В России растет производство полимерных материалов и изделий для импортозамещения в критически значимых областях промышленности, в частности, авиакосмической и автомобилестроительной. Большие объемы конвейерного производства корпусов радиоэлектронной аппаратуры требуют непрерывного контроля качества, а следовательно, экспресс-диагностики дефектов. Проект ученых радиофизического факультета Томского государственного университета позволит автоматически, с использованием нейросетей, принимать взвешенные решения о наличии в корпусах радиоэлектронной аппаратуры дефектов согласно принятой классификации и снизить долю бракованной продукции.
Проект «Неразрушающая терагерцовая дефектоскопия объектов с использованием нейронной сети в производстве конструкционных материалов» поддержан грантом РНФ по итогам конкурса «Проведение инициативных исследований молодыми учеными». Руководитель проекта – младший научный сотрудник научной лаборатории терагерцовых исследований Научного управления ТГУ Александр Бердюгин.
Ученые РФФ ТГУ разрабатывают бесконтактный метод диагностики дефектов корпусных элементов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) из термопластичных материалов с функциональными добавками, таких как корпуса аппаратуры связи и телекоммуникаций. С развитием технологий 5G и 6G экранирование от электромагнитных помех необходимо для эффективной работы составных частей такой аппаратуры. Кроме этого, разработку можно применять для любого другого оборудования, на которое негативно влияет высокочастотное излучение.
Новый метод позволит по результатам анализа распределения параметров терагерцового (ТГц) отклика от объекта автоматически обнаруживать и впоследствии локализовать неоднородности. Авторы проекта планируют использовать методы машинного обучения.
– Разработка радиоэлектронной аппаратуры – комплексный процесс, требующий разностороннего рассмотрения протекающих в создаваемом приборе явлений, – поясняет Александр Бердюгин. – При проектировании сложных устройств, состоящих из множества модулей, приходится учитывать взаимное влияние всех элементов системы. Обеспечение электромагнитной совмести – один из важнейших этапов разработки РЭА, он во многом определяет итоговую цену и характеристики готового устройства.
В современной науке вопросам электромагнитной совместимости уделяется особое внимание: разрабатываются и методы оценки ее показателей, и методы ее обеспечения. Наиболее распространенный подход для снижения внутренних взаимодействий электромагнитных полей – экранирование составных частей и самой радиоэлектронной системы в целом. Роль такого экрана выполняет корпус прибора. При этом критичными являются электрофизические характеристики материала, из которого он изготовлен. В процессе производства корпусов РЭА неизбежно возникают дефекты, характерные для конкретной применяемой технологии. Как следствие – снижение конструкционных и потребительских качеств продукции.
Оборудование для диагностики корпусов является дорогостоящим и чаще всего основывается на методах рентгеновской томографии. Это, в свою очередь, накладывает высокие требования к безопасности персонала на производстве.
– Перспективным здесь является применение ТГц-излучения. Оно не имеет ионизирующего характера и обладает высокой проникающей способностью в диэлектрических средах. Следовательно, возможно создать систему ТГц-диагностики корпусов аппаратуры, а также получить изображение внутреннего устройства конструкции, – отмечает Александр Бердюгин.
Кроме того, в настоящее время для обнаружения ТГц-спектров и изображений, обеспечения безопасности пищевых продуктов, тестирования сельскохозяйственной продукции, контроля безопасности и в биомедицине все активнее применяются технологии машинного обучения. Использование этих технологий для методов неразрушающего контроля диэлектрических и композиционных конструкционных материалов также будет эффективным.
Справка: Молодой ученый ТГУ Александр Бердюгин начал заниматься исследованиями в области терагерцового излучения еще в 2018 году, будучи студентом РФФ ТГУ: его проект был поддержан программой УМНИК. В 2021 году команда с участием Александра выиграла грант РФФИ на изучение неоднородности в композитных материалах с помощью терагерцового излучения. При поддержке этого гранта ученые РФФ ТГУ разработали программное обеспечение для спектрометра, которое позволяет получать голографические изображения композитных материалов, и получили на него патент. Кроме того, Александр участвовал в научной работе еще по нескольким грантам РНФ в качестве исполнителя.
Какие практические задачи можно решать с применением терагерцового излучения, в подкасте «Качай нейрон» рассказывает доцент радиофизического факультета ТГУ Валентин Сусляев: