Германская служба академических обменов (DAAD)Сборник...

Германская служба академических обменов (DAAD)

Министерство образования и науки Российской Федерации

Сборник материалов научного семинара

стипендиатов программ

«Михаил Ломоносов» и «Иммануил Кант»

2015−2016 года

Materialien zum wissenschatlichen Seminar der

Stipendiaten der Programme

«Michail Lomonosov» und «Immanuel Kant»

2015/2016

12 (2016)

Москва

22–23 апреля 2016

Сборник материалов научного семинара стипендиатов про-

грамм «Михаил Ломоносов» и «Иммануил Кант» 2015−2016 го-

да = Materialien zum wissenschatlichen Seminar der Stipendiaten der Programme «Michail Lomonosov» und «Immanuel Kant» 2015/2016. 12 (2016) : сборник статей / Германская служба академических обменов (DAAD). − М. : ФЛ , 2017. − 352 с.

ISBN 978-5-9765-2988-5

В работе по проведению стажировок принимал участие коллектив ФГБНУ «Интерфизика».

Ответственность за достоверность содержания публикаций несут авторы предоставленных статей.

ISBN 978-5-9765-2988-5 © Германская служба академическихобменов (DAAD), 2017

© Авторы статей, 2017

Германская службаакадемических обменов

Министерство образования и науки Российской Федерации

050

94.3

23

23

050

94.3

3

Содержание

П. Хиллер Вступительное слово 10

Н.Р. Тойвонен Вступительное слово 12

Беседа со стипендиатами 15

Статьи стипендиатов программы Михаил Ломоносов»

M. Bakaev,

M. Gaedke

Web Interface Design with Evolutionary Algorithm Employing Kansei Engineering

20

Д.Н. Борисов,

D. Pouhe

Моделирование плоских антенн вытекающей волны с круговой поляризацией

27

П.С. Будяков,

Х. Монтеро,

П. Вега,

В. Краутшнайдер

Микросистема для определения характеристик биологических клеток с распараллеливанием процесса измерений

34

С.Д. Васильков Влияние режимов литья под давлением на двулучепреломление в полимерных линзах

43

Д.В. Гаева Агроэкологические последствия динамики постсоветского землепользования в Калининградской области

51

Е.С. Жменя Модель экосистемы водного объекта 59

4

А.О. Замчий,

Е.А. Баранов,

С.Я. Хмель

Структурные и оптические свойства тонких пленок a-SiOx:H, синтезированных методом газоструйного химического осаждения с активацией электронно-пучковой плазмой

69

А.Р. Каюмов,

Д.Э. Журавлева

Глутаминсинтетаза из Lactobacillus plantarum: регуляторная роль или ассимиляция аммония?

76

Yu.V. Klunnikova,

S.P. Malyukov,

U. Nackenhorst

Simulation of Defects Formation at Various Stages of Sapphire Crystal Growth

83

О.В. Колмакова,

Г.-П. Гроссарт

Эффект затравки, оказываемый мёртвым зоопланктоном на процесс деградации трудноразлагаемого органического вещества

87

V.S. Lyubopytov,

S. Paul,

A. Chipouline,

F. Küppers

On-сhip Generation and Transmission of Optical Vortices

94

I. V. Malyar,

S. Santer

Photocontrollable Fabrication of Nanodimensional Coatingsby Layer-by-Layer Assembly

103

A.V. Maslennikov Physical and Mathematical Model of the A-TIG Process

107

5

А.Р. Морякова Исследование поведения решений некоторых уравнений с запаздывающим аргументом

115

E.A. Pustozerov he Development of Sotware for Health Related Apps Evaluation

118

М.Н. Селезнев,

I. Binkowski,

S. Divinskiy,

G. Wilde

Диффузионное исследование аморфного сплава Pd40Ni40P20 микролегированного кобальтом

126

Ю.А. Соколов,

Г.Н. Лукьянов,

R. heska

Разработка макетов дифракционно-интерференционных устройств для бесконтактного контроля пространственного положения объектов и создание на их основе новой схемы многоапертурного щелевого дифракционного интерферометра

132

Л.С. Сырых,

Л.Б. Назарова,

U. Herzschuh

Реконструкция палеоэкологических и палеоклиматических условий голоцена на юге Таймыра по результатам хирономидного анализа озерных донных отложений

143

A. Sysoev,

S. Hohmann,

Ning Wu,

J. Geistefeldt

Evolutionary Algorithm to Optimize Traic Flow on Freeways

152

6

K.V. Trambitckii,

K. Anding,

D. Garten

2D Texture Features Analysis of Metal Surface Images

161

А.В. Федотова Исследование вариантов интеллектуализации систеm управления жизненным циклом сложных технических систем

168

А.Л. Фираго Исследование цитогенетических показателей в буккальном эпителии у детей, проживающих в ярославской области

181

A.S. Fomin,

S.V. Kiselev,

A. Jahr,

H. Sim

Development of the Kinematic Model of Horizontal-Set Drive for Blades of Combine Harvester hresher

188

Я.А. Цепилов Обобщение ковариативных подходов в полногеномном анализе ассоциаций с использованием моделей регуляризации со штрафом

197

С.Ж. Шарапов,

Я.А. Цепилов,

К. Гигер,

Ю.С. Аульченко

Идентификация статистических генетических взаимодействий в контроле метаболома сыворотки крови человека

206

7

А.Н. Шатунов Проектирование и оптимизация индукционной системы для производства ZrO2-Al2O3 керамики путем непрерывной разливки расплава

213

Т.П. Шестакова Дискуссия о принципах квантования гравитации в Кёльнском университете

223

А.И. Шпичка,

А.В. Королева,

А. Дайвик,

И.Я. Моисеева,

Б.Н. Чичков

Изучение васкулогенного потенциала гидрогелей на основе модифицированного фибрина

229

Статьи стипендиатов программы «Иммануил Кант»

А.В. Алексеев Сокращённые лексические единицы, выраженные комиссивными конструкциями, в сфере виртуальной коммуникации

242

В.С. Глэнцель Проблема семьи в политической культуре ГДР: Визуализация семейной политики в журналах с 1958 по 1962 гг.

259

А.С. Зильбер Образ адресата в политической аргументации Иммануила Канта

264

8

О.А. Карамалак Распределенность языка и когниции в электронных медиа: Кросс-культурное исследование поздравительных статусов

272

Л.В. Климович Документы по истории российской эмиграции в архиве Центра изучения стран Восточной Европы при Бременском университете

280

В.В. Кузнецов Просодические средства реализации эмоций в немецком парламенте – Бундестаге

288

Ю.В. Петрова Охрана личных неимущественных прав автора первого поколения в странах романо-германской и англосаксонской правовых семей

297

А.С. Пташкин Функционально-семантическое поле ментального и физиологического компонентов категории девиации в английском и русском языках

303

И.С. Разина Особенности изображения магической фигуры в современной детской литературе Англии и Германии

310

А.А. Строков Поселение Голубицкая 2 и новые данные о ранней греческой колонизации Таманского полуострова

317

К.И. Тимошенко Медиация в механизме защиты прав человека

324

E.N. Shirlina Nullelemente in der Struktur von stehenden präpositional-nominalen Wortverbindungen

331

Т.Ю. Шурупова Feedback in der mündlichen Kommunikation Russisch-Deutsch

339

Указатель ключевых слов 348

10

Вступительное словоГлавы Московского представительства DAAD

В конце апреля 2016 года со-стоялась заключительная встреча стипендиатов, проходивших ста-жировки по программам «Михаил Ломоносов» и «Иммануил Кант» в 2015–2016 гг. В первый день семи-нара, 22 апреля, выпускникам двух программ были представлены пре-зентации немецких организаций, представленных в России. Пред-ставители DAAD и партнеры служ-бы обменов, среди которых Гер-манский дом науки и инноваций (DWIH), Немецкое научно-иссле-довательское сообщество (DFG), Объединение Гельмгольца и Рос-сийско-Германская Внешнеторговая палата (АНК) рассказали о своих организациях и о том, какие возможности они представ-ляют стипендиатам для продвижения своей научной карьеры.

На второй день семинара в центре внимания были сообщения выпускников программ о результатах стажировок. Биологи, экологи, физики и химики – участники программы «Ломоносов» – сделали доклады на секции, посвященной естественным наукам. Не менее увлекательными были сообщения секции «Инновационные технологии». Выпускники программы «Кант» работали также в двух секциях, посвященных филологическим и общественным наукам. DAAD рад возможности представить читателю материалы заключительного семинара в этом сборнике, 12-м по счету. Впервые статьи, опубликованные в сборнике, будут включены в Российский индекс научного цитирования (РИНЦ). Курс на

Новый Глава Московскогопредставительства DAAD

д-р Петер Хиллер

повышение научной значимости этого сборника стал возможен только благодаря неуклонно растущему уровню компетенции стипендиатов программ «Ломоносов» и «Кант».

Анализ статистики по этим программам позволил нам прийти к заключению, что стипендии «Михаил Ломоносов» и «Иммануил Кант», проводимые совместно DAAD и Министерством образования и науки РФ, стали одним из благоприятных факторов складывания научных групп в рамках прочнеющих российско-германских контактов. Это безусловный показатель того, что стипендиальные программы достигают озвученных при их создании целей и развиваются дальше. В заключение хотелось бы сообщить радостную новость: летом этого года DAAD и Министерство образования и науки приняли решение о продлении программ «Михаил Ломоносов» и «Иммануил Кант», а осенью провели новый отбор стипендиатов на 2017–2018 учебный год. Научное сотрудничество между Россией и Германией будет по-прежнему находить продуктивную и успешную реализацию в лице стипендиальных программ «Михаил Ломоносов» и «Иммануил Кант».

Мы выражаем свою признательность всем участникам семинара и желаем успехов и роста в научной карьере, а также благодарим наших партнеров из Министерства образования и науки за надежное сотрудничество.

Петер Хиллер,Глава Московского представительства DAAD

12

Вступительное словодиректора Международного департамента

Министерства образования и науки РФ

В современных усло-виях исключительно важное значение для развития рыночной экономики имеют образование, наука и инновации. B свою очередь непременным условием для успешного развития националь-ных образовательных систем и научно-технических потенци-алов ведущих экономических держав мира являются углубле-ние международной кооперации в сфере научных исследований и интернационализация образования, включая международную академическую мобильность студентов, преподавателей, аспи-рантов и учёных.

Интеграция национальных научно-образовательных систем в международное научное и образовательное сообщество необходима для решения комплекса задач, связанных с повышением качества подготовки специалистов и профессиональным ростом преподавателей, развитием научных исследований, расширением доступа к информационным ресурсам и с привлечением дополнительных источников финансирования.

Анализ экономического развития стран с передовой наукой и промышленностью в ХХ веке убедительно показал, что ни одно, даже самое богатое государство в мире, не в состоянии гарантировать устойчивое развитие без наличия эффективной научно-образовательной системы, обеспечивающей подготовку высококвалифицированных специалистов, наработку новых

Директор международного департамента МОН

Н.Р. Тойвонен

13

знаний и коммерциализацию результатов научных исследований с использованием преимуществ международного разделения труда.

Россия и Германия являются традиционными партнёрами в области научного и образовательного сотрудничества, которое изначально было ориентировано на построение отношений взаимовыгодного партнерства в интересах повышения международной конкурентоспособности науки и образования обеих стран. Особенно высокую динамику российско-германские научные и образовательные связи приобрели в начале 90-х годов прошлого века. Совпадение целого ряда национальных приоритетов в научно-технической и образовательной сфере наших стран создало объективные предпосылки для наращивания объёмов двустороннего сотрудничества, которое в настоящее время превратилось в важный составной компонент всего комплекса межгосударственных отношений. Это направление российско-германского взаимодействия стало категорией долгосрочного характера и, что особенно важно, практически не подвержено влияниям политической конъюнктуры.

Со своей стороны Министерство образования и науки Российской Федерации, которое является активным участником научно-образовательного сотрудничества с Германией, оказывает постоянное содействие дальнейшему развитию научно-образовательных связей российских вузов и научных учреждений с германскими университетами и исследовательскими центрами в интересах взаимного обогащения передовыми образовательными технологиями, получения новых научных знаний путём реализации совместных исследовательских проектов и создания современных промышленных технологий.

К числу ярких примеров эффективности этого сотрудничества следует отнести многолетнюю успешную реализацию Министерством образования и науки Российской Федерации и Германской службой академических обменов

(ДААД) совместно финансируемых программ «Михаил Ломоносов» и «Иммануил Кант», в рамках которых российские аспиранты, молодые учёные и преподаватели естественнонаучных, технических, а также общественных и гуманитарных дисциплин проходят научные стажировки в университетах и научно-исследовательских центрах Германии под руководством немецких профессоров. Программы направлены на установление долгосрочных научных и профессиональных контактов, развитие академической мобильности, повышение квалификации научно-преподавательских кадров российских университетов и расширение культурного обмена между научной и педагогической общественностью наших стран. К настоящему времени в рамках этих совместных программ свыше 1470 чел. прошли научные стажировки в Германии.

В данном сборнике опубликованы статьи аспирантов, ученых и преподавателей российских вузов, подготовленные по материалам исследований, выполненных в Германии. Несомненно, что установленные научные контакты между российскими и немецкими учеными в рамках совместных программ Минобрнауки России и ДААД будут сохраняться и углубляться, обогащая научно-образовательное сотрудничество наших стран.

Желаю всем участникам программ «Михаил Ломоносов» и «Иммануил Кант» больших успехов в научном поиске, новых открытий и свершений и большого человеческого счастья.

Н.Р.Тойвонен Директор Международного департамента

Министерства образования и науки Российской Федерации

15

Беседа со стипендиатамипрограммы "Михаил Ломоносов"

Статистика по программам «Михаил Ломоносов» и «Иммануил Кант» показывает, что внутри программ формируются или укрепляются уже сформировавшиеся коллективы молодых ученых. Наши стипендиаты – это, например, группа биологов из Казанского университета, исследователей общественных наук из Красноярского университета или физики из Новосибирского государственного института. Представители этих исследовательских групп регулярно принимают участие в конкурсе, приглашают к участию коллег из своих университетов, поддерживают постоянные контакты с немецкими партнерами и усердно развивают свою научную международную сеть.

Мы задали ряд вопросов о значении программ непосредственно нескольким нашим стипендиатам – Айрату Каюмову, биологу из Казанского федерального университета, неоднократно стажировавшемуся по программе «Михаил Ломоносов», Ивану Маляру, физикохимику из Саратова, и Александру Замчему,

физику из Новосибирска.

DAAD: Как в Вашем университете сформировался круг исследователей, принимающих участие в программе «Михаил Ломоносов»?

И.М.: Изначально сотрудничество стало возможно благодаря проф. д.х.н. Горину Д.А., который смог установить контакт с Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, а дальше наладить контакты с Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research, Potsdam Universität и другими институтами Потсдамского научного кластера, договорясь о сотрудничестве

16

в рамках стипендиальных программ ДААД. Налаживанию контактов способствовало то, что часть немецких профессоров в Потсдаме учили русский и знали уровень наших ученых, а также наличие постдоков из стран СССР. Большинство ученых и аспирантов, проходивших там стажировки по программе «Михаил Ломоносов», работает на факультете нано- и биомедицинских технологий Саратовского государственного университета. Области исследования у них очень схожи и лежат в области физической химии и полимеров. Наши научные интересы совпадают с интересами групп в упомянутых немецких институтах.

А.К.: Все мы рассматривали возможность стажировки за границей, и многие спрашивали, кто как поехал. В итоге оказалось, что подать документы на обмен с Германией намного проще, чем во многих аналогичных программах.

А.З.: О существовании программ, организуемых DAAD, я узнал благодаря рассылке информации Советом научной молодежи Сибирского отделения РАН. До моей поездки в Германию коллеги имели общее представление о программах стажировок, знали о существовании организации, о поддержке DAAD молодого поколения в сферах науки, образования, культуры. Однако после моего возвращения некоторые коллеги стали проявлять более детальный интерес и предметно задумались о подаче заявок.

DAAD: Объединяют ли Вас общие научные интересы, проводите ли Вы совместные исследования?

А.К.: Мы работаем по различным направлениям, но тесно общаемся, поскольку работаем в одном университете. У меня и моих коллег широкая сеть международных контактов. Сейчас я работаю с университетом Тюбингена (с профессором мы уже знакомы с 2004 года и ведем совместный проект) и недавно начал кооперацию с клиникой Йены.

17

А.З.: Все мы, стипендиаты DAAD, участвовавшие в программе «Михаил Ломоносов» от Новосибирского государственного института, компактно проживаем и занимаемся исследованиями в новосибирском Академгородке. С одними коллегами я контактирую в рамках научно-исследовательской работы, с другими занимаюсь спортом, встречаюсь на культурно-массовых мероприятиях в Академгородке.

Участники итогового семинара стипендиатов программ «Михаил Ломоносов» и «Иммануил Кант» на приеме в Посольстве ФРГ

И.М.: У нас схожи области научных интересов, однако базовое образование у нас различное. У большинства наших ученых базовое образование – материаловедение и биофизика, а у наших немецких коллег, в основном, химия и медицина. Такой симбиоз позволяет решать многие задачи, связанные с синтезом и характеризацией различных новых нанообъектов, покрытий и т.п., а также повысить понимание наблюдаемых процессов.

DAAD: Как продвигалась Ваша научная карьера и как этому способствовала программа обмена?

А.К.: Благодаря стажировкам появляется взгляд с другой стороны на одни и те же вещи, появляются новые идеи. Конечно, повышается уровень исследований, сейчас у меня своя лаборатория, и на подходе защита докторской.

И.М.: Непосредственно я занимаюсь исследованием процессов адсорбции нанообъектов на границах раздела сред, в частности, кремниевой пластины и водного раствора, и управлением этим процессом с помощью освещения. Данная задача была поставлена для достижения цели моей диссертационной работы по управляемой модификации полупроводниковых материалов в 2010 году. Частично, она была решена в рамках стажировки по программе «Михаил Ломоносов» 2011/2012, что позволило успешно защитить диссертацию в 2012 году.

Работа в немецкой научной группе позволяет повысить множество различных навыков. В первую очередь, это умение правильно представлять результаты исследования, а также знание английского языка. Научная работа в Германии хорошо организована, и работа там позволяет перенять данный опыт. Также немаловажным для ученых-преподавателей является возможность заниматься наукой без оглядки на лекции и семинары. В настоящий момент я являюсь доцентом кафедры материаловедения, а в самом начале в 2011 был только ассистентом. Такие зарубежные стажировки позволяют чувствовать себя более уверенно с иностранными коллегами, что в условиях интернационализации нашего факультета представляется очень полезным.

Мы благодарны нашим стипендиатам за рассказ и желаем им творческих успехов!

Беседовал Денис Круглов, куратор программ.

19

М и х а и л л о М о н о с о в :

Статьи по естественнонаучными техническим

дисциплинам

20

genetic algorithms

Kansei engineering

neural networks

model-based

interface design

ontologies

The paper is dedicated to semi-automated

engineering of human-computer interfaces

through artiicial evolution and proposes

a potentially feasible evolutionary

algorithm. As purely interactive assessment

of the potentially defective solutions’

itness by real users is undesirable, we

reason that neural networks-based Kansei

Engineering can be extended from its

purely emotional aspect and used for

itness evaluation. Further, as an interface

abstract model corresponds to a genotype,

we propose domain ontology to represent

the genome, i.e. the structure of the

design space. Finally, we summarize this

combination of AI and design methods

in an evolutionary algorithm that may be

used for automated development and

improvement of web user interfaces.

1Novosibirsk State Technical University, Russia

2Technische Universität Chemnitz, Deutschland

M. Bakaev1, M. Gaedke2

Web Interface DesIgn WIth evolutIonary algorIthm employIng KanseI engIneerIng


21

IntroductionUser interfaces’ share in programming code and development

time is close to 50% [8], and today’s diversity of user traits and needs, as well as of interface devices and contexts of use, leads us to what we may call Big Interaction, when hand-made design of each and every web interface turns out to be impossible or economically unfeasible. hus, employment of AI methods becomes inevitable, to aid human designers or even replace them.

In our work we consider automation of web interaction design with evolutionary algorithms (EAs) that traversed from a novel idea of the 1960s to a widely recognized method in Artiicial Intelligence (AI), currently having many practical applications. Domains of evolutionary computation traditionally include routing and other optimization tasks, programming, design and engineering, data mining and classiication, economics and investment, as well as more recent applications in natural language processing, robotics, machine learning, intelligent and recommender systems, etc.

In the current paper we describe how EAs and design processes could work together, and we propose to combine Kansei Engineering method, extended to perform itness evaluation, with a Model-Based approach to interface design, and briely explain the apparent beneits. More detailed description of the approach can be found in [1].

MethodsEAs are now a subset of AI methods, performing metaheuristic

optimization via repeated application of evolutionary operators. Fitness function (FF) is arguably the most crucial component for practical success of an EA [2] – it must wholly relect the goal, at the same time being as easily computable as possible, since the ultimate algorithm speed depends mostly upon this. Naturally, for complex problems achievement of both these conditions at once is challenging, so various workarounds are proposed, ranging from

M. Bakaev, M. Gaedke

22

itness approximation to the so-called Interactive Evolutionary Computation (IEC) that involves human experts or users. Interactive/human-based evolutionary computation implies delegating some or all genetic operators to humans, and while it may exhibit fair performance, IEC is more commonly used for domains in which the FF is not known, like art, preferences analysis, etc.

Currently prevalent interaction design methods, such as e.g. A/B Testing, have notable ambiguities with selection of better candidates and with the reproduction operators. Evaluation with a FF is troublesome, as deining computable expression of the design utility is problematic, especially since the function is very much likely to have its own evolution, due to changing requirements. at the same time, straightforward evaluation of manifold and potentially low-quality design solutions in real environments with real users is also efectively impossible. Also, in A/B Testing, de-facto phenotype features of designs are being recombined, somewhat blindly, and genotype is not distinguished. hat does not only make it diicult to keep track of changes and make sense out of them, but it means that if the creation of new designs is to be automated, the reproduction operators would have to be platform-dependent, and e.g. changes in HTML or CSS conventions would make signiicant parts of an EA obsolete.

So, we propose to employ the Kansei Engineering (KE) method (well established in Japanese automotive industry since the 1980s) for the selection in EA-based web interface design. KE’s analytical method seeks to establish formal relations between target customers’ feelings and impressions of existing or prospective products (expressed per measurement scales – Kansei Words) and particular attributes of the products. he synthetic method of KE aims to obtain the list of prospective product attributes from the desired Kansei (emotional feeling) of the target customer. KE is increasingly used in conjunction with AI methods (“KE Type II”), especially with


23

neural networks (NNs) that already saw some applications in web interaction design [3], [4], [5]. he attractiveness of this method is due to its self-learning capability that is a natural requirement for KE [3], and due to reasonable computation efectiveness compared to other AI or statistical methods.

At the same time, NNs have become recognized means to evaluate itness in EAs, when neither precise values of itness function can be determined due to obscurity or computational complexity, nor IEC is feasible. Relevant hybrid methods imply accurate calculation of FF only for some of the candidate individuals, the ones that passed preliminary step of selection carried out with approximate values estimated by NN [2]. Moreover, the natural adaptability of NNs allows them to accommodate FFs that may luctuate over generations (mutable). All of the above considerations suggest that KE approach in combination with NNs could be efectively applied for selection in web interaction design.

The Evolutionary Algorithmhere seems to be no fundamental obstacles why KE couldn’t

be extended from its conventional emotional aspect to the two other, physical and cognitive. he former considers use of interfaces as real-world objects, their ergonomic characteristics, etc., while the latter relates to information processing, thesaurus, memory, learning, and so on. here are existing approaches to auto-measure interaction quality in physical and cognitive aspects (see our review in [6]), and we believe that supplementing KE with them would lead to more holistic and faster evaluation.

Also, since we’d like to predict interface usability qualities without recourse to either user testing or real interaction, it seems to leave us with the only remaining feasible option – modeling. he so-called model-based approach to interface design generally implies that the code of the actual interface is generated based


24

on knowledgebase rules or on optimization of certain interface parameters or expected quality indexes – from its model. he model may be either speciied by designer or somehow derived – e.g. from existing programming code, database models, domain-speciic languages, high-level user tasks, or requirements. he core parts of the model-based approach can be divided into: 1) requirements-related models: Tasks and Domain, 2) per se interface models: Abstract UI, Concrete UI, and Final UI, and 3) context of use models: User, Platform, and Environment.

In EA-based interaction design, interface model would correspond to genotype, and indeed there are recent research works that put forward the use of chromosomes to represent candidate interfaces. However, the traditional linear structure of chromosomes seems to be quite disadvantageous, since it doesn’t contribute to representing the design space and interdependencies between its elements – the “genes”. We believe it is sensible to employ domain ontology as a user interface meta-model, efectively representing the design space and in EA terms corresponding to genome. he overall EA that we propose is shown in Fig. 1.

ConclusionsIn our work supported by the DAAD Mikhail Lomonosov

program grant, we explored the applicability of EAs for designing human-computer interfaces. As the result, we proposed to combine several existing AI and design methods, such as KE, NN and ontology modeling to create EA that can be employed for web interface design [1]. Our subsequent work is aimed on extension of the KE method to represent all kinds of requirements (not solely emotional aspect) and analysis of ontology models applicability in model-based interface development and representation of genome for the EA.


25

Fig. 1. Proposed approach for EA in web interaction design

References1. M. Bakaev, M. Gaedke. Application of evolutionary algorithms

in interaction design: From requirements and ontology to optimized web interface. – Proc. of IEEE ElConRusNW 2016 conference, Saint Petersburg: IEEE, 2016. – P. 129–134.

2. Y. Jin, B. Sendhof. Reducing itness evaluations using clustering techniques and neural network ensembles. – Genetic and Evolutionary Computation (GECCO), 2004. – P. 688–699.


3. Y.C. Lin, C.H. Yeh, C.C. Wei. How will the use of graphics afect visual aesthetics? a user-centered approach for web page design. – Int. J. of Human-Computer Studies 71, no. 3, 2013. – P. 217–227.

4. Q.X. Qu. Kansei knowledge extraction based on evolutionary genetic algorithm: an application to e-commerce web appearance design. – heoretical Issues in Ergonomics Science 16, no. 3, 2015. – P. 299–313.

5. F. Guo et al. Optimization design of a webpage based on Kansei Engineering. – Human Factors and Ergonomics in Manufacturing & Service Industries, 26, no. 1, 2016. – P. 110–126.

6. M. Bakaev, T. Mamysheva, M. Gaedke. Current Trends in Automating Usability Evaluation of Websites: Can You Manage What You Can’t Measure? – Proc. of the 11th International Forum on Strategic Technology (IFOST 2016). – Novosibirsk, NSTU, Russia. – P. 510–514.

27

плоская антенна вытекающей волны

круговая поляризация

имитационное моделирование

ортогональные моды

квадратурное питание элементов антенны

В работе рассмотрен способ форми-

рования круговой поляризации для

плоских антенн вытекающей волны, по-

казано, что ее получение возможно с не-

которым уменьшением эффективности

антенны.

1Воронежский государственный

университет, Россия

2Reutlingen University, Germany

Д.Н. Борисов1, D. Pouhe2


Д.Н. Борисов, D. Pouhe

28

ВведениеБыстрое развитие радиоэлектроники, интенсивное

использование мобильной связи и интернета, потребность в многофункциональных телекоммуникационных устройствах, использующих различные технологии передачи данных, стимулируют разработку радиоэлектронных средств, основанных на высокотехнологичных излучающих/принимающих структурах.

Принцип действия плоских антенн вытекающей волны основан на использовании известного эффекта прямого и обратного преобразования поверхностных волн в объемные излучаемые волны и реализуется с помощью структур, содержащих диэлектрические волноводы и дифракционные решетки [1].

Плоские антенны вытекающей волны, в отличие от традиционных полосковых и микрополосковых антенных решеток имеют существенно больший коэффициент полезного действия, достигающий 90–95 % на частотах вплоть до нескольких десятков гигагерц. Плоские антенны вытекающей волны присущи и другие достоинства, а именно: возможность немеханического сканирования диаграммы направленности; возможность работы с двумя ортогональными поляризациями или с управляемой поляризацией излучения; простота и компактность конструкций, высокая технологичность. Плоские антенны вытекающей волны являются одними из наиболее перспективных для использования в диапазоне КВЧ (миллиметровых волн).

1. Модифицированная плоская антенна вытекающей волныАнтенна вытекающей волны состоит из экранирован-

ного диэлектрического волновода (подложки), периодической дифракционной решетки (образующей излучающую апертуру


29

с размерами L1 × L2, содержащую две подрешетки параллель-ных металлических полосок 1 с общей центральной полоской) и устройства 2 (рис. 1), обеспечивающего возбуждение в диэ-лектрическом волноводе поверхностных волн типа ТМ. При рассеянии поверхностных волн на лентах левой и правой частей решетки возникают вытекающие волны, которые синфазно сум-мируются в направлении нормали к плоскости раскрыва антенны и обеспечивают эффективное излучение с Н-поляризацией (вектор Е в плоскости раскрыва перпендикулярен кромкам лент 1 решетки). Питание антенны производится через прямо-угольную щель в центре экрана диэлектрического волновода. Устройство возбуждения 2 состоит из центральной полоски с двумя боковыми рядами четвертьволновых прямоугольных металлических выступов, образующих переменно-фазную гребенчатую структуру [2]. Направление максимального

d

g L1

L2

k 2 1

Рис. 1. Антенна вытекающей волны

излучения антенны п е р п е н д и к у л я р н о плоскости диэлектри-ческого волновода.

И с с л е д о в а н и я характеристик данной конструкции на основе к о м п ь ю т е р н о г о моделирования осу-ществлялись с помощью программы ANSYS HFSS [3], входящей в состав пакета ANSYS®

Electromagnetics Suite 16.0 (предоставленный лабораторией prof. D. Pouhe в университете Ройтлингена). Данная конструк-ция имеет относительную рабочую полосу частот порядка 5% (рис. 2а), которая определяется размерами =160.25 мм, =156


30

мм, k=8 мм, g=10.4 мм, d=8.9 мм. Коэффициент усиления антенны в полосе рабочих частот изменя-ется в пределах 28-30 дБ (рис. 2б). Характер излучения антенны показан на рис. 2в.

S11, дБ

f, ГГц

а

б в

КУ, дБ

f, ГГц

а – коэффициент отражения S11,

б – коэффициент усиления,

в – диаграмма направленности

Рис. 2. Характеристики антенны вытекающей волны

2. Формирование круговой поляризацииОдной из особенностей рассмотренной конструкции

является формирование линейной поляризации электромагнитного поля в дальней зоне, возникающее из-за способа питания антенны и возбуждения поверхностных волн. Однако в КВЧ-диапазоне в сфере наземной и спутниковой коммуникации массово применяются устройства, использующие круговую поляризацию.

В работе [4] для формирования круговой поляризации антенны вытекающей волны предложено использование


31

двух взаимно ортогональных мод, формирующихся за счет использования асимметричной геометрии антенны относительно ее продольной оси. В другой работе [5] излучающие элементы антенны вытекающей волны состоят из резонансных прямоугольных микрополосковых антенных элементов возбуждаемых в квадратуре. Причем элементы ориентированы под углом ± 45° от линии передачи [6]. В результате такого квадратурного питания каждый элемент имеет сдвиг фазы в 90° из-за чего возникает круговая поляризация.

Имитационное м о д е л и р о в а н и е и анализ результа-тов показал низкую э ф ф е к т и в н о с т ь применения спосо-бов формирования круговой поляриза-ции рассмотренных выше для антенн в ы т е к а ю щ е й волны. В связи с чем, была приме-нена обобщающая модификация этих

ws

dl

θ1

s2

s1

wc

dc

Ly

Lx w p

θ2

g

Рис. 3. Конструкция антенны с круговой

поляризацией

методов, заключающаяся в развороте выступов справа от центральной полосы на угол θ

2=+45° и соответственно

слева – на угол θ1=-45° (рис. 3). Это позволило с максималь-

ной эффективностью использовать работу ортогональных мод, описанных в работе [4].


32

а

б

а – коэффициент эллиптичности,

б – диаграмма направленности

Рис. 4. Характеристики антенны с кру-

говой поляризацией

ЗаключениеФормирование круго-

вой поляризации в антенне вытекающей волны лен-точного типа возможно с применением обобщаю-щей модификации подходов, основанной на использова-нии двух ортогональные мод напряжений в централь-ной ленте антенны. При этом наблюдается сниже-ние коэффициента усиления антенны вследствие уменьше-ния ее эффективности из-за внесения ассиметричных элементов в конструкцию. В работе была создана электродинамическая (имитационная) модель дифракционной (бегущей волны) антенны ленточного типа с рабочей полосой частот в диапазоне Δf=23.75–24.63, кру-говой поляризацией (коэффициент эллиптичности не более 3.0) и коэффициентом усиления не менее 24 дБ в рабочей полосе частот.


Список литературы1. Шестопалов В.П. Физические основы миллиметровой

и субмиллиметровой техники. Т. 1: Открытые структуры / В.П. Шестопалов. – Киев: Наук. думка, 1985. – 216 с.

2. Патент 2517724 Российская Федерация МПК H 01 Q 13/28 (2006.01), H 01 P 3/16 (2006.01). Плоская антенна вытекающей волны / Ю.Б. Нечаев, А.И. Климов, В.И. Юдин, Д.Н. Борисов, А.В. Золотухин; заявитель и патентообладатель Воронеж. гос. ун-т; 2012144897/08; заявл. 22.10.2012; опубл. 27.05.2014.

3. ANSYS HFSS (High Frequency Electromagnetic Field Simulation) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ansys.com/Products/Electronics/ANSYS-HFSS

4. Circular Polarization of Periodic Leaky-Wave Antennas with Axial Asymmetry: heoretical Proof and Experimental Demonstration / O. Simon, C. Zhichao, A. Al-Bassam, A. Rennings [and etc.] // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2014. – Vol. 62. – 4. – P. 1817–1829.

5. Trevor R. a Circularly Polarized Broadside Radiating “Herringbone” Array Design with the Leaky-Wave Approach / R. Trevor, A.T. Sutinjo, M. Okoniewski // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. – 2010. – Vol. 9. – P. 826–829.

6. Haskins P. Squinted-Beam “Herringbone” Array / P. Haskins, J. Dahele // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. – 1998. – Vol. 2. – P. 1150–1153.

34

импедансная

спектроскопия

миллиметровый

диапазон частот

SiGe технология

интегральная

микросхема

диэлектрические

свойства

Предложена микросистема для опре-

деления диэлектрических свойств био-

логического материала на клеточном

уровне в миллиметровом диапазоне ча-

стот. Устройство позволяют выявлять ра-

ковые образования и опухоли, а так же

проводить исследования биовеществ

на клеточном уровне в миллиметро-

вом диапазоне частот и исследования

по воздействию электрическим полем

на клетки. Дополнительным преимуще-

ством микросистемы является распа-

раллеливание процесса измерения ха-

рактеристик клеток для статистического

анализа.

1Донской государственный технический

университет, Ростов-на-Дону, Россия

2Гамбургский университет технологий,

Германия

3Институт технологии Коста-Рики,

Картаго

П.С. Будяков1, Х. Монтеро2,

П. Вега2,3, В. Краутшнайдер2

МикросистеМа для определения характеристик биологических клеток с распараллеливаниеМ

процесса изМерений

35

ВведениеИсследования признаков заболеваний на клеточном уровне

является в настоящее время перспективным направлением в раннем выявлении и диагностике заболеваний [1].

Для того, чтобы проследить эти особенности используются такие методы как маркировка пораженных клеток с помощью in-vivo (в организме) био-маркеров и диэлектрическая спектроскопия. В то время как использование био-маркеров довольно дорогой процесс, диэлектрическая спектроскопия проще реализовывается в in-vitro (вне живого организма) тестах, в которых образцы тканей могут быть измерены несколько раз, может быть проведено большее разнообразие экспериментов и получена полная характеристика образцов. Анализ публикаций показывает, что в настоящее время данное направление активно развивается как для исследования заболеваний (рак, опухоли и т.д.), так и для исследования методов лечения (воздействие электромагнитным полем) особенно в СВЧ и КВЧ диапазонах [2-4].

Диэлектрическая импедансная спектроскопия биологических тканей, определяет свойства вещества, такие как диэлектрическая проницаемость и проводимость. Эти свойства могут быть измерены с помощью определения разности фаз между напряжением и током, подаваемых на биологический материал в процессе тестирования.

Принцип работы диэлектрической спектроскопии основан на взаимодействии между веществом и электромагнитными волнами с частотой до 1011 Гц и может быть реализован с использованием электрических схем, в этом случае образцы электрически подключаются к генератору напряжения, а отклик в диапазоне частот измеряется с помощью анализатора спектра или внутренней схемой преобразования.

Микросистема для определения характеристик биологических клеток...

36

П.С. Будяков, Х. Монтеро, П. Вега, В. Краутшнайдер

Для вещества под воздействием электрического поля, комплексная диэлектрическая проницаемость, определяется как:

* ω ω ω( ) = ( )− ( )′ ′′i (1)

где ′ – относительная диэлектрическая проницаемость, ′′ – потери энергии, так же может быть выражена в отношении от проводимости σ материала ′′ = σ ω/

0 [2].

Противопоставляя частотные зависимости относительной диэлектрической проницаемости ′ и проводимости σ клеток можно определить отличительные свойства их состояний и заболеваний.

При возбуждении гармоническим сигналом напряжения U с частотой ω биологической ткани диэлектрическая проницаемость ′ и проводимость σ пропорциональна мнимой и действительной компоненте тока через ткань и определяется следующими формулами:

′⋅

=⋅ ⋅ ⋅

I l

U AIMAG

ω0

, σ =⋅

⋅I A

U lREAL (2)

где a и l – площадь поперечного сечения и длина группы клеток или клетки соответственно.

Из этого следует, что зная прилагаемое напряжение U, результирующая амплитуда тока и фазовый сдвиг между током и напряжением могут быть получены с помощью схемы измерения импеданса.

Различные частотные зависимости диэлектрической проницаемости ′ и проводимости σ используются для разных видов исследований биологических тканей и клеток, как внеклеточных так и внутриклеточных явлений. Внеклеточное и внутриклеточное пространство имеет высокую проводимость из-за содержания ионов солей. Липидная мембрана клеток

37


является диэлектриком, который не позволяет току на низких частотах попасть в клетку. Тогда как на более высоких частотах ток проникает через мембрану, а диэлектрическая проницаемость воды сильно понижается и чувствительность импеданса к изменению внутренней структуры клетки повышается.

Как показано в [5] применение диэлектрической спектроскопии в высокочастотном (более 30 ГГц) γ диапазоне позволяет говорить о довольно широком его применении. Результаты измерений можно использовать для исследований токсичности, диагностики заболеваний, мониторинга процедур терапии, более полных и точных исследований воздействия поля на данных частотах, а так же лечении раковых опухолей методом долговременного воздействия электрическим полем определенной частоты (ield exposure), что позволяет контролировать деление клеток в заданном месте. Результаты исследований применимы к раковым клеткам, бактериям, простейшим, грибам и водорослям. Однако для проведения комфортного и статистически достоверного измерения необходима интеграция измерительной системы и распараллеливание для определения необходимой амплитуды и частоты для каждого случая.

1. Описание системыВ медицине в случае диэлектрической спектроскопии

для большей достоверности используют статистически подтвержденные результаты измерений. Поэтому, очень важно использовать распараллеливание для удобства этого процесса. Использование современных SiGe технологий дают широкие возможности по интеграции датчика и электронного устройства, а размещение датчика как можно ближе к электронной части кристалла позволяет уменьшить паразитный импеданс, интерференцию и шум, что ведет к лучшей чувствительности

38


и быстрым измерениям. В тоже время близкое расположение образцов открывает возможности для использования миллиметрового частотного диапазона (30 ГГц и более) для токсилогических исследований, диагностики, мониторинга процедур терапии, а также воздействие электрическим полем на биологические ткани в исследовательских целях.

На рис. 1а показан схематический вид предлагаемого устройства. на подложке на основе армированного материала (например, RO4000 фирмы Rogers Corporation) расположена матрица из модулей для распараллеливания измерений. Устройство может иметь размеры в несколько миллиметров (зависит от количества модулей). Модуль измерения содержит 4 камеры для образцов, подключенных к микросхеме, которые могут быть выполнены в виде отдельной камеры на подложке или в виде датчика на кристалле через который проходит жидкость с клетками по микроканалам. Размеры микроканалов должны быть очень малы, например 100 мкм (ширина) × 100 мкм (высота) × 20 мкм (глубина) или 20 × 20 × 20 мкм для изучения структуры одиночных клеток. Между собой модули соединяются шиной данных, через которую подаются управляющие сигналы и получают выходные сигналы. Модуль содержит в себе 4 блока А – D. Блок А содержит высокочастотный генератор управляемый напряжением, генерирующий сигналы в диапазоне гигагерц. Блок В включает в себя схему, которая определяет импеданс в области высоких частот. Одним из вариантов осуществления данной схемы может быть высокочастотный смеситель, выходным сигналом которого является постоянная составляющая. Блок C содержит схему измерения импеданса на низких частотах. Выходной сигнал моет быть оцифрован и передан по шине данных. Блок D включает в себя схему стимуляции образцов высоковольтным напряжением, управляемое внешним сигналом.

39


подложка

интегральные

микросхемы

соединения

шина данных

камера для

образцов

А: ВЧ генератор

В: ВЧ смеситель

С: НЧ измеритель импеданса

D: высоковольтная стимуляция

E: тестовая камера

а

ГУН

Усилитель

Смеситель

Смеситель

ФНЧ

ФНЧ

б

Рис. 1. Структура рассматриваемого устройства измерителя импеданса (а)

и схема блоков a и B (б)

На рис. 1б показана блок схема высокочастотного измерителя импеданса. Квадратурный генератор с центральной частотой около 40 ГГц генерирует сигнал V t

0cosω , который

подается на измеряемое сопротивление Z и входы смесителей. Из-за разности потенциалов на Z, через него и через эталонное сопротивление протекает ток I t

0cos ω ϕ+( ) , который

40


усиливается и подается на входы смесителей.

При этом амплитуда |Z| и фаза φ импеданса выражаются следующими формулами:

ZV

I

V

A v A v= =

+

0

0

0

1

2

1

2

2

2

2

22 (3)

ϕ =

arccos

21 1

0

A v

I (4)

где A1, A

2 – коэффициент преобразования тока I

0 в напряжение

v1, v

2.

2. Результаты моделированияОдним из важнейших блоков в устройстве рис. 1б

является генератор управляемый напряжением (ГУН). Результаты моделирования ГУН с учетом электромагнитного моделирования топологии сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Параметры разработанного ГУН.

Архитектура Связанные LC генераторы

Техпроцесс 0,13 SiGe BiCMOS

Напряжение питания, В 3,3

Диапазон выходных частот, ГГц 38,5 – 46,2

Рассеиваемая мощность, мВт 83,5

Диапазон перестройки, % 18,2

Площадь, мм2 0,1036

Фазовый шум, дБс/Гц -85,65

Общая топология микросхемы (размеры кристалла – 0,834 мм × 0,93 мм) и результаты моделирования выходных сигналов в зависимости от изменения фазы импеданса Z показаны на рис. 2.

41


Как видно из результатов моделирования рис. 2б выходные сигналы V1 и V2 принимают форму синуса и косинуса, что соответствует работе схемы.

ЗаключениеРассмотрены особенности определения диэлектрических

характеристик биологического материала на клеточном уровне. Использование диэлектрической спектроскопии в диапазоне крайне высоких частот позволяет исследовать биологические ткани для различных применений. Результаты измерений можно использовать для исследований токсичности, диагностики заболеваний, мониторинга процедур терапии, более полных и точных исследований воздействия поля на данных частотах, а так же лечении раковых опухолей методом долговременного воздействия электрическим полем определенной частоты (ield exposure), что позволяет контролировать деление клеток в заданном месте. Результаты исследований применимы к раковым клеткам, бактериям, простейшим, грибам и водорослям.

Разработана интегральная микросхема в среде Keysight (Agilent) ADS для определения диэлектрических свойств

а б

Рис. 2. Топология микросхемы (а) и выходные сигналы микросхемы

при изменении фазы (б)


биологический тканей в диапазоне частот 38,5 – 46 ГГц по SiGe технологии с технологическими нормами 0,13 мкм с размерами кристалла <1 мм2.

Список литературы1. Grenier K. et al. Recent advances in microwave-based dielectric

spectroscopy at the cellular level for cancer investigations //Microwave heory and Techniques, IEEE Transactions on. – 2013. – Т. 61. – . 5. – С. 2023–2030.

2. Rojas P., Enrique J., Krautschneider W., Paola V. Design of a wide tuning-range CMOS 130-nm quadrature VCO for cell impedance spectroscopy // 6th IEEE Germany Student Conference Proceedings, 2015. – P. 7–12.

3. Bajestan M. M. et al. a 0.62–10 GHz Complex Dielectric Spectroscopy System in CMOS //Microwave heory and Techniques, IEEE Transactions on. – 2014. – Т. 62. – . 12. – С. 3522–3537.

4. Chien J. C. et al. a 1–50 GHz dielectric spectroscopy biosensor with integrated receiver front-end in 65nm CMOS //Microwave Symposium Digest (IMS), 2013 IEEE MTT-S International. – IEEE, 2013. – С. 1–4.

5. Gregory W. D. et al. he Cole relaxation frequency as a parameter to identify cancer in breast tissue //Medical physics. – 2012. – Т. 39. – . 7. – С. 4167–4174.

43

полимерная линза

литье под давлением

двулучепреломление

остаточные

напряжения

усадка

технологические

факторы

Статья посвящена исследованию эффекта

двойного лучепреломления в полимер-

ных линзах, полученных при литье под

давлением при различных технологиче-

ских режимах. Предлагается математиче-

ская закономерность между количеством

полос-изохром, давлением выдержки,

временем термообработки и оптической

постоянной. Сформулированы рекомен-

дации по выбору режимов литья.

Университет ИТМО

TU Ilmenau

С.Д. Васильков

влияние режиМов литья под давлениеМ на двулучепрелоМление в полиМерных линзах

44


ВведениеОсобую сложность представляет собой определение

оптических характеристик для малоразмерных полимерных изделий, например, миниатюрных линз (диаметр 0,5-5 мм), а также определение влияния режимов литья на эти характеристики. Выявленные зависимости по наблюдаемым изображениям полос в линзах при эффекте двойного лучепреломления позволяют подобрать оптимальные технологические параметры литья, а также дать рекомендации по локальному изменению геометрии литниковой системы литьевой формы. Таким образом, сокращается число итераций по изготовлению формообразующих поверхностей литьевых форм для миниатюрных линз.

Технология изготовления линз и остаточные напряженияПолимерные линзы имеют ряд преимуществ, например,

процесс изготовления более простой по сравнению со стеклянными линзами, имеется возможность получения криволинейных свободных поверхностей. Имеются недостатки таких линз, например, недостаточная теплостойкость, возникновение дефектов из-за особенностей течения расплава, когда могут возникать воздушные пузыри, которые наблюдаются в линзах, где центральная часть имеет наименьшую толщину [1]. При сильном облучении полимерный материал быстро деградирует.

При изготовлении полимерных изделий литьем под давлением возникают остаточные напряжения, связанные с распространением расплава в формообразующей полости и усадочными процессами в материале. В прозрачных полимерных материалах с высокой светочувствительностью эти напряжения можно обнаружить с использованием эффекта двойного лучепреломления, который наблюдается с помощью

45

Влияние режимов литья под давлением на двулучепреломление...

полярископа в виде цветной или черно-белой картины полос в зависимости от применяемого источника света [2].

Для изготовления полимерных линз применяют различные материалы в зависимости от требований к изделию. у поликарбоната (ПК) наблюдается эффект двойного лучепреломления, так как фотоупругий коэффициент примерно в 10 раз выше, чем у полиметилметакрилата (ПММА), и ПК применяется преимущественно для неизображающей оптики [3]. Хотя, при включении специальных добавок и регулированию режимов литья удается уменьшить негативный эффект для ПК.

Наблюдение эффекта двулучепреломления в малоразмерных изделиях сложное, поэтому была выбрана полимерная плоско-вогнутая линза диаметром 24 мм и толщиной 4,2 мм, а также круглая полимерная пластина диаметром 60 мм и толщиной 5 мм. Изготавливались образцы соответственно на литьевых машинах Ferromatik Milacron EE30-55 и Krauss Mafei CX 80-380. Для изготовления линз применялся гранулированный материал ПК (Makrolon LED2245, Makrolon 2405) и ПММА (PLEXIGLAS 8N).

На основании ранее выполненных исследований [4] был разработан план эксперимента, на основании которого варьировались технологические параметры литья под давлением. Был выбран 4-факторный эксперимент по методу Тагути с ортогональным набором L9 (для 9-ти экспериментов по 13 отливок). Используя соотношение «сигнал-шум» для анализа результатов шероховатости и профиля был получен оптимальный набор A1-B2-C3-D1 и проверен на новой партии отливок. Технологические параметры литья представлены в таблице для материалов ПК и ПММА.

46


Таблица.

Факторы и уровни для 4-факторного эксперимента по литью линз

Фактор Уровень для ПК Уровень для ПММА

L1 L2 L3 L1 L2 L3

A Температура расплава (°C)

285 300 320 235 250 260

B Скорость впрыска (см3/с)

10 15 20 10 15 20

C Давление выдержки (бар)

200 500 800 200 500 800

D Время охлаждения (с)

10 25 40 10 25 40

Результаты и анализДля изучения влияния режимов литья на остаточные напряжения в линзах применялась поляризационная установка Gunt FL 200 с монохроматических источником света. Были получены фотографии полос для набора двугнездных отливок, показанные на рисунке, где размер сведен к одному масштабу.

Рис. 1. Сравнительные результаты измерений остаточных напряжений для

плоских круглых образцов (сверху) и плоско-вогнутой линзы (снизу)

Некоторые наблюдения:1) Картинки полос для опытов 3, 5, 7 схожие и имеют

наименьшее число изохром (по оптическому диаметру),

47


объединяются по фактору С3 (наибольшее давление выдержки). Также наблюдается выраженная затемненная часть.

2) Картинки полос для опытов 1, 6, 8 схожие по менее выраженному напряженному состоянию в центральной части линзы, объединяются по фактору С1 (наименьшее давление выдержки).

3) Картинки полос для опытов 2, 4, 9 схожие по дополнительной выраженной круговой изохроме между центром и оптическим радиусом, объединяются по фактору С2.

4) Наблюдается видимый фронт расплава в опытах 1, 2, 3, по фактору A1 (минимальная температура расплава). Диапазон температуры расплава, предлагаемый производителем: от 280 до 320 °С.

5) Картинки полос для всех опытов, кроме 5, 7, 9 имеют две изотропные точки, возникшие либо из-за недостаточного давления выдержки или из-за недостаточной температуры расплава.

Новый оптимальный режим литья следует выбрать следующим: A3-B2-C3-D1. (повышенная температура расплава, двухрежимный быстрый/медленный впрыск, наибольшее давление выдержки, минимальное время охлаждения для сокращения цикла изготовления).

Далее проводились измерения двулучепреломления после термообработки изделий. Режим воздушной термообработки выбран в соответствии с рекомендациями [5] для ПК: равномерный нагрев в течение 2 часов от комнатной температуры до 135 °С, поддержание этой температуры в течение 4-х часов, равномерное охлаждение в течение 2 часов до комнатной температуры. Максимальная температура должна быть на 10–20 °С ниже так называемой температуры стеклования (Tg),

48


выше которой материал начинается переходить в вязкотекучее состояние. Для марки ПК Makrolon LED2245 и 2405 Tg = 145 °С. При повышении температуры, начинала меняться форма отливок, что недопустимо, при этом остаточные напряжения оказались меньше.

Изображения изохром (картинка полос) показаны в виде непрерывного поля напряжений. В центральной части необходимо получать изотропную точку (область), что говорит о симметричном характере напряжений. Тогда можно предположить, что в центральной части (наиболее темной) напряжения близки к нулю, так как цвет такой же, как и фон. Также характер распределения напряжений после термообработки (рис. 1) говорит о данном предположении. В частности, схожее распределение описывается в статье [6]. Тарировка напряжений осуществляется определением цены полосы материала модели с помощью тарировочных образцов, в нашем случае это диски диаметром 50-60 мм [2].

Наибольшие остаточные напряжения находятся по краю линз с малым шагом изменения 0,5–1 мм. Их возникновение связано с формированием приграничного слоя в процессе заполнения формообразующей полости, а из плоскости наблюдения виден суммарный эффект по толщине образца, поэтому эту часть технологической каймы можно не брать в рассмотрение. Наилучшие результаты оказываются при увеличении давления впрыска, когда наблюдается меньшее число полос в оптической части линзы, а их длина увеличивается. на основе проведенных экспериментов предполагается, что уменьшение напряжений со временем имеет обратную экспоненциальную зависимость. Принимая во внимание, что плотность полос и их длина формируются под влиянием давления выдержки материала, а также дальнейшей термообработки, предлагается следующая математическая

49


модель, с учетом величины цены полосы материала модели (оптическая постоянная)

0

hσ [2], на основе которой можно определить количество полос k в видимой части линзы:

то 1

0

8 = (1 )

tвыд

h

Pk e

Dh

− −′

−σ π ,

где выдP′ – приведенное давлением выдержки; t

то – время

термообработки, D – диаметр диска; h – толщина диска в направлении просвечивания.

Расчет значений 0

hσ и k позволят вычислить изменение показателя преломления в различных частях линзы. Проверка данной гипотезы будет являться дальнейшим продолжением исследований.

ИтогиПроведены исследования по влиянию технологических

режимов литья под давлением полимерных линз из материалов ПК и ПММА на двойное лучепреломление, которое возникает при появлении остаточных напряжений в линзах. Сформулирована математическая закономерность между количеством полос-изохром, давлением выдержки, временем термообработки и оптической постоянной для дальнейшей апробации на миниатюрных линзах.

Проект 3741 выполнен по решению об обеспечении государственного задания образовательным организациям высшего образования, подведомственным Министерству образования и науки Российской Федерации в сфере научной деятельности на 2015 год.

Список литературы1. Lee H.S., Jeon W.T., Kim S.W. Development of Plastic Lenses for

High-Resolution Phone Camera by Injection-Compression Molding.


Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A. – 2013. – Vol. 37, 1. – P. 39–46.

2. Кошеленко А.С., Позняк Г.Г. Теоретические основы и практика фотомеханики в машиностроении. – М.: Издательский дом «Граница». – 2004. – 296 с.

3. Sadeghi S., Nazockdast H., Mehranpour M. he birefringence and anisotropic planar shrinkage of polycarbonate/organoclay injection moldings. Polymer Engineering & Science. – 2012. – Vol. 52, iss. 10. – P. 2182–2195.

4. Yablochnikov E.I., Vasilkov S.D., Andreev Y.S., Pirogov A.V., Tretyakov S.D. Аn integrated approach to development and simulation manufacturing processes of optical products. Management and Production Engineering Review. – 2015. – Vol. 6. No. 4. – P. 94–103.

5. Annealing (Stress-Relief) for Plastics Stock Shapes [Электронный ресурс] // Boedeker Plastics [сайт] URL: http://boedeker.com/anneal.htm (дата обращения: 23.11.2015).

6. Pierscionek B.K., Regini J.W. he gradient index lens of the eye: an opto-biological synchrony. Progress in Retinal and Eye Research. – 2012. – 31. – P. 332–349.

51

агроэкосистемные

услуги

органическое

вещество

тяжелые металлы

общий азот

структура

землепользования

Не обнаружено существенного сни-

жения плодородия и повышения кис-

лотности почв долголетней залежи по

сравнению с пашней и луговыми уго-

дьями. Установлено отсутствие превы-

шения норм ОДК по тяжелым металлам

в почвах обследованных сельхозугодий

модельного участка (пашня, залежь);

наиболее высокое содержание органи-

ческого вещества обнаружено в почвах

пастбищ – 4,9%, наименьшее – в почвах

интенсивно используемой пашни – 2,6%.

Выявлены различия в осуществлении

агроэкосистемных услуг в сельских по-

селениях Калининградской области

на основании оценки современной

структуры землепользования.

агроэкологические последствия динаМики постсоветского зеМлепользования в калининградской области

Балтийский федеральный университет

имени Иммануила Канта, Калининград

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg,

Halle (Saale)

Д.В. Гаева

52

Д.В. Гаева

ВведениеИнтенсивное аграрное производство направлено

приемущественно на достижение высокой урожайности и экономической эффективности, где трудно применимо устойчивое управление природными ресурсами. Экологические риски в сельскохозяйственном природопользовании могут быть вызваны наличием трех факторов: 1) конфликт природопользователей, обусловленный необходимостью увеличения доходности бизнеса за счет интенсификации производства продукции при отсутствии данных аудита местных условий; 2) – неопределенности в трансформационных процессах компонентов геосистем связанные с недостатком данных, разницей в методиках, погрешностью измерений; 3) потеря сопротивления агроэкосистемы к внешним воздействиям [1].

В связи с интенсификацией сельскохозяйственного производства (увеличение объемов внесения удобрений и применения средств защиты растений, вводом залежных земель в оборот происходит сокращение сельскохозяйственных угодий, обеспечивающих сохранение важных видов экосистемных услуг (поддерживающих, регулирующих и культурных). Для каждого административного района и сельского поселения соотношение площадей сельхозугодий, обеспечивающих различные виды экосистемных услуг, будет неодинаковым.

Биоразнообразие может обеспечить множество культурных ценностей, от легко поддающихся количественной оценке элементов, таких, как разнообразие диких видов животных и растений, до менее материальных ценностей, таких как эстетика ландшафта [2]. Кроме того, увеличение видового разнообразия в агроландшафтах может, на локальном уровне способствовать и другим видам сервиса, как

53

например – живые изгороди и полосы лугов привлекающие опылителей и задерживающие загрязнение за счет уменьшения стоков поверхностных вод [3]. Большинство исследований, направленных на оценку экосистемных услуг, акцентируют внимание только на некоторые классы земельного покрова, некоторые [4] попытались провести оценку, включая все нынешние виды растительного покрова, в том числе аграрных территорий. с помощью картографической визуализации, которая показывает пространственно явный региональный потенциал для обеспечения экосистемных услуг, могут быть идентифицированы конфликты целей землепользования.

РезультатыПроблема отношений между изменением социально-

экономических условий, типов и интенсивности землепользования включая их влияние на некоторые параметры и функции агроэкосистем, рассмотрены на примере двух административных районов Калининградской области с различными ландшафтными характеристиками: большая часть сельскохозяйственных угодий занята пахотными землями (в основном рапс, кукуруза и пшеница) и лугами. Основная задача для управления агрогеосистемой заключается здесь в поддержании сельскохозяйственного производства при одновременной защите биоразнообразия и расширения возможностей для отдыха сельского населения.

По результатам оцифровки спутниковых снимков за 2015 г. и предварительных маршрутных обследований в июне-августе 2015 г., с использованием геоинформационного программного обеспечения QGIS 2.10 PISA выполнена картографическая визуализация структуры аграрного землепользования (рис. 1). Представленные виды землепользования на 2015 г. – пашня, пастбища, интенсивный сенокос (монокультура райграсса), леса,

Агроэкологические последствия динамики постсоветского...

54

Д.В. Гаева

залежи сады и одноэтажная жилая застройка/животноводческие комплексы. В Залесовском поселении превалируют территории, отвечающие за обеспечивающие услуги, при этом наблюдается недостаток поддерживающих, регулирующих и культурных видов услуг. В Большаковском сельском поселении наоборот, лишь на 30% территории осуществляются обеспечивающие услуги (производство продуктов питания, кормов и сырья).

а

б

Рис. 1. Структура землепользования: а) Залесовское сельское поселение;

б) Большаковское сельское поселение, 2015 г.

Экосистемный сервис почв это прежде всего поддерживающий (накопления питательных веществ) и обеспечивающий (производство продукции растениеводства) экосистемный сервис. В сентябре 2015 г. на модельном участке

55


в Полесском районе на залежных угодьях, сенокосе, пастбище и пашне были отобраны образцы почв корнеобитаемого горизонта, которые анализировали на содержание подвижных форм питательных элементов (P, K), общий азот, содержание тяжелых металлов, содержание органического вещества и кислотность. Почвы всех исследованных образцов – близкие к нейтральным и нейтральные. По содержанию общего азота наиболее высокий показатель получен для почв сенокоса и пастбища, одинаково низкие показатели на залежи и интенсивно используемой пашне. Это подтверждает данные об увеличении потерь азота при использовании в севооборотах преимущественно однолетних культур и отсутствии в травостое залежи бобовых культур, участвующих в фиксации почвенного азота. Вследствие этого под монокультурой злаковых дефицит азота в почвах растет. Содержание органического вещества наиболее высокое на пастбище – около 4,5% и наиболее низкое – на пашне около 2,3% (табл. 1). с учетом всех характеристик, самый высокий показатель плодородия у пастбища, самый низкий – на сенокосе. Почвы исследуемого участка – пашня (дерново-глеевые, среднесуглинистые); пастбище, сенокос, залежь (дерново слабоподзолистая, глееватая, легкосуглинистая). Показатели содержания тяжелых металлов в объединенных пробах почв сенокоса и пашни, не превышают ОДК (ориентировочно допустимых концентраций), и фонового содержания (табл. 2). Более высокое содержание некоторых тяжелых металлов в почвах пашни (прежде всего меди и цинка) может быть связана с внесением органических удобрений и пестицидов.

Таб

ли

ца

2. С

од

ер

жа

ни

е т

яж

ел

ых

ме

тал

ло

в в

по

чв

ах

мо

де

ль

но

го у

ча

стк

а, м

г/к

г*О

ДК

пр

ив

од

итс

я д

ля

по

чв

, бл

изк

их

к н

ей

тра

ль

ны

м и

не

йтр

ал

ьн

ых

(су

гли

ни

сты

х и

гл

ин

ист

ых)

, pH

> 5

.5 ртут

ь ФС

0,1

ВФ

0,03 0,1

мы

шья

к

*ОД

К

10

ВФ - 2,3

хром *О

ДК

-

ВФ

10,5

9,4

ни

кель

*ОД

К

80

ВФ

10,2

7,5

кадм

ий

*ОД

К

2,0

ВФ 0,2

0,4

сви

нец

*ОД

К

130

ВФ

11,3

13,0

ци

нк

*ОД

К

220

ВФ

31,8

40,3

мед

ь

*ОД

К

132

ВФ 6,5

7,4

тип

уг

оди

й

сен

окос

паш

ня

Д.В. Гаева

Таб

ли

ца

1. С

од

ер

жа

ни

е п

ита

тел

ьн

ых

эле

ме

нто

в и

ки

сло

тно

сть

по

чв

мо

де

ль

но

го у

ча

стк

а

Ки

слот

нос

ть, p

H

6,4

6,2

5,9

7,1

Сод

ерж

ани

е ор

ган

иче

ског

о ве

щес

тва,

%

3,52

4,95

3,78

2,64

Сод

ерж

ани

е п

ита

тель

ны

х эл

емен

тов

под

виж

ны

й

кали

й (

К2О

) м

г/кг

105

145

342

220

под

виж

ны

й ф

ос-

фор

(P

2O5)

мг/

кг

127

219

312

483

азот

общ

ий

%

0,36

0,33

0,13

0,13

тип

уго

дий

сен

окос

пас

тби

ще

зале

жь

паш

ня

(кук

уруз

а)

57

Полученные результаты указывают на пространственные диспропорции в соотношении видов сельскохозяйственного землепользования, что может привести к дальнейшей потере почвенного плодородия и снижению биоразнообразия в агроландшафтах.

Наряду с сохранением высокого фиторазнообразия экстенсивные луговые угодья способствуют поддержанию почвенного плодородия. Их необходимо изучать и в дальнейшем с целью определения их оптимальной доли в агроландшафте. Для сохранения биоразнообразия в агроэкосистемах необходимо создание банка данных редких и типичных для региона луговых растений, встречающихся в фитоценозах агроэкосистем (пастбищ, сенокосов и залежей). Дальнейшая эколого-экономическая оценка каждого вида экосистемных услуг с учетом агроэкологического состояния почв и видового разнообразия фитоценозов сельскохозяйственных угодий позволит выработать рекомендации по оптимизации структуры землепользования.

Литература1. Баринова Г.М., Гаев Т.В., Гаева Д.В. Проблемы снижения

экологических рисков в сельскохозяйственном природопользовании. // Экологическая безопасность и охрана окружающей среды в регионах России: теория и практика: материалы Всеросс. науч. практ. конференция., г. Волгоград, 12-13 окт. 2015 г. – Волгоград: Изд-во ВолГу. – 2015. – С. 13–20.

2. Clark, N., Biodiversity, cultural pathways, and human health: a framework // Trends in ecology & evolution. – 2014. – Vol. 29.4 – P. 198–204.

3. Power, E. F., Kelly, D. L. Stout, J. C. he impacts of traditional and novel herbicide application methods on target plants, non‐target


Д.В. Гаева

plants and production in intensive grasslands // Weed Research. – 2013. – Vol.53.2 – P. 131–139.

4. Koschke L. А multi-criteria approach for an integrated land-cover-based assessment of ecosystem services provision to support landscape planning. // Ecological Indicators. – 2012. – P. 54–66.

59

разностные уравнения

численные методы

дифференциальные уравнения в частных производных

нелокальные граничные условия

биосистема

В работе сформулирована двумерная

нестационарная краевая задача для

уравнения конвекции-диффузии для

невыпуклой области водного объекта

с учетом химических реакции веществ

и антропогенным воздействием окружа-

ющей среды.

Южно-Российский государственный

политехнический университет (НПИ)

им. М.И. Платова

Technische Universität Dortmund

Е.С. Жменя

Модель экосистеМы водного объекта

60

ВведениеВ последние десятилетия, с ростом промышленности

и темпов урбанизации, основной проблемой существующих водных объектов является ухудшение качества воды – эвтрофикация. Проявлением эвтрофикации воды является: обильный рост водорослей (цветение воды), появление неприятного болотистого запаха, увеличение дефицита кислорода в воде, что приводит к замору рыб и животных. Причинами эффекта эвтрофикации может быть, как естественное старение водоёма, так и перенасыщение объекта химическими соединениями фосфора и азота.

Процесс биологической утилизации химических соединений фосфора и азота можно представить, как два отдельных процесса, при осуществлении которых происходит обильный рос массы фитобактерий. Первый процесс – это процесс нитрификации. Второй процесс – это биологическое удаление фосфора. и именно эти процессы легли в основу модели экосистемы водного объекта.

За основу математической модели экосистемы взята модель экосистемы Ладожского озера, представленная в [1].

На территории водохранилища Ω рассмотрим изменение концентрации минеральных форм фосфора P и азота, а именно формы аммонийного азота NH и нитритного азота NO, доступных для потребления фитопланктоном; обобщенных масс фитопланктона a и зоопланктона Z; изменение полей концентрации аммонийного азота DNH, нитритного азота DNO и фосфора DP в детрите и бактериопланктоне; изменение концентрации растворенного в воде кислорода OX. Обозначим границу водохранилища как ∂Ω, линию соединения Ростовской области водохранилища и Волгоградской области через Σ. Также на территории водохранилища находятся M объектов,

Е.С. Жменя

Модель экосистемы водного объекта

61

осуществляющих сброс загрязняющих веществ. Сбросы могут быть как точечными, так и линейными.

Схема имитационной модели экосистемы водохранилища представлена на рисунке 1. Кроме указанных компонентов, в модель также входят физические параметры среды (температура воды и освещенность), а также скорость течения водотока. Рассмотрим изменение каждого компонента системы.

КИСЛОРОД

ЗООПЛАНКТОН

АММОНИЙНЫЙ АЗОТ

НИТРИТНЫЙ АЗОТ

ФОСФОР

ФИТОПЛАНКТОН

ДЕТРИТ: поле концентраций фосфора,

поле концентраций группы азота

Рис. 1. Схема имитационной модели экосистемы водохранилища

• Изменение биомассы фитопланктона зависит от концентрации биогенных веществ, температуры и освещенности среды, а также от концентрации растворенного кислорода. Этот процесс изменения можно записать в виде:

HS

tHV S HD S H S Hg e S HL SA

A A A AI S

Z Av A

∂∂

+ ∇ = ∆ + − −

−−

µ max 1

2

AA A

A Ax

Ay

S

uS

xvS

y xu

S

x yv

−( )∇ =

∂∂

+∂∂

∆ =∂∂

∂∂

+

∂∂

0,

, ∂∂∂

S

y

A

,

(1)

62

Е.С. Жменя

где S x y tH

S x y z t dzA A

H x y

, , , , ,

,

( ) = ( )− ( )∫

10

– средняя по глубине

биомасса фитопланктона, мг/л∙м; H – средняя глубина водохранилища, м; V u v= ( ), – вектор средних по глубине скоростей, м/с2; D u vx y= ( ), – вектор средних по глубине коэффициентов турбулентной диффузии, м2/с; µ A – скорость роста фитопланктона, день-1; gmax – максимальная скорость выедания фитопланктона зоопланктоном, день-1; Iv – коэффициент Ивлева; L T e eA N

a T( ) = 0 – скорость метаболических выделений фитопланктона с коррекцией на температуру, день-1; e0 – скорость выделения при температуре 0°С, день-1; LAD – скорость отмирания фитопланктона, день-1; L L LA AN AD

= + ,

день-1; SA0 – фоновая концентрация фитопланктона, мг/л∙м.

Согласно работам Свена Йоргенсена [2] и моделям, рассмотренным в [3], скорость роста фитопланктона можно определить следующим образом:

µα α

ANH

NH NH

DNH

DNH NH

N

w I TS

S

S

S

S

= ( ) ⋅+ +

⋅

⋅

max , min ,

min

OO

NO NO

DNO

DNO NO

P

P P

DP

DPS

S

S

S

S

S

S

+ +

⋅ + +α α α α

, min ,

PP

,

(2)

w I T w e I I eaTopt

I Ioptmax max

/, /( ) = ( ) −( )( )

0

1

– максимальная скорость роста фитопланктона в зависимости от освещенности I и температуры водной среды T , день-1; I I Iopt = ⋅( )max 0 25

0, , min –

величина оптимальной освещенности, Вт/м2; I0 – фоновая величина освещенности, Вт/м2; I

min – минимальная величина


63

оптимальной освещенности, Вт/м2; wmax0 – скорость роста при температуре 0°С; а – экспонента; αNH , αNO и αP – константы полунасыщения фитопланктона по аммонийному азоту, нитритному азоту и фосфору соответственно.

• Уравнение изменения биомассы зоопланктона запишем следующим образом:

HS

tHV S HD S Hg e S HL S SZ

Z ZI S

Z Z Z Zv A

∂∂

+ ∇ = ∆ + −

− −−

max 1

2

0(( ) , (3)

где S x y tH

S x y z t dzZ Z

H x y

, , , , ,

,

( ) = ( )− ( )∫

10


биомасса зоопланктона, мг/л∙м; SZ

0 – фоновая биомасса зоопланктона, мг/л∙м; L

ZN – скорость дыхания зоопланктона,

день-1; LZD – скорость отмирания зоопланктона, день-1; L L LZ ZN ZD= + .

• Изменение поля концентрации аммонийного азота в детрите:

HS

tHV S HD S HL T S S k

HL S

DNHDNH DNH AN A A NH

ZN Z

∂∂

+ ∇ = ∆ + ( ) −( ) +

+ −

0

SS k HL T S H S kZ NH DNH DNH A A NH0 ( ) − ( ) − µ ,

(4)

где S x y tH

S x y z t dzDNH DNH

H x y

, , , , ,

,

( ) = ( )− ( )∫

10

– средняя по

глубине концентрация аммонийного азота в детрите, мг/л∙м;

kNH – коэффициент пересчета, для определения количества аммонийного азота в биомассе фито- и зоопланктона;

64

Е.С. Жменя

L T l eDNH

NH aT( ) = 0 – скорость перехода аммонийного азота из детрита в растворенную форму с коррекцией на температуру, день-1; lNH0 – скорость реминерализации аммонийного азота при температуре воды 0°С.

• Изменение поля концентрации нитритного азота в детрите:

HS


HL S

DNODNO DNO AN A A NO

ZN Z

∂∂

+ ∇ = ∆ + ( ) −( ) +

+ −

0

SS k HL T S H S kZ NO DNO DNO A A NO0 ( ) − ( ) − µ ,

(5)

где S x y tH

S x y z t dzDNO DNO

H x y

, , , , ,

,

( ) = ( )− ( )∫

10


глубине концентрация нитритного азота в детрите, мг/л∙м;

kNO – коэффициент пересчета, для определения количества нитритного азота в биомассе фито- и зоопланктона; L T l eDNO

NO aT( ) = 0 – скорость перехода нитритного азота из детрита в растворенную форму с коррекцией на температуру, день-1; lNH0 – скорость реминерализации нитритного азота при температуре воды 0°С.

• Изменение поля концентрации фосфора в детрите:

HS


HL S S

D D D AN A A

ZN Z Z

∂∂

+ ∇ = ∆ + ( ) −( ) +

+ −

0

0(( ) − ( ) −k HL T S H S k D D A A DP µ ,

(6)

где S x y tH

S x y z t dzD D

H x y

, , , , ,

,

( ) = ( )− ( )∫

10



65

концентрация фосфора в детрите, мг/л∙м; k

– коэффициент пересчета, для определения количества фосфора в биомассе фито- и зоопланктона; L T l e

D

aT( ) = 0 – скорость перехода фосфора из детрита в растворенную форму с коррекцией на температуру, день-1; l 0 – скорость реминерализации фосфора при температуре воды 0°С.

• Изменение концентрации аммонийного азота определяется по следующей формуле:

HS


HL S S

NHNH NH AN A A NH

ZN Z Z

∂∂

+ ∇ = ∆ + ( ) −( ) +

+ −

0

0 ( ) + ( ) + −k HL T S F H S kNH DNH DNH NH A A NHµ ,

(7)

где S x y tH

S x y z t dzNH NH

H x y

, , , , ,

,

( ) = ( )− ( )∫

10


глубине концентрация растворенного аммонийного азота, мг/л∙м; FNH – источник внешнего поступления аммонийного азота, мг/л∙с.

• Изменение концентрации нитритного азота определяется по следующей формуле:

HS


HL S S

NONO NO AN A A NO

ZN Z Z

∂∂

+ ∇ = + ( ) −( ) +

+ −

∆ 0

0 ( ) + ( ) + −k HL T S F H S kNO DNO DNO NO A A NOµ ,

(8)

где S x y tH

S x y z t dzNO NO

H x y

, , , , ,

,

( ) = ( )− ( )∫

10


концентрация растворенного нитритного азота, мг/л∙м;

66

Е.С. Жменя

FNO – источник внешнего поступления нитритного азота, мг/

л∙с.

• Изменение концентрации фосфора определяется по следующей формуле:

HS


HL S S k

AN A A

ZN Z Z

∂∂

+ ∇ = ∆ + ( ) −( ) +

+ −( )

0

0 D D A A PHL T S F H S k+ ( ) + − µ ,

(9)

где S x y tH

S x y z t dz

H x y

, , , , ,

,

( ) = ( )− ( )∫

10


концентрация растворенного фосфора, мг/л∙м; FP – источник внешнего поступления фосфора, мг/л∙с.

• Концентрация растворенного кислорода меняется согласно следующему соотношению:

HS

tHV S HD S Hh S Hh L S S

Hh L

OXOX OX OX A A Z ZN Z Z

NH

∂∂

+ ∇ = ∆ + − −( )−−

µ 0

DDNH DNH NH NO DNO DNO NOT S S Hh L T S S( ) ⋅ +( )− ( ) +( ) ,

(10)

где S x y tH

S x y z t dzOX OX

H x y

, , , , ,

,

( ) = ( )− ( )∫

10


глубине концентрация растворенного кислорода, мг/л∙м;

hOX

– коэффициент пересчета, для определения поступления кислорода в воду в процессе фотосинтеза; hZ – коэффициент расхода кислорода на дыхание зоопланктона; hNH – коэффициент расхода кислорода на окисление аммонийного азота; hNO – коэффициент расхода кислорода на окисление


67

нитритного азота.

Также на выражения (1) – (10) налагаются требования, при которых должны выполнятся законы сохранения. Таким образом, в каждой элементарной ячейке экосистемы, если не учитывать процессы переноса, имеет место баланс по фосфору, аммонийному азоту и нитритному азоту. Это естественное требование формируется в виде равенств:

S k S S S S const

S k S S S S

Ptotal

P A Z DP P

NHtotal

NH A Z DNH N

≡ +( )+ + =

≡ +( )+ +

,

HH

NOtotal

NO A Z DNO NO

const

S k S S S S const

=

≡ +( )+ + =

,

.

(11)

Для выполнения условия (11) необходимо учитывать, что потребление зоопланктоном пищи складывается из потребления фитопланктона и детрита.

Граничные условия Неймана на берегах водоема и в створах вытекающих рек:

∂∂

≡∂

∂( )+

∂

∂( ) =

=

S

NHu

S

xn x Hv

S

yni

xi

yi

cos , cos , y ,

i A, Z, DNH,

0

DNO, DP, NH, NO, P, XO.

(12)

В створах втекающих рек, граничные условия имеют вид:

∂

∂− −( ) =

=

S

NHV S Si

n i ir

0,

i A, Z, DNH, DNO, DP, NH, NO, P, X OO,

(13)

где Sir – средняя по глубине концентрация вещества

i A,Z,DNH,DNO,DP,NH,NO,P,XO= в воде реки, мг/л∙м.

Е.С. Жменя

Начальные условия для каждого вещества i A,Z,DNH,DNO,DP,NH,NO,P,XO= имеют вид:

S x y Si i

, ,t00( ) = , x y, ∈Ω , t T0∈ , (14)

где Si0 – средняя по глубине начальная концентрация вещества

i A,Z,DNH,DNO,DP,NH,NO,P,XO= , мг/л∙м.

ИтогиВ результате работы была сформулирована

математическая модель, которая описывает процессы химического и биологического обмена между веществами и живыми организмами водного объекта, с учетом влияния внешних факторов.

