охарактеризовать сети как первого или второго рода и предсказать, будет ли сеть испытывать быстрый или постепенный коллапс и восстановление до наступления кризиса.
Они протестировали модель на исследованиях кризиса субстандартного ипотечного кредитования 2007–2009 годов и показаниях ЭЭГ пациентов, находящихся под анестезией. Для фондовых рынков те, кто был ближе к переходу первого рода, демонстрировали более быстрое падение и медленное восстановление после кризиса, а страны с более высокой близостью к переходу первого рода (взрывной переход) имели тенденцию быть развивающимися рынками с более низким валовым внутренним продуктом на душу населения.
Применив модель к записи ЭЭГ пациентов под анестезией, они обнаружили, что близость мозга к переходу первого рода предсказывала, насколько быстро или медленно пациенты теряли и возвращали сознание.
Прогнозирование коллапса сети имеет широкие потенциальные приложения: от повышения безопасности [анестезии](https://phys.org/tags/anesthesia/), основанной на индивидуальных характеристиках мозга, до потенциально более эффективного преодоления других переходов в сфере финансов или изменения климата.
Джордж Машур, доктор медицинских наук, старший автор статьи и основатель Центра сознания Мичиганского университета, добавил: «Работа доктора Ли является высокоинновационной. Использование [сетевой науки](https://phys.org/tags/network+science/) для понимания общей динамики мозга и других сложных систем было давней целью нашего Центра».
Глобальная инициатива продвигает светочувствительные датчики нового поколения
Международная команда экспертов из научных кругов и промышленности объединила усилия, чтобы опубликовать заявление о согласовании по фотодетекторам нового поколения, основанным на новых светочувствительных материалах. Это может ускорить внедрение инновационных приложений в здравоохранении, умных домах, сельском хозяйстве и производстве.
Профессор Винченцо Пекуния, руководитель Группы исследований в области устойчивой оптоэлектроники (www.sfu.ca/see/soe), возглавил эту глобальную инициативу, которая завершилась публикацией [заявления о согласовании](https://www.nature.com/articles/s41566-025-01759-1) в Nature Photonics. На обложке журнала статья представлена в виде единой системы для характеристики, отчётности и сравнительного анализа новых светочувствительных технологий. Эти рекомендации могут стимулировать внедрение таких датчиков в широком спектре приложений, повышая качество жизни, производительность и устойчивость.
Светочувствительные датчики, также известные как фотодетекторы, — это устройства, которые преобразуют свет в электрические сигналы. Они лежат в основе бесчисленных интеллектуальных устройств и представляют собой [глобальный рынок](https://phys.org/tags/global+market/), стоимость которого превышает 30 миллиардов долларов, что отражает их повсеместность и экономическое значение.
Новые фотодетекторы, включая те, которые основаны на органических полупроводниках, перовскитах, [квантовых точках](https://phys.org/tags/quantum+dots/) и двумерных материалах, могут вывести эту область на новый уровень, позволив создавать ультратонкие, гибкие, растягивающиеся и лёгкие датчики. Эти фотодетекторы нового поколения обещают более низкие затраты, повышенную производительность и уникальные функциональные возможности, прокладывая путь для приложений, которые ранее были невозможны.
Однако быстрые достижения в области материалов и архитектуры устройств опередили способность исследовательского сообщества последовательно измерять и сравнивать производительность, особенно по мере появления новых явлений и приложений благодаря уникальным свойствам этих новых технологий.
«Область сдерживалась из-за непоследовательной практики отчётности и характеризации», — говорит профессор Пекуния, ведущий автор работы. «Без стандартизированных методов трудно понять, какие технологии действительно представляют собой прорыв, а промышленность изо всех сил пытается определить те, которые готовы оказать реальное влияние. Ещё одна проблема заключается в том, что исследования часто были сосредоточены на узкой оптимизации одного показателя производительности, а не на комплексном подходе, необходимом для того, чтобы сделать эти устройства ценными для реальных приложений».
Чтобы решить эти проблемы, профессор Пекуния объединил глобальную команду из 53 экспертов из 43 университетов и исследовательских институтов вместе с 11 ведущими компаниями, включая Panasonic, Vishay, OmniVision, Exosens и Thorlabs, из 16 стран Северной Америки, Европы, Азии и Океании. Вместе они разработали лучшие практики в области характеризации световых датчиков, которые включают в себя разнообразные перспективы, передовые исследования и потребности реальной промышленности.
В отчёте устанавливаются чёткие рекомендации по оценке ключевых показателей производительности, включая чувствительность, производительность при слабом освещении, скорость, стабильность и многое другое, а также предоставляются подробные контрольные списки и экспериментальные схемы для обеспечения воспроизводимости и значимого сравнительного анализа.
«Видение этих рекомендаций состоит в том, чтобы помочь исследователям и промышленности определить истинную передовую границу по мере развития этих технологий, ускоряя внедрение новых технологий фотодетекторов в повседневные устройства», — объясняет Пекуния.
Лидерство профессора Пекунии в этой инициативе основано на более чем 15-летнем опыте исследований в этой области, с новаторской работой в области фотодетекторов, изготовленных из печатных материалов, таких как органические и перовскитные полупроводники. Его внимание было сосредоточено на разработке материалов и решений для устройств, которые сочетают в себе высокопроизводительное светочувствительное восприятие с недорогими методами изготовления, одновременно повышая их чувствительность и способность обнаруживать свет в очень узких спектральных окнах.
В своей исследовательской группе по устойчивой оптоэлектронике профессор Пекуния продвигает технологию световых датчиков для приложений, начиная от умного сельского хозяйства и заканчивая мониторингом окружающей среды и промышленной безопасностью. Используя лучшие практики, разработанные в результате совместной работы, он стремится ускорить усилия по внедрению этих технологий в реальных приложениях.
Предоставлено:
* [Университет Мичигана](https://phys.org/partners/university-of-michigan/)
* [Университет Саймона Фрейзера](https://phys.org/partners/simon-fraser-university/)