Результаты исследования могут найти применение в задачах оптимизации сбросов загрязняющих веществ с предприятий, оптимизации объемов химических реагентов на очистных сооружениях для уменьшения объема эвтрофикации водного объекта, а также для решения аналогичных диффузионных задач в других областях естествознания.

Исследование проведено при поддержке Министерства образования и науки РФ и Германской службы академических обменов, проект 3704.

Список литературы1. Астраханцев Г.П., Меншуткин В.В., Петрова Н.А., Руховец Л.А.

Моделирование экосистем больших стратифицированных озер. – СПб: Наука, 2003. – 363 с.

2. Йоргенсен С.Э. Управление озёрными системами: Пер. с англ. – Москва: Агропромиздат, 1985. – 160 с.

3. Фурсова П.В., Левич А.П. Математическое моделирование в экологии сообществ. Обзор литературы. Проблемы окружаю-щей среды (обзорная информация ВИНИТИ). 9, 2002.

69

осаждение

из газовой фазы

электронно-

пучковая плазма

спектрофотометрия

ИК Фурье-

спектроскопия

субоксид кремния

тонкие пленки

В данной работе тонкие пленки аморфного гидрогенизированного субоксида кремния (a-SiOx:H) были получены методом газоструй-ного химического осаждения с активацией электронно-пучковой плазмой при темпе-ратуре подложке 260°C. Было исследовано влияние соотношения расходов аргона [Ar] и моносилана [SiH4] в смеси рабочих газов,

R = [Ar]

[SiH ]4, на структурные и оптические

свойства пленок. При помощи метода ИК Фурье-спектроскопии было определено со-держание связанных водорода и кислорода в пленках. Содержание водорода в пленках составило около 5 ат.%, содержание кис-

лорода – 11–41 ат.%. с увеличением содер-жания кислорода в пленках с 11 до 41 ат.% значение оптической ширины щели суще-ственно возрастает с 1,77 до 2.10 эВ, значе-ние показателя преломления на длине вол-ны 670 нм уменьшается с 2,85 до 1,7.

1Новосибирский государственный университет, Россия

2Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK5-Photovoltaik), Forschungszentrum Jülich GmbH, Jülich, Germany

3Институт теплофизики им. С.С.

Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия

структурные и оптические свойства тонких пленок a-sIox:h, синтезированных МетодоМ газоструйного хиМического осаждения

с активацией электронно-пучковой плазМой

А.О. Замчий1,2, Е.А. Баранов3,

С.Я. Хмель3

70

ВведениеВ настоящее время перспективным подходом

в направлении решения проблемы изготовления дешевых преобразователей солнечной энергии, остается разработка технологии тонкопленочных солнечных элементов (СЭ) на основе аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si:H) [1], учитывая тот факт, что по материалоемкости тонкопленочный СЭ лучше в 400 – 1000 раз подложечного СЭ. Однако стоит отметить, что общий уровень эффективности тонкопленочных солнечных модулей на основе аморфного гидрогенизированного кремния составляет 6–12%, что значительно ниже эффективности подложечных СЭ, которая составляет 13–20% [2, 3].

Одним из способов повышения КПД тонкопленочных СЭ является создание многослойных структур из двух и более СЭ с различной шириной запрещенной зоны, так называемых многопереходных (каскадных) СЭ. Каскадный СЭ создается с целью использования всего спектра солнечного излучения. В этом случае верхний фотоэлемент (с наибольшей оптической шириной щели) может быть создан на основе одного из сплавов a-Si:H, аморфного гидрогенизированного субоксида кремния (a-SiOx:H). Оптическая ширина щели a-SiOx:H больше, нежели у аморфного гидрогенизированного кремния, классического материала тонкопленочной фотовольтаики, более того, она легко варьируется за счет изменения содержания кислорода в пленке, что позволяет точно подобрать ее оптимальное значение. Поэтому СЭ на основе a-SiOx:H эффективно используют в коротковолновой области спектра солнечного излучения. Расчеты показывают, что максимальная величина КПД для тройного СЭ на основе полупроводников с шириной оптической щели 2,1, 1,7 и 1,25 эВ – 33% [4].

В рамках работы проведены исследования оптических

А.О. Замчий, Е.А. Баранов, С.Я. Хмель

71

Структурные и оптические свойства тонких пленок a-SiOx:H...

и структурных свойств тонких пленок a-SiOx:H, полученных методом газоструйного химического осаждения с активацией электронно-пучковой плазмой, при различном разбавлении моносилана (SiH4) аргоном (Ar).

Результаты экспериментовПленки a-SiOx:H были синтезированы методом

газоструйного химического осаждения с активацией электронно-пучковой плазмой [5] из смеси моносилана с аргоном (5% SiH4 + 95% Ar) с расходом 89 н.см3/мин при добавлении аргона, расход которого составлял 0, 93, 186, 278, 371 н.см3/мин. Таким образом, соотношение расходов аргона [Ar] и моносилана

[SiH4] в смеси рабочих газов R = [Ar]

[SiH ]4 составляло 19, 40, 61, 82

и 102, соответственно. Расход кислорода составил 6 н.см3/мин. Подложка в процессе синтеза нагревалась и имела температуру 260°C. В качестве подложек для синтеза пленок a SiOx:H использовались пластины монокристаллического кремния, а также боросиликатное стекло Corning Eagle XG.

ИК спектры пленок были записаны с помощью ИК Фурье-спектрометра Bruker IFS 113v с вакуумной откачкой. Регистрация сигнала осуществлялась в конфигурации на пропускание в спектральном диапазоне 400–4000 см-1 с разрешением 2 см-1. Используя спектральный коэффициент пропускания пленок, и учитывая их толщины, из выражения был определен спектральный коэффициент поглощения, далее – концентрации связанного водорода и кислорода в пленках [6]. Содержание связанного водорода в пленках с ростом расхода аргона практически не изменяется (около 5 ат.%), так как определяющим его концентрацию параметром синтеза, по-видимому, является температура подложки, и составило. Концентрация связанного кислорода в пленках при увеличении


72

расхода аргона снижается с 41 до 11 ат.%, что объясняется снижением количества кислорода, поступающего область активации струи, а также в область подложки, соответствующей оси струи, в связи с ростом плотности молекул в скачках уплотнения свободной сверхзвуковой струи реагентов.

Оптические свойства и толщины синтезированных на стеклянных подложках пленок были получены при помощи метода огибающих [7] и программного кода PUMA [8] на основе спектральных коэффициентов пропускания, записанных в интервале 300 – 1000 нм при помощи спектрофотометра Perkin Elmer LAMBDA 950.

На рис. 1 представлены зависимости оптической ширины щели и показателя преломления на длине волны 670 нм пленок a-SiOx:H от соотношения расходов аргона и моносилана. Увеличение показателя преломления (с 1,7 до 2,85) на фиксированной длине волны 670 нм с ростом параметра R вызвано уменьшением содержания кислорода в пленке, замещением сильных Si-O связей более слабыми связями Si-Si.

Значение оптической ширины щели в синтезированных пленках варьируется, главным образом, за счет изменения содержания связанного кислорода в них, так как количество связанного водорода в материале остается практически неизменным. При увеличении концентрации кислорода в пленках происходит изменения в зонной структуре материала, край валентной зоны сдвигается вниз, также происходит подъем края зоны проводимости, что в свою очередь приводит к увеличению значения оптической ширины щели с 1,77 до 2,10 эВ (рис. 1).

73


Рис. 1. Зависимости оптической ширины щели и показателя преломления

на длине волны 670 нм пленок a-SiOx:H от соотношения расходов аргона

и моносилана.

Оба метода (использование программного кода PUMA, метод огибающих) были также использованы для определения толщин и, соответственно, скоростей роста пленок. На рис. 2 показана зависимость скорости роста пленок a-SiOx:H от параметра R. Увеличение расхода аргона в смеси реагентов ведет к увеличению концентрации быстрых вторичных электронов, возрастанию скорости диссоциации молекул моносилана и скорости роста пленок до значения 2 нм/с. В дальнейшем, при увеличении расхода аргона, рассеяние электронного пучка становится таким большим, что скорость роста выходит на насыщение и падает до значения 1,8 нм/с. Значения, полученные различными методами, хорошо согласуются между собой.


74

Рис. 2. Зависимость скорости роста пленок a-SiOx:H от соотношения расхо-

дов аргона и моносилана.

ЗаключениеПленки a-SiOx:H были получены методом газоструйного

химического осаждения с активацией электронно-пучковой плазмой с высокими скоростями роста (до 2 нм/с) при низких температурах (260°C). При помощи метода ИК Фурье-спектроскопии был определен состав материала, содержание связанных водорода и кислорода в пленках. Содержание водорода в пленках составило около 5 ат.%, содержание кислорода – 11– 41 ат.%. С увеличением содержания кислорода в пленках с 11 до 41 ат.% значение оптической ширины щели существенно возрастает с 1,77 до 2.10 эВ, значение показателя преломления на длине волны 670 нм уменьшается с 2,85 до 1,7.


Список литературы 1. Shah A. hin-ilm silicon solar cells // EPFL Press, 2010. – 430 p.

2. Report – Technology Roadmap. Solar photovoltaic energy International Energy Agency, 2010. http://www.iea.org/

3. Green M.A. Solar cell eiciency tables (version 37) / M.A. Green, K. Emery, Y. Yishikawa, W. Warta // Prog. Photovolt: Res. Appl. – 2011. – Vol. 19. – P. 84 – 92.

4. Афанасьев В.П. Тонкопленочные солнечные элементы на основе кремния / В.П. Афанасьев, Е.И. Теруков, А.А. Шерченков // 2-е изд. – СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011. – 168 с.

5. Baranov E.A. Synthesis of Amorphous Silicon Films With High Growth Rate by Gas-Jet Electron Beam Plasma Chemical Vapor Deposition Method / E.A. Baranov, S.Y. Khmel, A.O. Zamchiy // IEEE T. Plasma Sci. – 2014. – Vol. 42, 10. – P. 2794–2795.

6. Zacharias M. Physical properties of a-SiOx:H alloys prepared by dc magnetron sputtering with water vapour as oxygen source / M. Zacharias, T. Driisedau, A. Panckow, H. Freistedt, B. Gark // J. Non-Cryst. Solids. – 1994. – Vol. 169. – P. 29–36.

7. Swanepoel R. Determination of the thickness and optical constants of amorphous silicon / R. Swanepoel // J. Phps. E: Sci. Instrum. – 1983. – Vol. 16. – P. 1214–1222.

8. Mulato M. Determination of thickness and optical constants of amorphous silicon ilms from transmittance data / M. Mulato, I. Chambouleyron, E.G. Birgin, J.M. Martínez // Appl. Phys. Lett. – 2000. – Vol. 77. – P. 2133–2135.

76

Lactobacillus

глутамин-

синтетаза

азотный

метаболизм

регуляция

взаимодействие

белков

В геноме L.plantarum идентифицирован ген glnA, кодирующий фермент глутаминсинтетазу. Фер-мент имеет 81% гомологии с глутаминсинтетазой B.subtilis 168 и до 70% гомологии с ферментами других лактобацилл. В клетках L.plantarum 8PA3, при росте в условиях азотного голодания иден-тифицируется глутаминсинтетическая актив-ность на уровне, сравнимом с клетками бацилл. Вместе с данными иммуноблота, это позволяет утверждать о функциональной активности дан-ного фермента в клетках L.plantarum. После-довательности генов glnA и glnR клонированы с получением плазмид pET153 и pASK51, полу-чены препаративные количества рекомбинант-ной глутаминсинтетазы и фактора транскрипции GlnR L.plantarum. Методом pull down не удалось установить взаимодействие in vitro глутаминсин-тетазы и фактора транскрипции GlnR L.plantarum. Дальнейшее варьирование условий реакции, та-кое как внесение АТФ, глутамина, глутамата, ио-нов марганца не привело к взаимодействию фер-мента и фактора транскрипции. Также не удалось установить белков партнеров белка GlnR мето-дом pull down анализа с клеточным экстрактом бактерий. Веростно, молекулярные механизмы регуляции активности данного регуляторного белка отличаются от белка-гомолога в клетках бацилл.

А.Р. Каюмов, Д.Э. Журавлева

глутаМинсинтетаза из LACTOBACILLUS PLANTARUM: регуляторная роль или ассиМиляция аММония?

Казанский федеральный университет

Eberhard-Karls Universität Tübingen

77

ВведениеБактерии рода Lactobacillus широко распространены

в природе. Они встречаются в условиях избытка углеводов, на растительных субстратах и занимают различные ниши в организме человека. Так же они широко используются в деятельности человека: в пищевой промышленности, в качестве пробиотиков, запасании кормов для скота и проч.

Многие аспекты метаболизма этих бактерий, в том числе азотный метаболизм, остаются неисследованными по причине высоких требований к среде культивирования. у ближайших родственных бактерий – у Bacillus subtilis азотный метаболизм хорошо исследован. Показано что в нем принимают участие факторы транскрипции TnrA и GlnR и фермент глутаминсинтетаза [1]. у лактобацилл же, в свою очередь, в геноме присутствует только GlnR и глутаминсинтетаза. Проведенный нами анализ генома L.plantarum 8PA3 показал, что ген фактора транскрипции glnR и ген глутаминсинтетазы glnA объединены в оперон glnRA, нуклеотидная последовательность которого имеет 76% идентичности c glnRA B.subtilis 168. При этом глутаминсинтетаза L.plantarum 8PA3 имеет 81% гомологии с этим ферментом B.subtilis 168, поэтому мы считаем, что многие закономерности регуляции и функционирования данных у L.plantarum и B.subtilis могут быть сходны.

Целью работы явилось установить физиологическую роль глутаминсинтетазы в регуляции азотного обмена молочнокислых бактерий Lactobacillus plantarum.

РезультатыУ бактерий L.plantarum глутаминсинтетаза имеет 81%

гомологии с ферментом родственных бактерий – B.subtilis 168, поэтому можно предположить, что многие закономерности регулирования и функционирования данных у L.plantarum

Глутаминсинтетаза из Lactobacillus plantarum...

78


и B.subtilis будут сопоставимы. Также установлена высокая гомология аминокислотных последовательностей данных ферментов у B.subtilis 168 и различных Lactobacillus.

Для определения активности глутаминсинтетазы клетки штаммов L.plantarum 8PA3 и B.subtilis 168 культивировали на модифицированных средах MRS [2] и BM [3] соответственно в условиях дефицита легкодоступного азота (без внесения дрожжевого экстракта и триптона и с двойным превышением количества внесенной глюкозы) в течение четырех дней. Образцы клеток для анализа отбирали каждые 24 часа и определяли в них активность глутаминсинтетазы [4,5].

Рис. 1. Активность глутаминсинтетазы

в клетках B.subtilis 168 и L.plantarum 8PA3

Результаты показали наличие биосинтетической активности GS в клетках L.plantarum 8PA3 на уровне, сравнимом с клетками бацилл (рис. 1), в которых глутаминсинтетаза ведет активный синтез глутамина при азотном голодании.

Так как глутаминсинтетаза L.plantarum 8PA3 имеет 81% гомологии с глутаминсинтетазой B.subtilis 168, мы

79


решили попробовать идентифицировать ее с помощью иммуноблоттинга. Клетки штаммов L.plantarum 8PA3 и B.subtilis 168, выращенные в течение четырех дней в условиях дефицита легкодоступного азота, отделяли от культуральной жидкости центрифугированием, готовили клеточный экстракт и проводили Western blott [6]. Для проявления фермента использовали антитела, полученные к глутаминсинтетазе B.subtilis [6].

Анализ показал наличие бэндов с достаточно слабым сигналом на 48 и 72 часы роста L.plantarum 8PA3, тогда как в клетках B.subtilis 168 белок идентифицировался (рис. 2).

Рис. 2. Идентификация глутаминсинтетазы в клетках L.plantarum 8РА3 c

помощью иммуноблоттинга с антителами против глутаминсинтетазы

B.subtilis 168, к – очищенная глутаминсинтетаза B.subtilis 168

Возможно, эпитоп GS распознавания антителами имеет низкую гомологию у этих двух бактерий и поэтому сигнал слабый в случае L.plantarum 8PA3. Тем не мение, наличие высокой глутаминсинтетазной активности в клетках лактобацилл позволяет утверждать о функциональной активности данного фермента в клетках L.plantarum.

Далее гены glnA и glnR, кодирующие соответственно глутаминсинтетазу и фактор транскрипции, клонировали с получением плазмид pET153 и pASK51 соответственно, обеспечивающих гиперпродукцию белков в клетках E.coli. Очистку рекомбинантного белка LpGlnR проводили на Ni-NTA

Час

ы

кул

ьти

виро

ван

ия

80


сефарозе как ранее для глутаминсинтетазы B.subtilis [5], белка LpGS проводили на Streptactin сефарозе как описано в [6].

Бeлoк GlnR B.subtilis способен образовывать комплекс с глутaминсинтетазой только в уcлoвиях избытка азoта и в присутствии ДНК мишени, за счет С-концевого участка,

Рис. 3. Pull Down анализ

взаимодействия белка GlnR

и глутаминсинтетазы из L.

plantarum на аффинной Ni-

NTA колонке: 1 – исходный

бeлoк LpGlnR, 2 – исходный

бeлoк LpGS, 3- LpGlnR+ LpGS

1 2 3подавляя его активность [3]. Чтобы проверить возможность взаимодействия белка GlnR и глутаминсинтетазы из L.plantarum, проводили Pull Down анализ на Strep-tactin сефарозе в присутсвтии 10 мМ глутамина и промоторной области оперона glnRA. Смешивали очищенный белок LpGlnR с глутаминсинтетазой, инкубировали 30 минут при комнатной температуре. Затем пробы наносили на колонки, промывали и элюировали. Элюат собирали фракциями объемом по 1 мл и анализировали с помощью элeктрoфoрeза в SDS-ПААГ (рис. 3).

Как показали результаты анализа, все белковые бэнды в опытной пробе соответствовали белковым полосам, полученным в контрольных пробах. В пробе, представляющей смесь белка GlnR и глутаминсинтетазы, не идентифицировался белок GlnR. Дальнейшее варьирование условий реакции, такое как внесение

81


АТФ, глутамина, глутамата, ионов марганца не привело к взаимодействию фермента и фактора транскрипции. Следовательно, можно ожидать что в данных уcлoвиях глутаминсинтетаза и бeлoк GlnR из L.plantarum не способны взаимодействовать. с другой стороны, это может быть связано с высокой ионной силой растворов, используемых для очистки белков на Ni-NTA сефарозе, что может препятствовать образованию стабильных белковых комплексов.

Чтобы попробовать идентифицировать возможные белки партнеры белка GlnR из L.plantarum, проводили Pull Down анализ на Ni-NTA сефарозе. к подготовленному клеточному экстракту клеток L.plantarum добавили очищенный белок GlnR, инкубировали 30 минут при комнатной температуре. Затем пробы наносили на колонки, промывали и элюировали. Элюат собирали фракциями объемом по 1 мл и анализировали (рис. 4).

1 2 3

Рис. 4. Pull Down анализ белка LpGlnR

на аффинной Ni-NTA колонке: 1 – кле-

точный экстракт, 2 – исходный бeлoк

LpGlnR, 3 – фракция элюции

Как показали результаты анализа, все идентифицированные бел-ковые бэнды в опытной пробе соответствовали неспецифическим белко-вым полосам, полученным в контрольных пробах. Следовательно, можно ожидать что в данных уcлoвиях бeлoк GlnR из L.plantarum не спосо-бен взаимодействовать с каким-либо белком. Также в ходе очистки белка LpGlnR из клеток E.coli нами идентифицировалась


белковая полоса молекулярной массой около 50 кДа, что соот-ветствует массе глутaминсинтетазы. Можно предположить, что вместе с белком GlnR коэлюировалась глутaминсинтетаза E.coli, которая снижала эффективность образования стабиль-ных белковых комплексов фактора GlnR с собственными белками-партнерами.

Список литературы1. Wray, L. V. TnrA, a transcription factor required for global nitrogen

regulation in Bacillus subtilis [Text] / L.V. Wray, A. E. Ferson, K. Rohrer, S.H. Fisher // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1996. – V. 93. – P. 8841–8845.

2. De Man, J. C. a medium for the cultivation of Lactobacilli [Text] / J. C. De Man, M. Rogosa, M. Elisabeth Sharpe // J. Appl. Microbiol. –1960. – V.23. – Р. 130–135.

3. Kayumov, A.R. Inhibition of bioilm formation in Bacillus subtilis by new halogenated furanones [Text] / A.R. Kayumov, E. Khakimullina, I.Sharafutdinov, E. Trizna, L. Latypova, hi Lien, A. Margulis, M. Bogachev, A. Kurbangalieva. // J. Antibiotics. – 2014. – V. 68, 5. – Р. 297–301.

4. Федорова, К.П. Влияние белков AmtB, GlnK и глутаминсинтетазы на активность фактора транскрипции TnrA в клетках Bacillus subtilis [Text] / К.П. Федорова, Н.В. Тарасов, А.В. Халитова, О.Н. Ильинская, Б.И. Барабанщиков, А.Р. Каюмов // Цитология. – 2012, – Т.54, 12. – С. 898– 901.

5. Fedorova, K. Transcription factor TnrA inhibits the biosynthetic activity of glutamine synthetase in Bacillus subtilis [Text] / K. Fedorova, A. Kayumov, K. Woyda, O. Ilinskaja, K. Forchhammer // FEBS Letters. – 2013. – P. 1293–1298.

6. Kayumov, A. Interaction of the general transcription factor TnrA with the PII-like protein GlnK and glutamine synthetase in Bacillus subtilis [Text] / A. Kayumov, A. Heinrich, K. Fedorova, O. Ilinskaya, K. Forchhammer // FEBS Journal – 2011. – V. 278. – P. 1779–1789.

83

sapphire crystals growth

defects

simulation

The paper presents a model that allows

investigating of temperature distribution

in crystal-melt-powder system at various

sapphire growth stages with temperature

dependent properties for defects

diagnostics.

1Southern Federal University, Russia, Institute

of Nanotechnology, Electronics and Electronic

Equipment Engineering,

2Gottfried Wilhelm Leibniz University Hannover,

Germany,

Institute of Mechanics and Computational

Mechanics

Yu.V. Klunnikova1, S.P. Malyukov1,

U. Nackenhorst2

sImulatIon of Defects formatIon at varIous stages of sapphIre crystal groWth

Yu.V. Klunnikova, S.P. Malyukov, U. Nackenhorst

84

IntroductionIncreasing the size sapphire crystals with improved structural

characteristics became a priority of modern science and technology. he quality of sapphire crystals is deined by the orientation, density and the nature of dot defects distribution, as well as density of single dislocations, extension of block borders and their disorientation, the value of mechanical stresses, chemical purity and impurity heterogeneity [1].

ResultsTemperature gradients cause thermo-elastic stresses during

sapphire growth. in order to properly predict defects it is necessary to calculate the temperature distribution in sapphire crystals growth chamber by the horizontal directed crystallization method. Finding the temperature distribution in crystal-melt-crystal powder system requires solving heat conductivity equations [2].

As long as the container movement is quite slow, we can conclude that sapphire crystal growth is in quasi steady state and the temperature distribution can be found by the following equation [2]

div T gradT x y zi i

( ( ) ( , , )) ,λ = 0 (1)

where λi is the thermal conductivity coeicient ( i =1 2 3, , refer to the

crystal, melt and crystal powder respectively); Ti is the temperature

in crystal, melt and powder.

he boundary conditions for equation (1), that relects continuity of thermal ields and luxes on boundaries of crystal-melt and melt-powder environments section, can be found from the following equations:

λ λ1

12

2( )( , )

( )( , , )

TT x y z

xT

T x y z

xT T

∂

∂=

∂

∂, (2)

Simulation of Defects Formation at Various Stages of Sapphire Crystal Growth

85

λ λ2

23

3( )( , , )

( )( , , )

TT x x y z

xT

T x x y z

xT T

∂ + ∆

∂=

∂ + ∆

∂, (3)

q q q T Ts s s hot1 2 3

4 4= = = −σβ ( ), (4)

where σ is the Stefan-Boltzmann constant; β is the radiation coeicient; Thot is the heat temperature distribution function.

Taking into account the dependence of the sapphire temperature on thermal conductivity as the power function approximation, we improve the model of the temperature distribution during sapphire crystals growth. hermal conductivity dependency from temperature is presented in Figure 1.

Fig. 1. Approximation of thermal conductivity dependence from temperature

Yu.V. Klunnikova, S.P. Malyukov, U. Nackenhorst

he temperature ields in the crystal and in a vertical cut through the crystal are shown in Figure 2, a-b. his result is used for simulation defects distribution such as stresses and cracks at various stages of sapphire crystals growth.

a

b

Fig. 2. Temperature distribution in crystal-liquid-powder system

We developed a model that allows the computation of the temperature distribution in crystal-melt-crystal powder system at various growth stages, where temperature dependent properties are considered. his model can be used for study of crystal temperature gradient inluence on location and crystallization front form. he developed numerical model allows studying the inluence of thermal and physical properties of materials on sapphire crystallization.

References1. Dobrovinskaya E.R., Lytvynov L.A., Pishchik V. Sapphire: Material

Manufacturing, Applications // Springer Science, 2009. – 362 p.

2. Malyukov S.P., Klunnikova Yu. V. Physical and Technological Fundamentals of Sapphire Production for Electronics. – USA, Nova Science Publishers, 2013. – 271 p.

87

эффект затравки

мёртвый

зоопланктон

трудноразлагаемое


вещество

легкоразлагаемое


вещество

гуминовые

вещества

Проведён эксперимент по обнаруже-нию гипотетического эффекта затравки в водных экосистемах, оказываемого мёртвым зоопланктоном. Считается, что легкоразлагаемое органическое веще-ство (ЛОВ) природных вод даёт энергию микроорганизмам, облегчая деграда-цию трудноразлагаемого органического вещества (ТОВ). В данном эксперименте источником ЛОВ выступали трупы рако-образных Daphnia magna, а в качестве ТОВ использовалось гуминовое веще-ство озера Гроссе Фукскуле. В результате на основании измерения концентрации и фракций растворённого органическо-го углерода, прямого подтверждения наличия эффекта затравки в данной экс-периментальной системе обнаружено не было. Тем не менее, в системах с до-бавлением гуминовых веществ обнару-живалась повышенная микробная ак-тивность по сравнению с аналогичными системами без ТОВ.

1Сибирский федеральный университет

2Leibniz-Institut für Gewässerökologie und

Binnenischerei

О.В. Колмакова1,2, Г.-П. Гроссарт2

эффект затравки, оказываеМый МёртвыМ зоопланктоноМ на процесс деградации трудноразлагаеМого органического вещества

88

О.В. Колмакова, Г.-П. Гроссарт

ВведениеОдним из важнейших глобальных экологических

процессов, как известно, является круговорот углерода, который оказывает влияние на климат нашей планеты [1]. Считается, что значительная часть органического углерода почв в конечном итоге стекает в водные экосистемы и захоранивается в донных отложениях [2]. Однако в донных отложениях обнаруживается лишь около 50% от стока терригенного углерода, то есть, его значительная часть должна окисляться в толще воды. Большая часть терригенного (аллохтонного) органического углерода поступает в водные экосистемы в виде трудноокисляемого органического вещества (ТОВ), которое в чистом виде очень медленно потребляется водными микроорганизмами [2]. Каким же образом осуществляется окисление ТОВ?

Согласно одной из новейших гипотез, активизация процесса разложения ТОВ в воде происходит за счёт автохтонного легкоокисляемого органического вещества (ЛОВ), которое тем самым производит «эффект затравки», то есть даёт энергию бактериям и грибам для синтеза внеклеточных ферментов, участвующих в разложении ТОВ [2]. Недавно появился ряд работ по изучению эффекта затравки в водных экосистемах [3-10]. Пул ЛОВ в водных экосистемах может возникать за счёт прижизненных и посмертных выделений планктонных организмов. Отмершие организмы зоопланктона, которые раньше не принимали во внимание, являются «горячими точками» наивысшей активности пелагических микроорганизмов (бактериопланктона), потребляющих как ЛОВ, так и ТОВ, в том числе – аллохтонного происхождения [11]. Основная задача данного исследования – экспериментальное изучение «эффекта затравки», т.е., предполагаемой стимулирующей роли ЛОВ, поступающего из мертвого зоопланктона, в разложении ТОВ (на примере

89

Эффект затравки, оказываемый мёртвым зоопланктоном...

гуминовых веществ) в пелагиали.

Постановка эксперимента и результатыЕстественное микробное сообщество и гуминовые

вещества получали из воды озера Гроссе Фукскуле. Культуру Daphnia magna кормили водорослями Scenedesmus quadricauda, культивируемыми в среде, содержащей углерод-13, непосредственно перед началом эксперимента дафнии умерщвлялись. Эксперимент проводили в течение 15 дней в системах четырёх типов: 1) ТОВ+ЛОВ – системы с добавлением гуминовых веществ и мёртвых дафний; 2) ТОВ – системы, содержащие только гуминовые вещества; 3) ЛОВ – содержащие только дафний; 4) контроль – без добавления источников органического вещества.

После завершения эксперимента концентрация ДНК и численность бактерий была наибольшей в системах с добавлением обоих типов источников углерода (ТОВ+ЛОВ). Несколько меньше было ДНК и бактерий в системах с добавлением ЛОВ, и значительно меньше – в системах ТОВ. Концентрация 13CO2 в несколько раз повысилась в системах с мёртвыми дафниями по сравнению с исходной точкой и конечными точками систем без дафний. Концентрация 12СO2 в конечной точке ТОВ выше, чем в контроле, что свидетельствует о повышенной микробной активности. Аналогично, в системах ТОВ+ЛОВ концентрация 12СO2 выше, чем в системе ЛОВ. Только в системах ТОВ произошло снижение концентрации фосфатов. Таким образом, данные свидетельствуют о повышенной метаболической активности микробного сообщества в системах с добавками гуминовых кислот по сравнению с аналогичными системами без них.

Концентрация растворённого и общего органического углерода в системах ТОВ и ТОВ+ЛОВ не отличается

90


от исходной точки (рис. 1). То есть, разложения гуминовых веществ в ходе эксперимента не происходило. По фракциям растворённого органического углерода, проанализированным с помощью жидкостной хроматографии (LC-OCD) и по данным спектрофотометрического анализа значительных различий между системами также не обнаружено.

Рис. 1. Концентрация растворённого и общего органического углерода

в экспериментальных системах, измеренная с помощью анализатора TOC-

VCPH (Shimadzu, Германия). Условные обозначения: ТОВ – системы с до-

бавлением гуминовых веществ, ЛОВ – системы с добавлением мёртвых

дафний, ТОВ+ЛОВ – системы с добавлением гуминовых веществ и мёрт-

вых дафний, контроль – системы без источников органического вещества.

ИтогиНа основании данных по концентрации растворённого

органического углерода и составу фракций растворённого органического углерода, прямых свидетельств «эффекта затравки» не обнаружено. ТОВ не потреблялось микробным сообществом ни в одной из экспериментальных систем. Тем

91


не менее, наличие гуминовых веществ повышает активность микробного сообщества, о чём свидетельствуют данные о повышенной концентрации ДНК, фосфатов и углекислого газа в системах с добавками гуминовых веществ по сравнению с системами без них.

В последнее время появились работы, посвящённые экспериментам по выявлению «эффекта затравки» в водных экосистемах. Тестировались различные типы (моря, озёра, реки) и компоненты (толща воды, донные отложения, гипорейная зона) водных экосистем, различные источники ЛОВ (углеводы, экстракты водорослей) и ТОВ (ткани наземных растений, лигноцеллюлоза, гуминовые вещества). Часть авторов обнаруживала свидетельства существования «эффекта затравки» [3, 5, 7, 8, 12], в других исследованиях такого эффекта обнаружено не было [6, 9, 10], или даже проявлялся «отрицательный эффект затравки» [4], когда ТОВ деградирует ещё медленнее в присутствии источника ЛОВ. Мы планируем поставить повторный эксперимент с добавлением источника меченого углеродом-13 ТОВ, чтобы проследить его деградацию по концентрации выделяемого 13CO2, так как измерение концентрации органического углерода может быть недостаточно чувствительным методом для обнаружения эффекта. Продолжение этой работы будет частью исследования в рамках сотрудничества российских и немецких учёных, направленного на изучение смертности зоопланктона в озерных экосистемах и его вклад в глобальные потоки углерода. Результаты работы будут соотнесены с данными других исследований для того, чтобы оценить вклад мертвого зоопланктона в цикл углерода в водных экосистемах.

Список литературы 1. Ward N.D., Keil R.G., Medeiros P.M., Brito D.C., Cunha A.C., Dittmar

92

T., Yager P.L., Krusche A.V., Richey J.E. Degradation of terrestrially derived macromolecules in the Amazon River. Nature Geoscience. – 2013. – V. 6. – P. 530–533.

2. Guenet B., Danger M., Abbadie L., Lacroix G. Priming efect: bridging the gap between terrestrial and aquatic ecology. Ecology. – 2010. – V. 91. – P. 2850–2861.

3. van Nugteren P., Moodley L., Brummer G.-J., Heip C.H.R., Herman P.M.J., Middelburg J.J. Sealoor ecosystem functioning: the importance of organic matter priming. Marine Biology. – 2009. – V. 156. – I. 11. – P. 2277–2287.

4. Gontikaki E., hornton B., Huvenne V.A. I., Witte U. Negative priming efect on organic matter mineralisation in NE Atlantic slope sediments. PLOS ONE. – 2013. – V. 8. – I. 6. – e67722. – DOI: 10.1371/journal.pone.0067722.

5. Guenet B., Danger M., Harrault L., Allard B., Jauset-Alcala M., Bardoux G., Benest D., Abbadie L., Lacroix G. Fast mineralization of land-born C in inland waters: irst experimental evidences of aquatic priming efect. Hydrobiologia. – 2013. – V. 721. – P. 35–44.

6. Bengtsson M, Wagner K., Burns N.R., Herberg E.R., Wanek W., Kaplan L.A., Battin T.J. No evidence of aquatic priming efects in hyporheic zone microcosms. Scientiic Reports. – 2014. – V. 4. – P. 5187.

7. Hotchkiss E.R., Hall R.O., Baker M.A., Rosi-Marshall E.J., Tank J.L. Modeling priming efects on microbial consumption of dissolved organic carbon in rivers. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. – 2014. – V. 119. – P. 982–995. – DOI:10.1002/2013JG002599.

8. Bianchi, T.S., hornton D.C.O., Yvon-Lewis S.A., King G.M., Eglinton T.I., Shields M.R., Ward N.D., Curtis J. Positive priming of terrestrially derived dissolved organic matter in a freshwater



microcosm system. Geophysical Research Letters. – 2015. – V. 42. – P. 5460–5467.

9. Catalán N., Kellerman A.M., Peter H., Carmona F., Tranvik L.J. Absence of a priming efect on dissolved organic carbon degradation in lake water. Limnology & Oceanography. – 2015. – V. 60. – P. 159–168.

10. Dorado-García I., Syväranta J., Devlin S.P., Medina-Sánchez J.M., Jones R.I. Experimental assessment of a possible microbial priming efect in a humic boreal lake. Aquatic Sciences. – 2016. – V. 78. – I. 1. – P. 191-202.

11. Tang K.W., Hutalle K.M.L., Grossart H.-P. Microbial abundance, composition and enzymatic activity during decomposition of copepod carcasses. Aquatic Microbial Ecology. – 2006. – V. 45. – P. 219–227.

12. Gontikaki E., hornton B., Cornulier T., Witte U. Occurrence of priming in the degradation of lignocellulose in marine sediments. PLoS ONE. – 2015. – V. 10. – I. 12. – e0143917. – DOI: 10.1371/journal.pone.0143917.

94

optical vortex

optical waveguide

Fabry-Perot ilter

We demonstrate an on-chip device capable

of wavelength-selective generation

of vortex beams, which is realized by

a spiral phase plate integrated onto

a microelectromechanical system (MEMS)

tunable ilter. This vortex MEMS ilter, being

capable of functioning simultaneously

in both wavelength and orbital angular

momentum (OAM) domains at the

1550nm wavelength regime, is considered

as a compact, robust and cost-efective

solution for simultaneous OAM- and

wavelength-division multiplexed optical

communications. Also we experimentally

demonstrate for the irst time that planar

on-chip dielectric waveguides can support

propagation of vortex modes, carrying

OAM.

1Ufa State Aviation Technical University

2Institut für Mikrowellentechnik und Photonik,

Technische Universität Darmstadt

V.S. Lyubopytov1,2, S. Paul2,

A. Chipouline2, F. Küppers2

on-сhIp generatIon anD transmIssIon of optIcal vortIces


95

Introductionhe capacity of optical communication systems based on the

existing modulation and multiplexing techniques in the time and frequency domains tends to be restricted by the nonlinear Shannon limit. As a result, bandwidth of the optical communications proves to be insuicient to satisfy the increasing worldwide demand for data transfer in the nearest future. One of the possible ways to prevent foreseen “capacity crunch” is the utilization of orbital angular momentum (OAM) of light for data transmission [1] and quantum information [2]. Encoding information by distinct values of OAM of the transmitted optical waves, we obtain an extra independent degree of freedom.

Nowadays a number of applications involving the use of OAM of light for data transmission are under development. Several successful implementations of OAM-multiplexed optical iber transmission over relevant distances have been demonstrated [3, 4]. However, processes of generation, modulation and detection of optical vortices are provided in current systems by bulk optical devices. Hence, development of the compact integrated optical components, capable of on-chip generation, transmission and processing of optical vortices, is a next key step towards robust and energy- and cost-efective OAM-based information systems. in order to provide seamless involvement of such optical components into industrial applications, their fabrication process should be compatible with the existing lithography and micromachining techniques. Recently vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL) based direct vortex generation has been demonstrated [5], where a dielectric spiral phase plate (SPP) has been deposited on the aperture of a single-mode 860 nm device. However, for future communications based on the converged OAM and wavelength-division multiplexing devices capable of functioning simultaneously in both wavelength and OAM domains would be of key importance. Moreover, for

96

V.S. Lyubopytov, S. Paul, A. Chipouline, F. Küppers

vortex-based applications in telecommunications operation at 1550 nm is preferred.

Addressing the challenges mentioned above, two main directions have been investigated within this work: 1) Wavelength-selective vortex generation and demultiplexing by tunable on-chip devices. he proposed novel construction is based on the MEMS Fabry-Perot ilter, where the spiral phase mask is deposited at the emitting aperture [6, 7]. 2) Optical vortex propagation in planar on-chip waveguides. We have demonstrated for the irst time by simulation [8] and experimentally that planar waveguides with appropriate geometry can support propagation of optical vortices.

Results on experimental tests of vortex MEMS iltershe construction of developed wavelength-tunable vortex

MEMS ilter comprises a ixed bottom distributed Bragg-relector (DBR), a variable air-gap, a movable MEMS DBR and a SPP [8]. Ater fabricating the basic MEMS ilters, an ℓ-fold SPPs are printed on the aperture of MEMS DBR. SPPs have been designed and fabricated in the Institute of Nanotechnology, Karlsruhe Institute of Technology.

Figure 1(a) shows the experimental setup for testing the functionality of the proposed vortex MEMS-ilters. he device under test (DUT) is fed by a tunable external cavity laser (ECL), which allows scanning the wavelength range for the maximums of transmittance. Microscope objective MO1 collimates the iber output from ECL. Polarizer provides linear polarization of the beam at the input of the DUT, and the iber polarization controller (PC) installed at the output of ECL allows optimizing the state of polarization before the polarizer. Phase proile analysis of the beams transmitted through the DUT is implemented using a Mach-Zehnder interferometer, which allows capturing the fringe patterns between the beam transmitted through the DUT and the reference lat-wavefront beam. to reconstruct the phase distributions from fringe patterns, an approach with parallel


97

interference between the OAM beam and a reference beam is applied [9]. It implies capturing two fringe patterns for each phase proile measurement, one of which is obtained with the additional π/2 phase shit introduced by quarter wave plate (QWP) between the paths of interferometer. Beam splitter BS1 and mirrors M1, M2 prepare the reference beam parallel to the OAM beam, both are then combined by BS3 to obtain fringe patterns on the phosphor-coated IR CCD-camera. Microscope objective MO3 provides matching the beam waist with the output aperture of the MEMS mirror. in order to apply the phase front shaped by SPP to the beam transmitted through the ilter, its input beam is incident from the side of substrate. For preliminary alignment of the DUT with the input IR beam, the red light laser is used, which points the aperture of a deinite DUT on the upper side of the wafer. he beam from red light laser is previously aligned with the IR beam by means of mirrors M3, M4. Microscope objectives MO4 and MO5 provide magniication of the image to be captured by the camera. Tuning of the ilters is realized by controlling the substrate temperature with a thermoelectric cooler (TEC) element.

Fig. 1. Experimental

setup for generation,

detection and

characterization

of OAM modes.

98


Fig. 2. Measured phase

distributions for the main

mode of the vortex MEMS

ilters at diferent resonance

wavelengths.

Experimental measurements of the ilter resonance wavelength depending on the wafer temperature show almost linear dependence [7]. he MEMS-ilters provide a 3-dB bandwidth of 0.2 nm and a free spectral range of 136 nm. he transmittance of devices with the SPPs of diferent azimuthal orders and that of the simple MEMS-ilter without SPP have been measured over a continuous tuning range of 30 nm. to obtain correct power estimations, the nonlinearity of the camera response and the wavelength dependence of the camera output have been taken into account. For each device the transmittance luctuates to a small extent around some average value and does not demonstrate any signiicant decay over the whole measured range of wavelengths. However, the average transmittance of the vortex MEMS ilters is to some extent lower than that of the MEMS-ilter without SPP (for the ilter with SPP ℓp=1 this diference is 1.93 dB). his fact can be readily explained by the additional absorption and scattering of the light by the SPP itself.

Figure 2 shows the phase distributions of the main resonator mode recovered from the experimentally captured fringe patterns, where for each device three phase proiles corresponding to diferent wavelengths (lower, upper and center of the tuning range) are


99

represented. Figure 3 shows the normalized OAM spectra, obtained by expanding the experimental phase distributions (see Fig. 2) in terms of angular harmonics exp(iℓφ).

Fig. 3. Normalized power of OAM states in the generated vortex beams.

Two possible factors afecting the purity of the generated OAM states are: i) phase proile distortion due to output beam displacement, which is present for the whole range of resonant wavelengths, and ii) reduction of the eiciency of mode conversion from the Gaussian mode to the OAM modes as the resonance wavelength goes down from the designed SPP wavelength of 1550 nm. But the tunability band is relatively small compared to the central wavelength, and as a result the OAM state purity slightly degrades over the tested wavelength range about 30 nm. on the whole, as can be seen from Fig. 2, the output beams retain their vortical structure over the whole considered wavelength range, and even for the vortex MEMS-ilter of azimuthal order ℓp=3 the normalized power of OAM state ℓp=3 is not lower than 0.9233. We expect that devices with higher orders can also be fabricated, (as the resolution of laser-writing of polymer is suiciently high) and qualitatively should function the same way. However, the higher the OAM orders, the more precise fabrication of SPPs and ilters themselves is required.

Experimental results on vortex propagation in planar waveguideshe propagation of vortices, generated by SPP, has been

investigated in Ormosil-SiO2-air waveguides with the transverse dimensions 4.5×4.1 μm, calculated in order to provide a few-mode

100


operation at the phase distributions wavelengths (1530-1565 nm). Fig. 4 shows the obtained phase distributions in the beam at the output of tested waveguide of 2.2 mm length when the Gaussian beam and ℓ = 1 OAM beam are incident to the waveguide.

a b c d

Fig. 4. Phase proiles of quasi-TE mode when the Gaussian (a) and ℓ = 1 OAM

(b) beams are incident. Those for the quasi-TM mode (c), (d).

As the Fig. 4(b), (d) demonstrates, when the 1st order vortex beam is incident to the waveguide, well recognizable phase front vorticity is present at the waveguide output. at the same time, with the same incident beam alignment, phase front of output beam remains plane when Gaussian beam is incident. As theoretically predicted, this result holds for both quasi-TE and quasi-TM modes. Qualitatively the obtained results conirm that the vortex beam can propagate not only in circular optical waveguides, but also in planar waveguides, compatible with fabrication on photonic integrated circuits. As predicted by simulation, the designed waveguide construction ensures propagation of 1st order OAM mode, but does not support parasitic propagation of higher order eigenmodes. he phase fronts of vortex beams emanating from the waveguide have non-ideal form, caused by the imperfection of waveguide end facet. But these distortions of captured phase proiles reveal only the imperfect coupling of the waveguide modes to the free space beam, but not the distortion of vortex modes propagating inside the waveguide.


101

ConclusionsWe have demonstrated a wavelength-tunable MEMS Fabry-

Perot ilter with an integrated SPP to generate vortex beams. hree devices with OAM orders of ℓp=1, 2, and 3 have been investigated. We have achieved a continuous tuning range of more than 30 nm, where the designed SPPs work with >92% mode purity.

Also we have demonstrated for the irst time by simulations and experimentally that planar dielectric waveguides can support propagation of optical vortices, carrying OAM. Transverse ield distributions of nearly degenerate vortex modes and their propagation constants are numerically analyzed. Experimental results on ℓ=1 vortex mode propagation in planar polymer waveguide provide the proof-of-concept demonstration that OAM modes can be supported by the non-circular on-chip waveguides, capable of standard photolithography fabrication.

Development of on-chip components for optical vortex generation and transmission could pave the way to wide involvement of OAM-based techniques in photonic integrated circuits, providing the potential for large performance scalability and high power eiciency.

References1. A. E. Willner, H. Huang, Y. Yan, et al., “Optical communications

using orbital angular momentum beams,” Advances in Optics and Photonics 7, 66–106 (2015).

2. R. Fickler, R. Lapkiewicz, M. Huber, M. P. J. Lavery, M. J. Padgett, and A. Zeilinger, «Interface between path and OAM entanglement for high-dimensional photonic quantum information,» Nature Communications 5, 4502 (2014).

3. J. Carpenter, B.C. homsen, T.D. Wilkinson, «Optical vortex based Mode Division Multiplexing over graded-index multimode iber,»


OFC/NFOEC 2013, OSA Technical Digest, paper Oh4G.3 (2013).

4. N. Bozinovic, Y. Yue, Y. Ren, M. Tur, P. Kristensen, H. Huang, A.E. Willner, S. Ramachandran, «Terabit-Scale Orbital Angular Momentum Mode Division Multiplexing in Fibers,» Science 340(1545), 1545–1548 (2013).

5. H. Li, D. Phillips, X. Wang, Y. Ho, L. Chen, X. Zhou, J. Zhu, S. Yu, and X. Cai, “Orbital angular momentum vertical cavity surface-emitting lasers,” Optica 2(6), 547–552 (2015).

6. A. Chipouline, V. S. Lyubopytov, T. von Lerber, M. Lassas, S. Paul, M. F. Schumann, J. Cesar, M. Wegener, F. Küppers, “Applications of VCSELs in optical transmission lines and vortex generation,” in Laser Optics 2016, Saint-Petersburg (invited paper) (accepted for publication).

7. S. Paul, V. S. Lyubopytov, M. F. Schumann, J. Cesar, A. Chipouline, M. Wegener, and F. Küppers, “Wavelength-selective orbital-angular-momentum beam generation using MEMS tunable Fabry-Perot ilter,” Optics Letters (2016) (accepted for publication).

8. V. S. Lyubopytov, A. Kh. Sultanov, A. Chipouline, F. Küppers, “Simulation of optical vortex propagation in planar polymer waveguides,” in 15th International Conference “Problems of Technique and Technologies of Telecommunications PTTT-2015”, Ufa, Russia, 150–153 (2015).

9. H. Huang, Y. Ren, N. Ahmed, Y. Yan, Y. Yue, A. Bozovich, J.-Y. Yang, K. Birnbaum, J. Choi, B. Erkmen, S. Dolinar, M. Tur, and A. Willner, “Demonstration of OAM Mode Distortions Monitoring using Interference-Based Phase Reconstruction,” CLEO, OSA Technical Digest (online), paper CF3C.4 (2012).

103

monolayers

nanodimesional

coatings

layer-by-layer

assembly

photoassistance

Fabrication of nanodimensional coatings

is of interest for variety of applications

as microelectronics, optoelectronics,

medicine, etc. Layer-by-layer assembly is

a simple and powerful method for these

purposes as it allows fabrication of coatings

at standard conditions by dipping

substrates into solutions with appropriate

components. There are some factors which

afect deposition of layers. We suggested

new one to control deposition which also

allows fabrication of arranged structures.

I. V. Malyar1, S. Santer2

photocontrollable fabrIcatIon of nanoDImensIonal coatIngs by layer-by-layer assembly

104

I. V. Malyar, S. Santer

Introduction Nanotechnologies promote progress of many objects used as

an active element in devices or a component in complex system. For instance, they provide less channel length in transistors, which increases frequency of processors. in addition, decreasing of objects down to nanodimensional size allows production of new devices using quantum efects as quantum dot displays or capable to work inside living cells, including human.

Here, we consider fabrication of nanodimensional coatings. hese coatings can be used for various applications, e.g., as a sensitive layer in sensors [1, 2], as an active or protective component in microelectronics schemes [3, 4], as optical component in optoelectronics [5], etc. Layer-by-layer (LbL) assembly, method developed by Decher [6], was used to deposit nanodimensional coatings from molecules and nanoparticles onto silicon substrates. his methods is based on alternative adsorption of monolayers from oppositely charged objects from an aqueous solution onto a solid substrate (ig. 1).

Fig. 1. (A) Schematic of the ilm

deposition process. Steps 1

and 3 represent the adsorption

of a negatively charged and

positively charged molecules,

respectively, and steps 2

and 4 are rinsing in water.

(B) Simpliied molecular

picture of the irst two

adsorption steps, depicting

ilm deposition starting with

a positively charged substrate.

[6]

Many organic molecules possess a charge in an aqueous solution due to charged moieties as OH, NH2, COO, etc. It provides

105

their dissolution in water. Normally, nanoparticles are coated with charged molecules, which prevents their aggregation. hus, LbL assembly allows fabrication of nanodinensional layers from molecules or nanoparticles at standard conditions by dipping substrates into diferent solutions due to electrostatic adsorption.

Electrostatic adsorption depends on diferent factors: solution parameters, object properties and substrate. For instance, growth of temperature or salt concentration in solution decreases number of adsorbed molecules. on the contrary, growth of molecule charge or substrate charge density facilitates adsorption. We suggested illumination as a new control factor. It can afect both molecules and substrate, however, they should be photosensitive. in particular, illumination generates non-equilibrium charge carriers in silicon which changes its surface charge density. It results in adsorption of more densely molecular layers with less thickness and roughness [7]. in addition, it provides electrical passivation of silicon surface [4].

Illumination also afects adsorption of nanoparticles, which was revealed by atomic force microscopy (ig. 2). It increases number of adsorbed nanoparticles by more than 100%. his efect is also caused by generation of non-equilibrium charge carriers in silicon.

Fig. 2. Images of gold nanoparticles adsorbed onto n-Si with polyethylenimine

monolayer during 4 hours. Right image correspond to photoassisted

adsorption.

Photocontrollable Fabrication of Nanodimensional Coatings...

I. V. Malyar, S. Santer

ConclusionsIllumination as a new approach to control over fabrication

of nanodimensional coatings from organic molecules and nanoparticles was suggested. It provides formation of more homogeneous layers and, as a consequence, more uniform electrophysical properties across the surface. in addition, this approach is suited for fabrication of arranged structures by photolithography technique.

References1. Cherstvy A.G. Detection of DNA Hybridization by Field-Efect

DNA-Based Biosensors: Mechanisms of Signal Generation and Open Questions. Biosens. Bioelectron 2013, 46, 162−170.

2. Poghossian A., Bäcker M., Mayer D., Schöning M.J. Gating capacitive ield-efect sensors by the charge of nanoparticle/molecule hybrids. Nanoscale 2015, 7(3), 1023–1031.

3. Vilan A., Shanzer A., Cahen D. Molecular control over Au/GaAs diodes. Nature 2000, 404, 166–168.

4. Stetsyura S. V., Kozlowski A. V., Malyar I. V. Electrical passivation of silicon surface by a polyelectrolyte coating. Technical Physics Letters 2015, 41(2), 168–171.

5. Shi E., Li H., Yang L., Zhang L., Li, Z., Li, P., Shang Y., Wu S., Li X., Wei J., Wang K., Zh H., Wu D., Fang Y., Cao A. Colloidal antirelection coating improves graphene–silicon solar cells. Nano letters 2013, 13 (4), 1776–1781.

6. Decher G. Fuzzy Nanoassemblies: Toward Layered Polymeric Multicomposites. Science 1997, 277, 1232−1237.

7. Malyar I.V., Gorin D.A., Santer S., Stetsyura S.V. Photocontrolled Adsorption of Polyelectrolyte Molecules on a Silicon Substrate. Langmuir 2013, 29 (52), 16058–16065.

107

A physical and mathematical model of the

A-TIG welding process has been developed.

The model is based on a set of transient

equations of heat conduction and pressure

equilibrium at the upper and lower weld

pool surfaces, as well as the equations

taking into consideration the interactin

between the activating lux and melt.

The model boundary conditions take into

consideration the heat source parameters.

The model allows for simulation of the

formation process of the weld pool and its

correspondent weld.

Тульский государственный университет

Welding and Joining Institute, Aachen University

A.V. Maslennikov

physIcal anD mathematIcal moDel of the a-tIg process

108

A.V. Maslennikov

1. IntroductionOne of the main drawbacks of the TIG welding process

(tungstan inert gas) is a limitation to the penetration depth, reached within a single pass [1].

Attempts to overcome this problem led to the emergence of the so called A-TIG process [2, 3], which utilizes a thin layer (10-30 µm) of an activating lux (a mix of oxides and halogens) on the surface of the workpiece. As a result the shape and sizes of the weld considerable change in comparison with the conventional TIG welding at the same welding conditions (ig. 1), namely, the width decreases on the average by 0,6-0,8 times, while its depth increases by 2-3 times.

Fig. 1. Conventional TIG- (a) and modyied A-TIG (b) welding processes

he goal of the current project was to develop a physical and mathematical model for the A-TIG process, its numerical approximation and consequent sotware creation for the modeling of the process.

2. ModelOne of the problems in the modeling of the A-TIG process is

an uncertainty in the weld shape, formed during welding [4]. his shape is determined during the modeling process and changes in the

Physical and Mathematical Model of the A-TIG Process

109

dependence on the results of the model equations solution at the previous time step. a discrete function is used for the description of the shape of modeling space and points if a considered space point belongs to one of the modeling zones with certain physical properties or not. he modeling space consists of the following modeling zones (ig. 2): workpiece metal MS, activating lux (lux), weld pool Mm, crystallized weld metal Mw (MG), and surrounding gas G.

Fig. 2. Structure of the modeling space during A-TIG simulation

he heat lux from the arc propagates in the workpiece and described by the heat conduction equation [2-3]

ρ λ ρσ

∂∂

= ∇⋅ ∇( )−∇⋅

+ +

→ →H

tT H v j q

1 2

об , (1)

where H is the volume enthalpy, J/cm3; λ is the temperature dependent heat conduction coeicient, W/(cm∙°С); σ is the electric conduction, S/cm; ρ is the density, g/cm3; v is the melt velosity, cm/s; qоб is the volume power of sources and sinks, J/cm3, j is the current density, A/cm2.

Mass transfer from the weld pool surface is accounted for by means of the efective coeicient of mass transfer [5-8]

110

A.V. Maslennikov

m h C h C Ci m eff m eff i

S

i= ∆ = −( )∞

( ) ( ), (2)

where hm eff( )

is the efective coeicient of mass transfer; Ci

S is the concentration of the element i at weld pool surface at the considered point; Ci

° is the concentration of the element i far away from the weld pool in the arc plasma

1 1 1

h h hm eff vap mass( )

= + , (3)

where hvap is the mass transfer coeicient from vaporization; h

mass is the mass transfer coeicient.

hvap is determined from the Langmuir equation, considering

partial pressure of element i

hRT

M RTvap

i

=2π

, (4)

where R is the universal gas constant; Mi is the atomic mass

of element i.

he position of the weld pool free surfaces is determined by the solution of the equilibrium equation for the upper and lower parts of the workpiece:

– for the upper surface

p p p p pσ+ + + + =

a v g b0 , (5)

– for the lower surface

p p p pσ+ + + =

v g b0 , (6)

where pσ is the surface tension pressure, рa is the arc pressure, рv is the vapor pressure, pg is the hydrostatic pressure, рb is the intrinsic pressure.

he surface tension pressure is dependent on the surface curvature and determined as follows (1 is the index for the upper


111

surface, 2 is the index for the lower surface)

p TZ

x

Z

yσ

σ= ± ( )∂

∂+∂

∂

2

1 2

2

2

1 2

2

, ,, (7)

where σ is the temperature dependent surface tension; Z is the height of the weld pool surface in the chosen frame of reference; x,y are the components of the chosen reference frame.

3. Modeling results and veriicationhe numerical solution of the model equations allows for the

simulation of the weld pool formation and its crystallization.

Table 1 contains the welding conditions and veriication parameters at which the experiments were conducted.

Fig. 3 shows a comparison between the experimental and calculated weld macrosections (contours of the calculated welds are in white bold), and ig. 4 depicts the correspondent veriication graphs.

Fig. 3. Experimental and calculated weld macrosections

A.V. MaslennikovTa

ble

1. W

eld

ing

co

nd

itio

ns

for

the

exp

eri

me

nts

φex

p/

φsi

m, o

17/1

8

17/1

7

21/2

2

19/2

0

14/1

3

22/2

3

13/1

2

20/2

1

21/2

1

RW

exp/ R

Wsi

m,

mm

2.6/

3.0

4.4/

4.7

2.3/

2.5

4.9/

4.6

4.0/

4.3

3.3/

3.5

3.6/

3.8

1.7/

2.1

2.8/

2.7

CW

exp/ C

Wsi

m,

mm

4.4/

5.0

4.5/

6.4

5.0/

6.3

6.7/

9.1

5.6/

6.7

5.7/

7.2

5.5/

8.1

4.5/

6.0

5.1/

6.2

Hex

p/ H

sim

, mm

3.4/

3.6

3.4/

3.4

3.2/

3.0

3.4/

3.6

3.3/

3.5

3.5/

3.3

3.4/

3.6

3.4/

3.2

3.5/

3.7

Wel

din

g

spee

d, c

m/m

in

13 17 18 21 23 25 25 13 13

Wel

din

g

curr

ent,

А

90 100

120

150

160

150

120

100

90

Shie

ldin

g ga

s

Ar

Ar

+ 5

% N

2

Ar

+ 5

% N

2

Ar

+ 5

% N

2

Ar

+ 5

% N

2

Ar

Ar

Ar

Ar

1 2 3 4 5 6 7 8 9


113

Fig. 4. Veriication graphs

he descrepancy for the size H is 2.8%, for CW – 13.2%, for RW – 5.1%, for φ – 2.6%.

4. Conclusionhe physical and mathematical model of the weld formation

process during A-TIG was developed. he backbone of the A-TIG model is a set of equations of energy conservation and pres-sure equilibrium at the upper and lower weld pool surfaces, as well as the equations of mass transfer for the interaction between the melt and activating lux. he numerical realization of the model equations makes it possible to virtually reproduce fundamental physical phenomena accompanying the A-TIG process.

References1. H. Y. Huang, S. W. Shyu, K. H. Tseng, and C. P. Chou, Sci. Technol.

Weld. Join. 10, 566 (2005).

2. H. Y. Huang, S. W. Shyu, K. H. Tseng, and C. P. Chou, J. Mater. Sci. Technol. 22, 367 (2006).

3. T. S. Chern, K. H. Tseng, and H. L. Tsai, Mater. Des. 32, 255 (2011).

4. A. Maslennikov, V. Erofeev, F. Rieg. Development of a physico-mathematical model for the weld pool surfaces during multi-pass TIG-welding in diferent spatial positions // Materialien zum wissenschatlichen Seminar der Stipendiaten des “Michail Lomonosov”-Programms 2007/08, 2008, pp. 126–128.

5. Гуревич С. М., Замков В. Н., Кушниренко Н. А. Повышение эффективного про-плавления при аргонодуговой сварке // Автомат. сварка. – 1965. – 9. – С. 1–4.

6. Гуревич С. М., Замков В. Н. Некоторые особенности сварки титана неплавящимся электродом с применением флюсов // Автомат. сварка. – 1966. – 12. – С. 12–16.

7. Investigation of peculiarities of A-TIG welding of stainless steels. Yushchenko K.A., Kovalenko D.V., Kovalenko I.V. (2003) // IIW Doc. 212-1047-03.

8. Peculiarities of thermal and hydrodynamic processes occurring in tig and A-TIG welding of stainless steel D.V. Kovalenko, I.V. Krivtsun, V.F. Demchenko And I.V. Kovalenko // he Paton Welding Journal 2010 12 (09), 2–5 pp.

A.V. Maslennikov

115

нелинейная динамика

дифференциальные уравнения с запаздывающим аргументом

теория бифуркаций

хаотические колебания

странные аттракторы

Исследованы колебательные решения

некоторых нелинейных дифференциаль-

ных уравнений второго порядка с запаз-

дывающим аргументом в критическом

случае параметрического резонанса.

Ярославский государственный

университет им. П.Г. Демилова

Weierstrass Institute for Applied Analysis and

Stochastics

А.Р. Морякова

исследование поведения решений некоторых уравнений с запаздывающиМ аргуМентоМ

116

А.Р. Морякова

ВведениеИзучение различных аспектов феномена параметрического

резонанса, особенно в нелинейных системах, является очень актуальным. В работе проведено исследование колебательных решений некоторых нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка с запаздывающим аргументом в критическом случае параметрического резонанса. Эти уравнения возникают при математическом моделировании некоторые прикладных проблем. Исследования показали, что поведение динамических систем в этом случае может быть весьма сложным, в том числе и хаотическим.

РезультатыВ работе рассматриваются некоторые дифференциальные

уравнения второго порядка с запаздывающим аргументом, возникающие при математическом моделировании электронных устройств с запаздывающей обратной связью. с помощью метода D-разбиений проведено исследование линейных частей рассматриваемых уравнений и выделены значения параметров, при которых корни характеристических уравнений находятся в резонансном соотношении 1:2 и 1:3. В этом критическом случае наблюдается явление параметрического резонанса, при котором поведение решений дифференциальных уравнений может быть сложным, в том числе хаотическим. с помощью метода интегральных многообразий в фазовом пространстве исходных задач выделены локальные асимптотически устойчивые гладкие инвариантные четырехмерные многообразия и построены системы обыкновенных дифференциальных уравнений, поведение решений которых определяет поведение решений исходных уравнений. с помощью построенных нормальных форм проведен качественный анализ рассматриваемых дифференциальных уравнений с запаздыванием, в результате которого были построены колебательные решения

Исследование поведения решений некоторых уравнений...

в критическом случае параметрического резонанса, получены хаотические аттракторы и посчитаны показатели Ляпунова для них. Исследованы условия возникновения и существования хаотических колебаний, что позволило выделить значения параметров, при которых наблюдается хаотическая динамика в поведении рассматриваемых дифференциальных уравнений с запаздыванием.

118

mHealth

mobile apps

reverse engineering

software

development

big data

app stores

Special software for investigating mHealth

applications based on a descriptive analysis

of the data available on the app stores,

was developed in the course of the study.

Currently, the software includes elements

for collecting app links, application

meta-information aggregation, app

downloading and code extraction, as well

as data analysis, and methods for visualizing

and interpreting the information. Using

this approach, information on more

than 47 thousand health related apps for

Android was collected and more than 30

thousand apps were analysed with reverse

engineering techniques.

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет «ЛЭТИ»

Medizinische Hochschule Hannover

E. A. Pustozerov

the Development of softWare for health relateD apps evaluatIon

he Development of Sotware for Health Related Apps Evaluation

119

IntroductionIn recent years, there has been a huge and growing interest

in the potentials of mobile technologies and devices hold for medicine, and this can be characterized as “hype”. at the same time little work has been done to regulate the mHealth (mobile health) sphere, either on the level of healthcare systems, hospitals as well as particular customers. Many studies have shown that a number of areas can beneit signiicantly from mobile medicine as it may increase the disease control, raise the motivation of the patient and may contribute to lowering the physician’s working load [1].

he largest problems that impede the process of mobile apps integration into regular medical practice are:

• he lack of standards and regulation in the ield;• Diiculties related to data privacy and security;• Insuicient competence of medical personnel and patients

to work with new technologies;• Uncertainty in responsibility for consequences of improper

work of applications as well as apps misuse;• Uncertainty in quality of mHealth solutions.

Using a non-systematic approach, we identiied and analyzed available works by the most citied authors. in the majority of publications, there was only a descriptive analysis of the answers provided in surveys or analyses of a relatively small set of mobile applications. in order to gain better insight on the mHealth, particularly on the mobile apps available up to now, a deeper and broader analysis is necessary [2].

Material and MethodsTo collect appropriate data and to analyze a large number

of mHealth apps in order to understand the current State-of-the-art in the ield, we developed a set of programs (mainly in R and Python)

120

for mHealth data mining with the following functionality:

• Scraping medical app information from the stores of the major mobile platforms (Apple Store, Google Play, etc.);

• downloading medical applications,• decompiling applications and extracting meaningful data,• data mining and analysis,• machine learning algorithms for data approximation on the

big data,• combining and representing data.

To collect the data of health related apps, we developed R based sotware [3] that used the RSelenium [4] driver to operate the browser. he program collected links to mHealth applications with the help of third party sites and navigated through the store pages of each app to collect all available information, then used the corresponding Google Play link to download the application apk archive and store it locally in the ile system for further analysis.

For automated reverse engineering and app data aggregation, a sotware tool was developed using Python [5], which decompiled the downloaded applications using functionality provided by the Apktool [6] library. his tool also performed an analysis of the data. Methods from the Androguard library [7] were also utilized in this program. Altogether, the tool gathered the following information about applications: functional aspects of the phone required to run the app, the list of requested application permissions, supported screen resolutions, supported languages and type of devices, the quantitative characteristics of application code (the number of classes, methods, internal and external libraries being used, implementation of data encryptions techniques etc.). his also includes the calculation of diferent types of iles stored in the application archive (for example, video and audio iles, images, web pages, fonts, databases, executables etc.). his information is highly relevant for automated app proiling.

E. A. Pustozerov


121

In a separate subroutine, the textual data of the application was analyzed. Text mining techniques were applied to the textual data derived from the application source code in order to deine an application's main functions, the application type and the disease(s) for which the application is relevant. he textual information was gathered from the “strings.xml” resource ile that was available within the source code obtained by reverse engineering. For each app, this information was used to build the text corpus, which was aterwards preprocessed, iltered and transformed into a per-app term-document matrix (TDM). he iltering included the deletion of words, e.g. removal of stop-words, removal of punctuation and numbers, escaping of capital letters and removal of sparse terms (with coeicient of 0.9-0.98). he iltered term-document was used to deine application characteristics and to automatically classify applications based on the frequency of the words used in the application (app vocabulary).

In order to automatically classify applications with respect to their main goal and functionality, machine learning algorithms were used. Based on the manually classiied set of applications, the classiication of a larger set of application is a possibility and this may even include all health related applications collected over the course of the study by the initially mentioned R toolset.

ResultsDuring the initial step of the analysis, we downloaded and

analyzed the meta-data for a set of 46430 health related applications, which roughly amounts to one half of all applications available in the “Medical” and “Health and Fitness” categories in Google Play [8]. Out of this initial set of apps, 34352 apps were downloaded, extracted and analysed via reverse engineering techniques. he report, which included the detailed descriptive analysis of downloaded apps, was prepared and presented in the end of the course.

122

E. A. Pustozerov

In the study, we also analyzed the proiling of mHealth app developers. One of the most surprising facts was that the majority of health related apps included in the study were developed by amateurs. Less than 20% of the apps were provided by developers that have more than one single application in both the “Medical” and “Health and Fitness” categories on Google Play (Fig. 1).

Fig. 1. Distribution of apps by the number of health related apps by the same

developer

he majority of applications is only rarely downloaded, while only less than 6% have more than 50 thousand downloads. Nevertheless, there are also applications with more than 5 million downloads in the market (Fig. 2).

Analyzing the diference between free and paid applications, we found signiicant diferences for a number of app characteristics, mainly related to the number of app users. Table 1 presents the distribution of marks given by users during the studies. a more detailed analysis of the aspects related to app quality, based on user ratings, was recently published in [9].


123

Fig. 2. The distribution of app downloads

Category 5 4 3 2 1

Free apps, “Health and Fitness” (n = 25584)

64,1% 19,5% 6,7% 3,0% 5,7%

Paid apps, “Health and Fitness” (4104)

68,4% 20,0% 5,0% 2,4% 4,0%

Free apps, “Medical” (13887) 57,8% 21,5% 8,5% 4,3% 8,4%

Paid apps, “Medical” (3049) 61,8% 24,7% 7,0% 3,3% 6,1%

Table 1. Distribution of app ratings for mHealth apps in diferent categories

Another important topic is data security and safety. his was also covered within the study. he initial analysis of data security related issues was based on the app permissions requested by the apps, which were derived from the decompiled source code. Again, further details were published and are available in [10].

124

E. A. Pustozerov

For classifying the functional types of apps, based on a classiication proposed by Hoehn et al. [11], machine learning techniques were employed. Via this approach, it was possible to reach an accuracy of 78% while performing a classiication of 1047 applications with the use of Support Vector Machines classiier. Figure 3 shows the distribution of applications of diferent functionality presented in the set.

Figure 3 – The set of applications based on their main functionality

In the presented study, serious issues regarding quality and security related aspects were found for many mobile health related applications available that are currently available in the markets. Future work should be dedicated to obtaining an even more detailed picture of the situation, which may also be a factor for implementing adequate regulatory frameworks speciically adapted to the needs of the mHealth sector.

he results of the presented work were also partly integrated in the CHARISMHA study [12].


References1. D. Malvey, D.J. Slovensky. mHealth, Springer, New York, 2014.

2. Hillebrand U, von Jan U, Albrecht UV. Concepts for Quality Assurance of Health Related Apps. Stud Health Technol Inform. 2016; 226: 209-12.

3. R Core Team, R: a language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria, 2015. https://www.R-project.org/ [Accessed 04 Apr. 2016].

4. J. Harrison. RSelenium: R bindings for Selenium WebDriver. R package version 1.3.5, 2014. https://CRAN.R-project.org/package=RSelenium [Accessed 03 July. 2016]

5. Python.org. https://www.python.org/ [Accessed 03 July. 2016].

6. Apktool. a tool for reverse engineering Android apk iles. http://ibotpeaches.github.io/Apktool/ [Accessed 03 July. 2016].

7. Anthony Desnos. Androguard project. https://code.google.com/archive/p/androguard [Accessed 03 July. 2016].

8. Google Play. http://play.google.com [Accessed 03 July 2016].

9. Pustozerov E, von Jan U, Albrecht UV. Evaluation of mHealth Applications Quality Based on User Ratings. Stud Health Technol Inform. 2016; 226:237-40.

10. Pustozerov E, von Jan U, Albrecht UV. Evaluation of mHealth Applications Security Based on Application Permissions. Stud Health Technol Inform. 2016; 226:241-4.

11. Höhn M, von Jan U, Framke T, Albrecht UV. Classiication of Health Related Applications. Stud Health Technol Inform. 2016; 226:139-42.

12. Chances and Risks of Mobile Health Apps (CHARISMHA) – Abridged Version, Albrecht, U.-V. (Editor), Hannover Medical School, 2016. urn:nbn:de:gbv:084-16051809293. http://www.digibib.tu-bs.de/?docid= 00060023

126

металлические

стекла

полосы сдвига

диффузия

метод меченых

атомов

микролегирование

В данной работе методом меченых ато-

мов исследовано влияние микролеги-

рования аморфного сплава Pd40Ni40P20

кобальтом (1% Co) на его диффузионные

свойства. Экспериментально обнаруже-

но, что коэффициент диффузии в дефор-

мированном сплаве с кобальтом в 20 раз

превышает таковой исходного сплава,

причем глубина диффузии радиоизото-

пов Ag в микролегированный кобальтом

сплав существенно выше исходного даже

без предварительной деформации. Полу-

ченный результат анализируются в рам-

ках гипотезы влияния микролегирования

на перераспределение свободного объе-

ма.

1Тольяттинский государственный

университет, Тольятти, Россия

2Вестфальский университет имени

Вильгельма, г. Мюнстер, Германия

2Westfälische Wilhelms-Universität, Münster,

Deutschland

М.Н. Селезнев1, I. Binkowski2,

S. Divinskiy2, G. Wilde2

диффузионное исследование аМорфного сплава Pd40Ni40P20 Микролегированного кобальтоМ

127

Объемные металлические стекла (ОМС) являются перспективными материалами благодаря уникальной комбинации свойств стекла (предел упругости, твердость, устойчивость к коррозии), но без присущей стеклам хрупкости [1]. Хотя ОМС обладают некоторой пластичностью, их применение затруднено вследствие деформационного разупрочнения, происходящего в т.н. полосах сдвига (ПС). ПС – результат сдвиговой деформации ОМС, представляющий из себя плоский дефект толщиной около 10 нм и сложной структурой чередующихся областей пониженной и повышенной плотности [2]. Сдвигообразование является основным механизмом деформации ОМС при н.у. и ключевым параметром, который регулирует пластичность. Именно поэтому изучение ПС является необходимым для управления механическими свойствами металлических стекол [3].

Pd40Ni40P20 – один из наиболее стабильных сплавов, устойчивый к кристаллизации и обладающий хорошей способностью к стеклообразованию. Недавно было обнаружено, что добавление к сплаву 1% кобальта значительно увеличивает пластичность при сжатии и изгибе при комнатной температуре [4]. Тем не менее, никаких существенных изменений в характеристических температурах, теплоемкости или коэффициенте Пуассона обнаружено не было. Было выявлено, что рост пластичности связан с изменением эволюции ПС: при изгибе легированного кобальтом сплава ни одна из полос не прошла через слой нулевого напряжения, тогда как в исходном сплаве именно это послужило причиной разрушения.

ПС в силу своей толщины и аморфности окружающей матрицы являются чрезвычайно сложным объектом для прямого наблюдения и исследования. Одним из наиболее чувствительных инструментов, способных зарегистрировать малейшие изменения энергетического ландшафта является

Диффузионное исследование аморфного сплава Pd40Ni40P20 ...

128

М.Н. Селезнев, I. Binkowski, S. Divinskiy, G. Wilde

измерение атомной диффузии. Так, при помощи атомной диффузии было обнаружено, что коэффициент диффузии в деформированном ОМС на 8 порядков выше, чем в недеформированном [5]. Это говорит о том, что ПС с ее избыточным содержанием свободного объема представляет из себя путь ускоренной диффузии в аморфной матрице. Вполне вероятно, что изменение эволюции ПС, вызванное легированием кобальтом, вызовет изменение диффузионных свойств. Таким образом, для выявления корреляции между ростом пластичности, вызванной легированием, и возможным изменением структуры ПС, была измерена атомная диффузия, результаты которой сравнивались с данными исходного сплава.

Процедура получения отливок аморфного сплава Pd40Ni40P20, а также методика измерения атомной диффузии описаны в работе [5]. Перед сплавлением компонентов в систему Pd40Ni40P20 добавлялся 1 весовой процент порошка кобальта (99,95% чистоты). Рентгеновская дифракция и дифференциальная сканирующая калориметрия изготовленного сплава подтвердили полную аморфность структуры и ее стабильность после холодной прокатки на 8%. Для расчета коэффициента диффузии в ПС (DSB) была использована модель границы зерна, подразумевающая, что путями диффузии являются лишь ПС, а объемная диффузия «заморожена» [6].

Сравнение диффузионных профилей изотопа серебра в сплавах PdNiP и PdNiPCo при прочих равных условиях (холодная прокатка 8%, диффузионный отжиг при 200°С в течение 3-х дней) показана на рисунке 1 (пустые и сплошные круги, соответственно). Легирование кобальтом увеличивает в 22 раза DSB (70·10-17 против 3.16·10-17 м2/с) и в 5 раз глубину проникновения (37 против 8 мкм), что само по себе может говорить о повышении доли свободного объема в ПС.

129

Глубина проникновения, мкмО

тн

оси

тел

ьна

я а

кти

вн

ост

ь, у

.е.

Глубина проникновения, мкм2

Рис. 1. Профили атомной диффузии серебра в сплаве PdNiPCo в зависи-

мости от предварительной обработки в сравнении с исходным сплавом

PdNiP (данные для сравнения по PdNiP взяты из [7]).

Для более тщательного анализа были также измерены диффузионные профили (i) без диффузионного отжига (только деформация, сплошные квадраты на рисунке 1) и (ii) без холодной прокатки (диффузионный отжиг недеформированного образца, пустые треугольники на рисунке 1). Результаты этих исследований весьма необычны. Образец PdNiPCo без диффузионного отжига показал почти такую же глубину проникновения (6 мкм), что и исходный сплав PdNiP (8 мкм), а диффузия в PdNiPCo без ПС, являющаяся, по сути, объемной, похожа скорее на зернограничную с глубиной проникновения 16 мкм (против долей нанометра при объемной диффузии в исходном сплаве). Такая аномально


130

М.Н. Селезнев, I. Binkowski, S. Divinskiy, G. Wilde

высокая диффузионная активность может быть объяснена либо (i) некими дополнительными ранее неизвестными диффузионными путями, возникающими при отжиге, либо (ii) существенным ускорением объемной диффузии вследствие структурных изменений при микролегировании кобальтом. Ускорение диффузии в металлическом стекле должно быть связано с увеличением свободного объема, однако (i) исследование образцов при помощи электронной микроскопии и интерферометрии белого света после деформации и отжига не выявило возникновения каких-либо трещин, пор и прочих микро-неоднородностей, (ii) средняя концентрация свободного объема в сплавах PdNiP и PdNiPCo с большой точностью одинаковы [4].

В качестве гипотезы, объясняющей как наблюдаемые диффузионные эффекты, так и повышение пластичности может быть выдвинуто предположение о возникновении неких кластеров повышенного свободного объема (наноразмерные рыхлоты). В пользу такого предположения говорит и факт отсутствия повышенной пластичности после отжига вблизи температуры стеклования – механическое поведение микролегированных и исходных образцов после такого отжига становится практически одинаковым [4]. Распределение таких объемов может быть одной из причин повышения пластичности в легированном сплаве по аналогии с чугуном с шаровидным графитом или сжатием рыхлого и плотного песка [8]. Кроме того, эффект улучшения пластичности за счет гетерогенного перераспределения свободного объема в кластерах уже наблюдался при компьютерном моделировании [9]. Для проверки гипотезы необходимы дальнейшие исследования.

Работа выполнена при финансовой поддержке совместного гранта Германской службы академических обменов (DAAD) и Министерства образования и науки Российской Федерации

в рамках программы «Михаил Ломоносов III» (Проект 3723), немецкого научно-исследовательского сообщества (DFG, SPP 1594).

Список литературы1. Axinte E. Metallic glasses from “alchemy” to pure science: Present

and future of design, processing and applications of glassy metals // Mater. Des. Elsevier Ltd, 2012. Vol. 35. P. 518–556.

2. Rösner H. et al. Density changes in shear bands of a metallic glass determined by correlative analytical transmission electron microscopy // Ultramicroscopy. Elsevier, 2014. Vol. 142. P. 1–9.

3. Greer A.L., Cheng Y.Q., Ma E. Shear bands in metallic glasses // Mater. Sci. Eng. R Reports. 2013. Vol. 74. P. 71–132.

4. Nollmann N. et al. Impact of micro-alloying on the plasticity of Pd-based Bulk Metallic Glasses // Scr. Mater. Acta Materialia Inc., 2015. Vol. 111. P. 119–122.

5. Bokeloh J. et al. Tracer Measurements of Atomic Difusion inside Shear Bands of a Bulk Metallic Glass // Phys. Rev. Lett. 2011. Vol. 107, 23. P. 235503.

6. Harrison L.G. Inluence of dislocations on difusion kinetics in solids with particular reference to the alkali halides // Trans. Faraday Soc. 1961. Vol. 57. P. 1191–1199.

7. Binkowski I. et al. Shear band relaxation in a deformed bulk metallic glass // Acta Mater. Elsevier Ltd, 2016. Vol. 109. P. 1–14.

8. Taylor D.W. Fundamentals of soil mechanics. 1948. 700 p.

9. Wang Y., Li M., Xu J. Toughen and harden metallic glass through designing statistical heterogeneity // Scr. Mater. 2016. Vol. 113. P. 10–13.


132

дифракционно-

интерференционный

метод

многоапертурный

щелевой

дифракционный

интерферометр


индикатор

линейных

перемещений


автоколлиматор

оптический

контроль

угловые

и линейные

измерения

В работе рассматриваются простые функ-циональные схемы и конструкции макетов измерителей малых угловых и линейных перемещений, основанные на схеме мно-гоапертурного щелевого дифракционного интерферометра. Для оценки разрешаю-щих способностей схем получены две мате-матические модели: интерференции лучей от двух точечных источников излучения, рас-положенных с двух сторон от плоскопарал-лельной толстой стеклянной пластины и ин-терференции лучей, продифрагировавших на четырех апертурах. Теоретические пре-дельные разрешающие способности схем со-ставили: dα=0,2", dβ=2,2", dv=0,5 мкм. Для про-верки правильности модели в лаборатории ТУ Ильменау (ФРГ) собраны измерительные стенды и проведены экспериментальные ис-следования. Результаты экспериментов под-твердили основные теоретические положе-ния работы. Разрешающие способности схем составили dα=1,5", dβ=5", dv=1,2 мкм.

1Санкт-Петербургский национальный

исследовательский университет

информационных технологий, механики

и оптики

2Technische Universität Ilmenau

Ю.А. Соколов1, Г.Н. Лукьянов1,

R. Theska2

разработка Макетов дифракционно-интерференционных устройств для бесконтактного контроля пространственного положения объектов

и создание на их основе новой схеМы Многоапертурного щелевого дифракционного интерфероМетра

133

Разработка макетов дифракционно-интерференционных устройств...

1. ВведениеВ настоящее время для юстировки и проведения

линейных и угловых измерений широко применяются различные оптико-электронные приборы и датчики. Растровые датчики и автоколлиматоры используются во многих задачах угловых измерений [1]. Достоинствами фотоэлектрических автоколлиматоров являются малая погрешность измерений (0,01 –3)" [2, 3], а также высокая скорость и возможность автоматизации измерений. к их недостаткам относятся высокая стоимость и большие габариты приборов, вызванные необходимостью использования длиннофокусных объективов (f=1000-100 мм). Альтернативой фотоэлектрическим автоколлиматорам служат различные когерентно-оптические схемы контроля, использующие волновую природу света. Эти методы обладают рядом достоинств, главные из которых – высокая точность, относительная простота конструкции, невысокие требования к оптике, дешевизна и малые габариты. А их недостатками являются: значительно меньший диапазон измерений при сравнимой чувствительности (в случае дифракционных методов контроля) [4]; сложность конструкции при большом диапазоне измерений (для интерферометрических схем контроля) [1]; специфичность конструкции, которая делает невозможным использование схемы для автоколлимационных измерений, но обладает высокой чувствительностью и большим диапазоном измерений при использовании схемы в качестве углоизмерительного датчика [5]. Кроме того попытка [6] упростить схему из [4] с целью получения более компактного дифракционного автоколлиматора привела к значительному увеличению погрешности измерений (до 1"). В этой связи представляют интерес разработка и исследование новых схем дифракционных методов контроля, свободных от вышеуказанных недостатков.

Ю.А. Соколов, Г.Н. Лукьянов, R. heska

134

2. Теоретические исследованияВ настоящей работе исследуется схема измерения малых

угловых и линейных перемещений, основанная на анализе интерференционной картины, образованной дифракционным интерферометром. В отличие от схем интерферометров с делением пучка излучения в дифракционном интерферометре оба интерферирующих волновых фронта формируются дифракционными элементами, например, щелевыми апертурами. Такой подход упрощает конструкцию интерферометра и его юстировку, уменьшает его габариты и цену.

Исследуемые в данной работе схемы представлены на рис. 1. Здесь перед объективами (8) и (9) установлена плоскопараллельная стеклянная пластина (3) с прямоугольными отверстиями (размерами в десятки микрометров), на которые падает коллимированный пучок излучения от лазерного источника (5). В плоскости приемника наблюдается суперпозиция интерференционных картин от каждой из пар щелевых апертур и дифракционной картины от одной апертуры.

а б в

Рис. 1. Оптические схемы: а) дифракционный автоколлиматор; б) дифрак-

ционный индикатор линейных перемещений; в) влияние призмы на опти-

ческую разность хода между дифрагированными волновыми фронтами

В случае дифракционного автоколлиматора (рис. 1а)

135


чувствительность к углу поворота автоколлимационного зеркала во всех точках одной интерференционной картины постоянна. При этом чувствительность интерференционной картины, образованной осевой парой апертур (имеющих нулевые поперечные смещения от вертикальной штрихпунктирной линии v1=v2=0 мм), минимальна и определяется продольным расстоянием между апертурами и углом падения излучения. Чувствительность внеосевых интерференционных картин (от пары апертур, расположенной на наклонной штриховой линии и имеющих v1=0; v4≠0) растет с увеличением величины поперечного смещения апертуры от оси системы v4 и не зависит от угла падения излучения и расстояния от пластины до призмы (4). Такая компоновка схемы помимо большей компактности позволяет одновременно получить высокую чувствительность и больший диапазон абсолютных измерений по сравнению с более простой схемой без призмы и с одной парой апертур, исследованной в [7, 8].

В случае индикатора линейных перемещений (рис. 1б) пластина с апертурами крепится к подвижному измерительному штоку (7). При перемещении штока на величину Δv происходит одновременное смещение обеих апертур, и, как показано на рис. 1б). пунктиром, проекции апертур расходятся на удвоенную величину Δv, что означает двукратное увеличение чувствительности по сравнению со случаем смещения одной из апертур в [7, 8]. Для схемы с одной парой апертур в плоскости приемника наблюдается одна интерференционная картина, центр которой смещается на приемнике при движении штока. Чувствительность к смещению штока в различных точках на приемнике не одинакова и определяется их удаленностью от точки минимума чувствительности – точки, где линза (9) фокусирует наклонный коллимированный пучок излучения, сформированный лазерным модулем (5) и коллимирующей


136

линзой (6). При удалении от данной точки частота колебаний интенсивности, приходящаяся на некоторую величину смещения штока резко возрастает. При изменении угла падения излучения происходит смещение всей картины распределения чувствительностей по приемнику. Описанные явления дают возможность одновременного получения нескольких измерительных сигналов с заданной чувствительностью и позволяют расширить диапазон абсолютных измерений за пределы одного колебания интенсивности.

В ходе оценки чувствительностей данных схем были получены: математические модели, описывающие двумерное распределение интенсивности в плоскости приемника; разработан графоаналитический метод расчета конструктивных параметров дифракционного автоколлиматора для заданных разрешающей способности и диапазона измерений. Результаты расчетов показали возможность создания вдвое более компактного (по сравнению с фотоэлектрическим автоколлиматором Elcomat 3000) дифракционного автоколлиматора, обладающего в 3 раза большим диапазоном абсолютных измерений (до 12000") и разрешающей способностью до 0,2" (для сравнения: 0,1" у Elcomat 3000).

3. Экспериментальные исследованияДля проверки полученных теоретических положений

и математических моделей были разработаны две стеклянные маски (с различными размерами и взаимным расположением апертур), впоследствии изготовленные на фирме «Compugraphics Jena GmbH» (рис. 2). Также были собраны три экспериментальные установки: однокоординатная для угловых измерений, рис. 3а, двухкоординатная для угловых измерений, рис. 3б, и автоматическая для проверки влияния линейного перемещения пластины с апертурами, рис. 4.

137


Рис. 2. Первая стеклянная пластина с различными размерами апертур

а б

Рис. 3. Экспериментальные установки дифракционных автоколлиматоров

Рис. 4. Экспериментальная установка для контроля линейных перемщений


138

В ходе экспериментов использовалась цветная камера EVS VEI-535 с размером пикселя 2.775×2.775 мкм, работающая в монохроматическом режиме. Получение фотографий интерференционных картин с камеры и настройка ее параметров производились автоматически в среде MatLAB. Чтобы нейтрализовать засветку одной из интерференционных картин (из-за перепада интенсивности между главным и побочными максимумами дифракционной картины) для каждого значения углового или линейного смещения проводилась последовательная съемка трех кадров с различными уровнями максимальной экспозиции. Также для увеличения соотношения сигнал / шум при регистрации интерференционных картин в области дальних порядков дифракции число фотографий увеличивалось до 100. Величина угла поворота зеркала, контролировалась с помощью автоколлиматора Elcomat 3000 с разрешающей способностью 0,1". Поперечное смещение пластины с апертурами задавалось с помощью каретки, управляемой шаговым двигателем. Минимальный шаг смещения столика составлял приблизительно ≈ 0,7 мкм. Точная величина смещения столика контролировалась интерферометром SIOS SP-120 с разрешающей способностью 0,1 мкм.

План исследований включал в себя следующие этапы:

1. Сравнение экспериментальных и теоретических интерференционных картин, а также графиков колебаний интенсивности в каждой из картин.

2. Определение погрешности измерительной схемы в пределах диапазона измерений используемого фотоэлектрического автоколлиматора Elcomat 3000 (4000")

3. Определение погрешности измерительной семы при различных температурах (21-25 град.)

139


4. Определение погрешности схемы при использование черно-белого фильтра и выравнивании интенсивности в дифракционных максимумах

5. Модернизация установки (путем добавки второго поворотного столика) и оценка ее погрешности при двухкоординатных измерениях.

6. Исследование чувствительности схемы для измерения линейных перемещений

На рис. 5. представлен пример экспериментальных результатов, полученных для четырех апертур (v1=v2=0 мм; v3=5 мм; v4=10 мм) при их размерах (50 x 100) мкм и длине волны излучения λ=0,445 мкм.

Рис. 5. Экспериментальные интерференционные картины и графики коле-

баний интенсивности в центре каждой из них в зависимости от горизон-

тального (α) и вертикального (β) углов падения излучения

Исследование влияния поперечного смещения пластины для контроля линейных перемещений проводилось при различных углах падения излучения (от 0' до 80' с шагом в 10') для одной пары апертур (при λ=0.65 мкм). Дополнительно был проведен один эксперимент с четырьмя апертурами. Полученные


140

результаты подтвердили теоретические положения работы и показали возможность использования интерференционной модели для оценки чувствительности схемы к поперечным смещениям маски с апертурами, рис. 6. Достигнутая в экспериментах разрешающая способность схемы составила ≈1,2 мкм. Дальнейшее повышение разрешающей способности возможно путем регистрации интерференционной картины в дифракционных максимумах более высоких порядков (путем сдвига приемника и объектива или посредством увеличения угла падения излучения на схему) или уменьшения длины волны источника излучения. Достигнутый диапазон измерений схемы составил ≈5 мм. Его дальнейшее увеличение (до 15 мм) в установке на (рис. 4.) возможно путем использования большего числа апертур.

Рис. 6. Колебания интенсивности в различных точках приемника при сме-

щении пластины с двумя апертурами и нулевом угле падения излучения

на апертуры

141


4. ЗаключениеНа данном этапе исследований были достигнуты следующие

характеристики новой схемы многоапертурного щелевого дифракционного интерферометра: диапазон абсолютных угловых измерений: по горизонтали – 3320", по вертикали – 700"; диапазон абсолютных линейных измерений – 5 мм. Разрешающие способности схемы: для угловых измерений по горизонтали – 1,5", по вертикали – 5"; для линейных измерений – 1,2 мкм. Достигнутые характеристики не являются предельными и могут быть существенно улучшены до предельных теоретических значений: 0,2"; 2,2"; 0,5 мкм при увеличении контраста наиболее чувствительных интерференционных полос посредством черно-белого светофильтра с резкой границей и увеличения мощности излучения. Также, при замене одной осевой апертуры на три близкорасположенные, крайние из которых затемнены фильтрами, возможно увеличение диапазона угловых измерений вплоть до 12000". При увеличении числа апертур в схеме линейного индикатора диапазон измерений может быть увеличен до 15 мм.

Список литературы1. Аникст Д.А., Константинович К.М., Меськин И.В. и др.

Высокоточные угловые измерения / Под ред. Ю.Г. Якушенкова. – М., 1987. – 480 с.

2. Проспект фирмы „TRIOPTICS“ (Германия), 2013.

3. Проспект фирмы „MOELLER-WEDEL“ (Германия), 2013.

4. Назаров В.Н., Линьков А.Е. Дифракционные методы контроля геометрических параметров и пространственного положения объектов // Оптический журнал. 2002. Т. 69. 2. С. 76–81.

5. Areiev A.A., Ivanov A., Kotenok A. Interferometric devices for angular measurements // SPIE. 1996. Vol. 2775. P. 189–196.


6. Иванов А.Н., Носова М.Д. Использование двойной дифракции для контроля угловых перемещений // Сборник трудов 10-ой международной конференции Прикладная оптика-2012. – Санкт-Петербург, 15 – 19 октября 2012. – Т. 1. Секция 1.2. «Оптические приборы». – СПб: НИУ ИТМО, 2012. – С. 172–175. – 312 с.

7. В.Н. Назаров, Ю.А. Соколов. Новый метод дифракционного контроля малых угловых и линейных перемещений. // Оптический журнал. 2013. Т. 80. 12. С. 53–59.

8. V. N. Nazarov, Yu. A. Sokolov. New method of difraction monitoring of small angular and linear displacements // J. Opt. Technol. 2013. Vol. 80. No. 12. p. 756-760.

143

хирономидный

анализ

реконструкция

температур

Таймыр

Российская

Арктика

голоцен

Биостратиграфические данные на осно-

ве хирономидного анализа были полу-

чены из небольшого озера в бассейне р.

Хатанги, п-в Таймыр. При помощи регио-

нальной статистической хирономидной

модели были реконструировны средне

июльские температуры воздуха для дан-

ного региона и составлена качественная

характеристика развития природных

обстановок данной территории в сред-

нем и позднем голоцене (с 7100 кал.л.н.).

1Российский государственный педагогиче-

ский университет им. А. И. Герцена

2Universität Potsdam, Institut für Erd- und

Umweltwissenschaften

3Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für

Polar- und Meeresforschung (AWI)

Л.С. Сырых1, Л.Б. Назарова2,3,

U. Herzschuh2,3

реконструкция палеоэкологических и палеоклиМатических условий голоцена на юге тайМыра по результатаМ хироноМидного анализа

озерных донных отложений

Л.С. Сырых, Л.Б. Назарова, U. Herzschuh

144

Развитие окружающей среды полярных зон Земли в условиях меняющегося климата остается актуальной темой палеоклиматических исследований. Несмотря на то, что построение климатических реконструкций проводится практически во всем северном полушарии, палеоклиматологические и палеоэкологические данные из Сибирского сектора Арктики по-прежнему малочисленны [1; 2].

В качестве лучших биологических индикаторов для количественной оценки прошлых изменений температуры воздуха используются водные организмы, такие как хирономиды (Insecta: Diptera) [3; 5], распространение и развитие популяций которых в первую очередь лимитируется климатом и температурой среды [4; 7; 8]. Хитинизированные структуры хирономид хорошо сохраняются в донных отложениях озер и легко определимы [6], методы выполнения качественных и количественных реконструкций детально разработаны [5; 11].

В 2011 – 2013 гг. В рамках российско-германского сотрудничества проведены экспедиции в район р. Хатанги (юго-восток полуострова Таймыр, Красноярский край). В ходе геолого-геоморфологической съемки изучены особенности структуры перигляциальных ландшафтов и экологии малых озер. с целью комплексного исследования и реконструкции климатических параметров голоцена изучаемой территории были отобраны поверхностные пробы и керны озерных отложений и проведены литостратиграфический и микропалеонтологический анализы, а также получены датировки [9]. Целью нашего исследования была реконструкция природно-климатических условий голоцена юго-восточной части п-ва Таймыр на основе хирономидного анализа донных отложений озер с применением статистических моделей для реконструкции средней июльской температуры воздуха и глубины воды в озерах [1; 5; 6].

145

Регион исследования. Долина реки Хатанги расположена в южной части полуострова Таймыр, на Северо-Сибирской низменности. Геологическое основание представляет собой Таймырскую тектоническую депрессию, перекрытую чехлом осадочных пород. Характерными особенностями климата являются суровая продолжительная зима (T января – 31.5°C) и короткое прохладное лето (T июля 12.5°C). Почти на всей территории полуострова распространена многолетняя мерзлота. Растительность преимущественно тундровая.

Озеро Хатанга – 12 (официального названия нет, 72.50 с.ш., 102.29 в.д.; 60 м. н.у.м.), расположенное на правом берегу р. Хатанги, имеет вытянутую округлую форму: длина 200 м, ширина 100 м, максимальная глубина 14,3 м. Вода прозрачная, рН = 7,5. Постоянных притоков не имеет, поэтому донные отложения формируются в основном в результате автохтонной седиментации. Берега озера заросшие, восточная часть озера заболочена.

Материал и методы. Проанализирован керн донных отложений длинной 131,5 см. Данные радиоуглеродного датирования, показали, что керн охватывает период времени с 7100 кал.л.н. до настоящего времени. Скорость осадконакопления стабильна почти во всем керне и составляет приблизительно 0,025 см/год, перерывов в осадконакоплении не выявлено [9].

Обработку проб донных осадков на хирономидный анализ проводили по стандартной методике [11]. Определение проводили по специализированным определителям [11; 12]. Для исследования общих тенденций изменений видового состава был использован метод непрямых компонент (Principal component analysis, PCA). Реконструкция среднеиюльской температуры воздуха (T июля) и глубины (WD) выполнена по российским хирономидным моделям [5; 6].

Реконструкция палеоэкологических и палеоклиматических условий голоцена...


146

Результаты и обсуждение.На основе результатов кластерного анализа и данных PCA

в исследуемой колонке донных отложений было выделено 4 статистически значимых зоны (рис. 1).

Период 7100 – 6250 кал.л.н. (CH I) Донные отложения имеют темноцветную плотную структуру c большим количеством органики и включениями мхов и макроостатков. Геохимические и гранулометрические параметры указывают на большую долю аллохтонной составляющей в осадках в виду низкого уровня воды в озере и активного стока с водосбора. В пределах зоны наблюдаются вариации численности доминирующих таксонов – Sergentia coracina-type и Zalutschia zalutschicola-type (Рис. 1). Данные таксоны являются относительно глубоководными и реагируют на динамику уровня воды: их количество уменьшается, при падении уровня воды в озере. Также в составе хирономидных сообществ присутствуют Psectrocladius sordidellus-type, Cricotopus intersectus-type, Cricotopus cylindraceus-type, Cricotopus laricomalis-type, ассоциирующиеся с макрофитами и свидетельствующие о наличии заболоченных и заросших участков по берегам водоема.

В результате среднеголоценового потепления на территории Севера Сибири установились теплые, влажные условия, что способствовало активному развитию термокарстовых процессов. Котловина озера Хатанга-12 также имеет термокарствовое происхождение, т.е. образовалось в следствие протаивания и просадки грунта, и заполнения образовавшейся котловины водой.

Период 6250 – 4500 кал.л.н. (CH II). В начале периода наблюдается некоторое увеличение скорости седиментации, в гранулометрическом составе отмечается преобладание песчаной фракции и резкое уменьшение органики [9]. В составе

147

Реконструкция палеоэкологических и палеоклиматических условий голоцена...

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

2750

3000

3250

3500

3750

4000

4250

4500

4750

5000

5250

5500

5750

6000

6250

6500

6750

7000

Ch

IV

Ch

III

Ch

II

Ch

I

T rissoclad ius

P arach ironom us varus-type

P o lyped ilum nubecu losum -type

T anyta rsus no spur

20

Orthoclad ius consobrinus-type

C h ironom us p lum osus-type

20

C orynoneura arctica -type

Orthoclad ius o live ri-type

C rico topus in te rsectus-type

20

P sectroc lad ius so rd ide llus-type

C rico topus cylind raceus-type

20

Z a lu tsch ia type B

C rico topus la ricom a lis-type

H ete ro trissoclad ius m aeaeri-type 2

Z a lu tsch ia za lu tsch ico la -type

20

C rico topus type P

20

T anyta rsus m endax-type

P arakie ffe rie l la ba thoph ila -type

20

% S ergen tia co rac ina -type

20

M icropsectra ins ign ilobus-type

L im nophyes - P ara lim nophyes

20

M icropsectra con tracta -type

T anyta rsus lugens-type

C rico topus sylvestris-type

20

H ete ro trissoclad ius m aeaeri-type 1

Z a lu tsch ia m ucrona ta -type

P araclad ius

Orthoclad ius trigono lab ris-type

20

H ete ro trissoclad ius g rim shaw i-type

T anyta rsus pa ll id ico rn is-type

M onod iam esa

20

H ete ro trissoclad ius m arc idus-type

A b iskom yia

S m ittia - P arasm ittia

M etriocnem us

P ro tanypus

C onstem pe ll ina - T h ienem ann io la

P arakie ffe rie l la trique tra -type

C hae toc lad ius type B

1113

15

T и

510

Г у и ,

02 P C A 1

В з а , а . . .

Зы

Рис. 1. Стратиграфическое распространение таксонов хирономид в донных отло-жениях оз. Хатанга-12, реконструированные средние температуры июля (T°, C),

глубина воды, значение PCA 1


148

хирономид преобладают холодноводные стенотермные таксоны Sergentia coracina-type, Zalutschia type B и Micropsectra insignilobus-type др.

По данным хирономидного анализа реконструируется похолодание климата, которое находит отражение в состоянии экосистемы озера. Уровень воды в водоеме колеблется. Наблюдаются процессы зарастания прибрежной зоны: в составе хирономидных сообществ увеличивается численность фитофильных таксонов Cricotopus и Zalutschia. После 5500 кал.л.н. уровень воды и средние летние температуры в озере повышаются и стабилизируются после 4500 кал.л.н. Данный период соответствует неогляциальному похолоданию, которое отмечалось в разных регионах Евразии и Северной Америки [13]. Климат прохладный и влажный.

4500 до 2500 кал.л.н. (CH III). Результаты ТОС показывают увеличение содержания органики в донных отложениях, в процессе седиментогенеза преобладает автохтонный материал. Видовое разнообразие хирономид выше, чем в предыдущих периодах. Доминируют виды холодных и умеренных условий, предпочитающие обилие макрофитов (Zalutschia type B, Limnophyes-Paralimnophyes, Cricotopus intersectus-type). Отмечается повышение биопродукции водоема. Уровень воды в озере довольно стабилен (рис. 1). В растительном сообществе наблюдается смена лиственничной тайги на лесотундру (около 3500 кал.л.н.) [9].

С 2500 кал.л.н. (СH IV) фиксируются колебания климатических условий и нестабильность развития природных обстановок. В составе хирономидных сообществ данного периода наблюдается смена доминантных таксонов: значительно снижается роль Sergentia coracina-type и Zalutschia type B, доминирующими таксонами становятся

Реконструкция палеоэкологических и палеоклиматических условий голоцена

149

Heterotrissocladius marcidus-type, Heterotrissocladius grimshawi-type, Heterotrissocladius maeaeri-type 1 (рис. 2), что, скорее всего, связано с увеличением уровня воды в озере.

Значительные изменения отмечаются в растительных сообществах: около 2250 кал.л.н. наблюдается переход от лесотундры к кустарничковой тундре, постепенно уменьшается распространение лиственницы [9]. Реконструированные климатические условия нестабильны, близки к современным. с 2000 до 1200 кал.л.н. реконструировано увеличение температуры воздуха, позже 1200-900 кал.л.н. отмечается кратковременное похолодание климата.

Таким образом, получена качественная и количественная реконструкция климатических условий голоцена юго-восточной части п-ова Таймыр с применением первой в России статистической температурной хирономидной модели и литологического анализа, а так же выявлена периодизация в развитии озерной системы типичного для региона термокарстового водоема.

Список литературы1. Nazarova L.B., Pestryakova L.A., Ushnickaja L.A., Hubberten H.-W.

Chironomids (Diptera: Chironomidae) of Central Yakutian lakes and their indicative potential for palaeoclimatic investigations. – Contemporary problems of ecology, 1(3), 2008. – P. 335-345.

2. Biskaborn B.K., Subetto D.A., Savelieva L.A. et al. Late Quaternary vegetation and lake system dynamics in north-eastern Siberia: Implications for seasonal climate variability. – Quaternary Science Reviews, 2015. – P. 1-16.

3. Solovieva N, Jones V.J., Nazarova L. et al. Palaeolimnological evidence for recent climate change in lakes from the Northern Urals, Russia. – Journal of Palaeolimnology, 33, 2005. – P. 463–482.


150

4. Nazarova L., Self A., Brooks S.J. et al. Northern Russian chironomid-based modern summer temperature data set and inference models. – Global and Planetary Change, 2015. – P. 10–25.

5. Биологические индикаторы в палеобиологических исследованиях: атлас. – Казань: Казан. ун-т, 2013. – 148.

6. Walker I. R., in Tracking environmental change using lake sediments,: Zoological Indicators Vol. 4, 2001. – P. 43–66.

7. Self A. E., Brooks S. J., Birks H. J. B. et al. he distribution and abundance of chironomids in high-latitude Eurasian lakes with respect to temperature and continentality: development and application of new chironomid-based climate-inference models in northern Russia. – Quaternary Science Reviews, Vol. 30, 2011. – P. 1122–1141.

8. Klemm J., Herzschuh U., Pestryakova L.A. Vegetation, climate and lake changes over the last 7000 years at the boreal treeline in northcentral Siberia. – Quaternary Science Reviews, 2015. – P. 1–13.

9. Nazarova L., Herzschuh U., Wetterich S. et al. Chironomid-based inference models for estimating mean July air temperature and water depth from lakes in Yakutia, northeastern Russia. – Journal of Paleolimnology, 45(1), 2011. – P. 57–71.

10. Brooks SJ. Fossil midges as palaeoclimatic indicators of the Eurasian region. – Quaternary Science Reviews, 25, 2006. – P. 1894–1910.

11. Wiederholm T.. Chironomidae of the Holarctic region. Keys and diagnoses. Part 1. Larvae. Entomologica Scandinavica, Suppl. 19, 1983. – P. 1–457.

12. Гриббин Дж., Лэм Г.Г. Изменение климата за исторический период – Л.: Гидрометеоиздат, 1980. – P. 102–121

13. MacDonald D.D., Ingersoll C.G., Berger T. Development and

Реконструкция палеоэкологических и палеоклиматических условий голоцена

evaluation of consensusbased sediment quality guidelines for freshwater ecosystems. – Arch.Environ.Contam.Toxicol 39, 2000. – P. 20–31.

152

evolutionary

algorithm

optimization

traic low

freeway

queuing system

The paper presents an approach

to construct a managing strategy for

ramp metering based on solving a non-

linear optimization problem. The solution

of the described problem was found using

Diferential Evolution strategy giving

global optimum for non-linear and non-

diferentiable or multimodal functions

possessing good convergence at the same

time. Numerical experiments were made

under the data from a freeway section

in German state North Rhine-Westphalia

operated by ramp metering system.

Calculations proved the efectiveness

of the proposed approach.

1Lipetsk State Technical University, Lipetsk,

Russia

2Ruhr University Bochum, Bochum, Germany

A. Sysoev1, S. Hohmann2, Ning Wu2,

J. Geistefeldt2

evolutIonary algorIthm to optImIze traffIc floW on freeWays


153

IntroductionRamp metering is a very popular and efective way to prevent

traic congestions on freeways. hey are employed mainly for reducing delays for users of high volume freeways and increasing speed within loaded locations at critical times; improving safety by merging traic management as well as decreasing number of traic accidents and the consequential inluences. Based on various assumptions and techniques many diferent algorithms were proposed. Depending on data which particular method uses it is possible to determine ixed-type, adaptive and predictive policies. he areas, where algorithms are applied, deine the level of operation. If a single ramp operates independently and is not connected with neighbor entries, it operates under the local control. It is typically for Demand-Capacity [1] or ALINEA [2] algorithms. When many ramps are linked and work as a whole system, they use a possible method of their cooperation. his approach was proposed for improving local strategies by widening advantages of local techniques. here are three ways to connect control in local areas to get a better service within the freeway. in cooperative strategy the previous ramp upstream reacts to the pre-congested situation downstream reducing the metering rate to support the next ramp. his strategy is used by Helper [3] or MILOS [3,4] algorithms. Competitive algorithms are based on a comparison between the calculated metering rates, and the most prospective rate should be applied when the others have to be rejected. hese ideas are realized in SWARM [5] and Bottleneck [3,6] algorithms. he integral mechanism is used to ind a consensus between the local optimal strategies and the wide system strategy. he most known algorithms here are the linear programming scheme [3,7] proposed in 1970 in Japan and METALINE [8]. All in all, whatever strategy is used, it must be efective in diferent contexts. First of all, using this strategy makes sense only when entering vehicles produce a congestion situation on the mainline and the technique shouldn’t

154

A. Sysoev, S. Hohmann, Ning Wu, J. Geistefeldt

create large waiting time delays on approaches to entry intersections. Secondly, the correct choice of control algorithms should be based on a deep analysis of a particular freeway, its traic characteristics and geometry. his list of conditions, of course, may be supplemented, but one of the most important conditions is the simplicity of the way in which a mathematical problem, underlying the strategy, could be solved.

Modeling freeway segment as a queueing system. to quantify the total travel time, the travel time at mainline and the waiting time on approaches have to be summed up. For each time interval, both components were calculated [9,10,11]. to account for the stochastic variability of traic low processes, the estimation of demand and capacity considers both systematic and stochastic components. Traic demand data from automatic loop detectors in 1-minute intervals were used and the estimation of time series of freeway capacity is based on the concept of stochastic capacities. Because of that randomly generated traic demand and capacity values, a total of 1000 simulation runs was carried out in order to receive a realistic distribution of congestion occurrence. he deterministic queueing system which is under consideration in this paper is D/D/1, where D is responsible for deterministic distribution law and 1 shows that the system is considered to be determined as a single-channel system.

he layout on Figure 1 demonstrates the way deterministic queueing systems here were applied for modelling freeway segment functioning. Depending on the nature of existing traic delay times there were deined the following two types of queueing systems.


155

Fig. 1. Queueing systems as a basis of freeway segment.

(QS Type 1) D/D/1 queueing system used to model characteristics of traic low within the mainline. Output parameters which are interested there are total travel times. (QS Type 2) D/D/1 queueing system used to model characteristics of traic low on the approaches to entry ramps. his approach must be applied to calculate delays arisen because of high low rate within the mainline and/or ramp metering.

Now the formulation of the problem is to ind optimal regulation parameters for systems of the second type to provide higher level of quality for the whole freeway segment.

Optimization problem statement.he problem described below can be considered as a non-

linear multidimensional constrained global optimization problem with the following formulation:

min ( ( ) ( ))x R

j j

j

m

nt x d x

∈ =

+∑1

(1)

with following constraints:

x x x

g x

h x

min max ,

( ) ,

( ) ,

≤ ≤

≤

=

0

0

(2)

where tj(x) ‒ total travel time within the segment j (veh∙h), dj(x) ‒ average delay time on the approach within the segment j (veh∙h), x ‒ vector of optimal cycle times for the investigated part of freeway (s), xmin, xmax ‒ minimum and maximum limitations of the cycle times respectively (s), h(x), g(x) ‒ equality and inequality constraints functions respectively.

his formulation (1)-(2) is a general one and in every particular case diferent additional equality and inequality constraints functions

156


could be taken into account. For the investigated freeway section in German state North Rhine-Westphalia connection inequality relation for entry ramps which control an access to mainline and function as a coordinated system was used.

To ind the solution of the problem (1)-(2) algorithms of both types analytical and numerical may be applied. he only limitation for using analytical approach is non-diferentiability of the function estimating delay on approaches to entry ramps in case of congestion. Before the volume-to-capacity ratio equals 1, the problem (1)-(2) could be solved with traditional methods such as Lagrange multipliers approach. But it is more complicated then applying numerical schemes. in our work we chose the diferential evolution method which uses main techniques of genetic algorithms and ideas of non-using the gradient of the function being optimized. Further concept outlines of this method are given.

Global optimization by diferential evolution approach.Diferential evolution is a direct search procedure based

on main ideas of genetic algorithms. Similar direct strategies like those by Nelder and Mead or by Hooke and Jeeves use greedy criterion to decide whether the optimal parameters are found and, because of a fast convergence, have a risk to be trapped into local optima. in contrast to them the diferential evolution strategy guarantees inding global optimum in case if it exists. his algorithm was irstly proposed by Storn and Price [12] and then developed further. Diferential evolution was designed to be a stochastic direct search method. It means that the value of function but not derivatives in every step is only used and the method could be applied to diferent types of cost functions. his scheme uses a vector of optimized values where stochastic perturbation of this vector could be done independently within diferent processors of even diferent computers. Principles of setting control parameters are


157

very transparent and could be modiied in every speciic problem; this fact makes diferential evolution applicable and adaptive. Many practical tests for classical well known and non-classical speciic cost functions allow considering a very good convergence of the described optimization method.

Let us give a basic scheme of the optimization by using diferential evolution approach [12]. For every generation N-dimensional parameters vector x

i G,, i NP=1,.., is produced.

at each step mutation, crossover and selection are used. he initial population vector should be chosen randomly from the set of possible solutions. his technique generates new parameter vector by adding a weighted diference of two vectors to the third. his operation is

called mutation v x F x xi G r G r G r G, , , ,

,+ = + ⋅ −( )1 1 2 3 where: v

i G, +1 ‒

mutated vector, x x xr G r G r G1 2 3, , ,, , ‒ population vectors with random

indexes r r r NP1 2 3 1, , ,...,∈ , F ‒ positive constant parameter, which

controls the diferential variance, F ∈[ ]0 2; .

he parameters of mutated vector should be then mixed with the parameters of another predetermined vector to build a trial-vector. his trial vector is u u u

i G i G Ni G, , ,,...,+ + += ( )1 1 1 1 , where:

uv if rand j CR or j rnbr i

v if rand j CRji G

ji G

ji G

,

,

,

( ) ( ),

( )+

+=≤( ) =

>1

1

(( ) ≠

=

or j rnbr ij N

( ),,..., ,1

randb(j) ‒ the jth evaluation of a uniform random number, CR ‒ crossover constant which has to be determined, CR∈[ ]0 1; , bigger value of CR gives faster convergence (in case if it occurs), rnbr(i) ‒ randomly chosen index, which ensures that u

i G, +1 gets at least one parameter from v

i G, +1 .

If the trial vector delivers lower cost function value (in case of minimization) than the vector from which it was produced, the trial

158


vector replaces that vector in the following generation. his operation is called selection. Successful combination of three operations above may construct efective and fast algorithms to solve the considered problem.

Numerical experiments and discussing resultshis system contains 5 entry ramps, where 2 ramps are located

in the same merge point and function in a connection (cf. Fig. 2). For optimization procedure and following analysis traic data collected by the system of detectors located before and ater merge points and on approaches to entry ramps were used. to analyse and optimize the system R free sotware was used.

Fig. 2. Layout of the investigated freeway section.

Found optimal metering rates were applied to calculate total travel times at the mainline and on approaches to entry ramps. Firstly, the advantage of the described method in comparison with non-using ramp metering at all was investigated. hen the results were compared with the other possible solutions. he following scenarios were investigated. Scenario A: Ramp metering system is deactivated. Scenario B: Applying local algorithms (ALINEA). Scenario C: Setting ixed minimal rates for all entry ramps. Scenario D: Using the proposed strategy described above. Scenario E: Setting ixed averaged rates for all entry ramps by taking the average value from those found in Scenario D.

Deactivation of the ramp metering system (Scenario A) was efective only in 16% of time intervals and these events have a normal distribution. his could be explained by using stochastic capacity approach and short time intervals. ALINEA gave delays on entry ramps smaller than the proposed method, but on the mainline the


159

described approach was more successful. It also should be noted that local strategies gave the worst outcomes as compared with the other techniques (smaller than 5% positive cases). herefore this strategy is excluded from further consideration. in 47% cases all considered techniques (Scenarios C, D and E) gave the same result. From the position of optimization it could be explained by the existence of minimum solution on the lower bounds. When the only one policy gave the best result, it was in 60% cases the proposed strategy (Scenario D). in 38.7% cases the strategy with the same average values for every ramp (Scenario E) was the best. And the policy of using minimum allowable time limits gave the best results only in 1.3% cases (Scenario C). According to German traic regulation rules it is supposed that 1 vehicle could enter the mainline every 5 s.

References1. Aghdashi, S. Traic Flow Optimization in a Freeway with

Stochastic Segments Capacity. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in Operations Research, North Carolina State University, Raleigh, North Carolina, USA, 2013.

2. Scariza, J. R. Evaluation of Coordinated and Local Ramp Metering Algorithms using Microscopic Traic Simulation. hesis for Master of Science in Transportation, Department of Civil and Environmental Engineering, Massachusetts Institute of Technology, USA, 2003.

3. Lipp, L., Corcoran, L. and Hickman G. Beneits of central computer control for the Denver ramp metering system. Transportation Research Board Record 1320, January 1991.

4. Ciarallo, W. and Mirchandani, B. RHODES-ITMS-MILOS: Ramp Metering System Test. Report AZ-02-481. Arizona Department of Transportation, USA, 2002.

5. Baridam, B.B. and Nnamani, C.L. Application of Particle Swarm Optimization to Solve Transportation Problem. International


Journal of Computer Science and Information Security, Vol. 14, No 1, January 2016.

6. Hochbaum, D.S., Woeginger, G.J. a linear-time algorithm for the bottleneck transportation problem with a ixed number of sources. Operations Research Letters, Vol. 24, No 1-2, February 1999.

7. Bogenberger, K. and May, A.D. Advanced Coordinated Traic Responsive Ramp Metering Strategies. California PATH Working Paper UCB-ITS-PWP-99-19, Report for MOU 305, 3004, USA, 1999.

8. Papageorgiou, M. and Kotsialos, A. Freeway Ramp Metering: an Overview. IEEE transactions on intelligent transportation systems, Vol. 3, No 4, December 2002.

9. Geistefeldt, J. and Hohmann, S. Model-Based Estimation of Congestion-Related Travel Time Losses on Freeways. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, No. 2470, 2014.

10. FGSV. Handbuch fuer die Bemessung von Strassenverkehrsan lagen (German Highway Capacity Manual, HBS). Forschungsgesellschat für Straßen- und Verkehrswesen (Hrsg.), FGSV Verlag GmbH, Koeln, 2014.

11. TRB. Highway Capacity Manual. Transportation Research Board, National Research Council, Washington D.C., 2010.

12. Storn, R. and Price, K. Diferential Evolution – a Simple and Eicient Heuristic for global Optimization over Continuous Spaces. Journal of Global Optimization, Vol. 11, No 4. December 1997.

161

image processing

texture features

metal surfaces

industrial cameras

surface quality

Developing of computer systems led to the

crucial improvement of image processing

algorithms. Nowadays these algorithms

are applied in diferent ields of computer

or machine vision systems. in this research

texture features were used for analysing

quality of metal surfaces using images

obtained with industrial cameras. This kind

of contactless surface quality assessment

is cheaper and quicker in compare with

traditional contact methods. 27 diferent

texture features were calculated for a set

of surface images. Correlation coeicients

between these texture features and

roughness parameters for the sample

surfaces regions were estimated. Results

showed that texture features can be

successfully used for surface quality

assessment.

1National Research University of Information

Technologies, Mechanics and Optics, Saint

Petersburg, Russia2Ilmenau University of Technology, Ilmenau,

Germany3Society for Production Engineering and

Development (GFE e.V.), Schmalkalden, Germany

K.V. Trambitckii1,2, K. Anding1,

D. Garten3

2D texture features analysIs of metal surface Images

K.V. Trambitckii, K. Anding, D. Garten

162

IntroductionQuality assessment of machined surfaces is an important

step in quality control of industrial production process. It gives a possibility to answer the question, whether current quality of a surface fulil given requirements. here are two groups of quality assessment methods: contact and contactless. Contact measurement using proilometer is a traditional way of surface roughness control. he main disadvantages of contact methods is a slow speed of quality assessment and damaging of the measured surface by a probe of the measurement device. Another alternative is a group of contactless methods, where surface roughness obtained without any physical contact with measured surface.

Nowadays the large progress can be observed in the ield of computer technologies. Developing of computer systems led to the crucial improvement of image processing algorithms. hese algorithms can be applied in diferent ields of computer or machine vision.

State of the artTexture features were studied in diferent works by diferent

authors. hey are successfully used in various ields of image processing. Some lenses of industrial cameras have short working distances, which can lead to narrow depth of ield on resulting images. If the surface has a complex shape, which has large deviations from the plane, which is perpendicular to an optical axis of the lens, some surface regions can be out-of-focus on the image. his results in images having the regions with less useful information in compare with in-focus regions. Trambitckii et al. used in their research diferent texture features to detect and segment such out-of-focus regions on the images of metal surfaces [1]. hus, only the segmented in-focus regions with more useful information can be used for further work with such images. Haralick et al. described features,


163

which are calculated using grey level co-occurrence matrix (GLCM) [2]. his matrix can be calculated in various directions and diferent distances relatively to neighbourhood pixels. hen a set of features can be estimated for a set of several GLMC. hese features describe diferent statistical information of image and they are successfully used for images classiication [3]. Li Liu et al.used generalized local binary pattern (LBP) for texture classiication [4]. Diference-based and intensity-based features are calculated and successfully tested on image database.

In this research, texture features were used for analysing of metal surface images quality. Correlation coeicients between this set of texture features and a set of roughness parameters for the sample surfaces were estimated. Results showed that texture features can be successfully used for surface quality assessment. his kind of contactless surface quality assessment is cheaper and quicker in compare with traditional contact methods.

Texture features27 diferent texture features were calculated in MATLAB

environment for a set of surface images, obtained with industrial cameras. in this chapter several features, which show high correlation with roughness parameters in this research, are described.

Average central moment feature (FACM) is described by Shirvaikar in his work [5] and it is estimated by the following formula:

F k h kACM

k

L

= − ⋅=

−

∑ µ ( )0

1

(1)

where L is the amount of levels of grey an image has, μ is an average value of grey levels of the image, h(k) is the value of a histogram for the k-th grey level.

Santos et al. [6] deined thresholded absolute gradient:


164

F I i j I i jGRAT

NM

= + −∑∑ ( , ) ( , )1 (2)

when I i j I i j( , ) ( , )+ − ≥1 ν ,

where M and N are the width and height of the image in pixels, I(i,j) is the grey level intensity of pixel (i,j), v is the threshold of the gradient.

MethodologyTo be able to ind the same regions both in camera image and

3D surface, the regions on the sample metal surfaces were mark, as shown on ig. 1. hese marks can be seen in both 2D camera images and 3D surface measurement system.

Light is very important for photography. to check the inluence of a lighting environment on results of the experiment, ring light as well as light through lens were used.

Fig. 1. Sample image of metal surface.


165

Ater a set of texture features for the regions of interests was calculated, 11 roughness parameters for the same regions were calculated as well. Regions were divided into several subregions, and every feature was calculated for every subregion. he sizes of subregions were picked in such a way that both output matrices have the same size. his resulted in two equal-dimension sets of matrices: 2D texture features and 3D roughness parameters.

Correlation estimationHaving two variables sets of the same size, correlation

coeicient between them can be estimated. he closer correlation coeicient is to 1 or -1, the more linear dependency two variables have. If correlation coeicient is equal to 0, then there is no linear dependency between them. in our research correlation between both sets of 2D texture features and 3D roughness parameters was estimated. Correlation for 297 pairs of features was calculated. he distribution of correlation for all pairs is shown in ig. 2.

Fig. 2. Correlation distribution.

ConclusionDuring the research 27 texture futures were calculated for a set

of metal surface images. 11 roughness parameters were calculated for the same set. Correlation between this sets were estimated. Around


166

33% of all parameters showed strong correlation. hat shows that texture features can be used for quality assessment of metal surfaces image obtained with industrial cameras. in future researches it is possible to try another lighting conditions and diferent industrial cameras.

Acknowledgementshe Michail Lomonosov grant for Konstantin Trambitckii and

a research project, which forms the basis of this paper, are supported by DAAD, the Ministry of Education and Science of the Russian Federation and the huringian Ministry of Economy, Employment and Technology (TMWAT) with means from the European Social Fund (ESF). he responsibility for the content of this paper lies with the author.

References1. Trambitckii K., Anding K., Polte G., Garten D.. Elimination of out-

of-focus regions for surface analysis in 2-d colour images. – Ilmenau: Shaping the future by engineering, Ilmenau Scientiic Colloquium, vol. 58, 2014.

2. Haralick R.M., Shanmugam K., Dinstein I.. Textural features for image classiication. – in IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, vol. SMC-3, No. 6, 1973. – pp. 610–621.

3. Alegre E., Alaiz-Rodríguez R., Barreiro J., Fidalgo E., Fernández L.. Surface inish control in machining processes using Haralick descriptors and neuronal networks. – Berlin: Springer Berlin Heidelberg, vol. 6026, 2010. – pp. 231–241.

4. Li L., Fieguth P., Kuang G.. Generalized Local Binary Patterns for Texture Classiication. – BMVA Press, 2011. – pp. 123.1–123.11.

5. Shirvaikar M.V.. an optimal measure for camera focus and exposure. – in proceedings of the hirty-Sixth Southeastern


Symposium on System heory, 2004. – pp. 472–475.

6. Santos A., Ortiz De Solórzano C., Vaquero J. J., Peña J. M., Malpica N., Del Pozo F.. Evaluation of autofocus functions in molecular cytogenetic analysis. – Journal of Microscopy, 1997, vol. 188, No. 3. – pp. 264–272.

168

онтология

жизненный цикл

сложная техническая система

онтологический инжиниринг жизненного цикла

управление жизненным циклом продукции

интегрированная интеллектуальная система управления жизненным циклом продукции

В статье рассмотрены актуальные пробле-мы управления жизненным циклом про-дукции (Product Lifecycle Management – PLM), описана концепция инженерии жизненного цикла (ЖЦ) сложной техни-ческой системы, показана необходимость построения и использования различных моделей ЖЦ для создания PLM-систем нового поколения. В этой связи просле-жены варианты интеграции и интеллекту-ализации систем управления жизненным циклом. В качестве ключевого решения предложено ввести в состав PLM-системы подсистему управления знаниями о ЖЦ продукции, опирающуюся на методоло-гию онтологического моделирования. Разработана иерархическая система онто-логий PLM, положенная в основу онтоло-гического инжиниринга.

МГТУ им. Н.Э. Баумана

Fraunhofer IPK

А.В. Федотова

исследование вариантов интеллектуализации систеm управления жизненныМ циклоМ сложных технических систеМ

169

Исследование вариантов интеллектуализации систеm управления...

ВведениеСовременное машиностроение связано с разработкой

сложных технических систем (СТС) – искусственных систем, состоящих из большого числа неоднородных элементов и подси-стем, которые отличаются значительным разнообразием внутренних связей, разветвленной структурой и градациями работоспособных состояний. Концепция жизненного цикла слож-ной технической системы (ЖЦ СТС) [1, 2], связанная с отображением изменений ее состоя-ний в течение длительного периода времени, представляет собой основной вариант реализации системного подхода в машиностроении. Она обеспечивает интеграцию процессов проектирования, производства и эксплуатации СТС в рамках единой метамодели и предполагает темпоральную грануляцию ЖЦ СТС – его разбиение на стадии и этапы с анализом взаимосвязей между ними [3].

Управление жизненным циклом продукции PLM представляет собой методологию применения современных информационных технологий для повышения конкурентоспособности промышленных предприятий, причем упор делается на управлении данными о продукции (Product Data Management – PDM) [4]. В основе управления жизненным циклом СТС лежит понятие единого информационного пространства предприятия и интегрированной модели управления данными об СТС [3,4].

В настоящей работе рассмотрены актуальные проблемы управления жизненным циклом продукции, описана концепция инженерии ЖЦ СТС, показана необходимость построения и использования различных моделей ЖЦ для создания PLM-систем нового поколения. Систематизированы варианты интеграции и интеллектуализации PLM-систем. Здесь в качестве главных решений предложено ввести в состав

170


системы управления ЖЦ СТС подсистему управления корпоративными знаниями, опирающуюся на методологию онтологического инжиниринга [5] и модель согласованного управления жизненными циклами предприятия и его продукции [6]. В этом контексте центральное место занимают различные подходы, обеспечивающие наглядное представление информации и знаний о СТС: визуальная аналитика и когнитивная компьютерная графика, графическая модель связей между требованиями технического заданиями, компонентами и параметрами СТС и интеллектуальный анализ визуальных данных, построение когнитивной карты онтологий ЖЦ СТС и наглядное представление методики онтологического проектирования.

1. Проблемы управления жизненным циклом продукцииВ настоящее время наблюдается значительный рост

сложности продукции машиностроения, распределенных процессов ее создания, организационных структур предприятий, формирующих корпоративные сети, деятельности проектантов, конструкторов, инженеров, связанной с информационной подготовкой и принятием проектных решений. Соответственно, анализ и управление информацией о разрабатываемых СТС становятся все более затрудни-тельными и проблематичными [7]. Для решения этих проблем необходимо дальнейшее развитие PLM-cистем, реализующих единый подход к управлению информацией о продукции предприятия на протяжении всего ее жизненного цикла на основе интеграции распределенных информационных процессов, сетевых организационных структур и передовых инфо-коммуникационных технологий. Концепция и методология Product Lifecycle Management зародились еще в 1990-х годы, но получили широкое развитие уже в XXI-м веке [1].

171


Необходимыми условиями эффективности управления ЖЦ являются его инженерия (Lifecycle Engineering) и моделирование (Lifecycle Modeling). Концепция инженерии жиз-ненного цикла предполагает широкое применение современных информационных и комму-никационных технологий в моделировании и интеграции его этапов [3]. В настоящей работе инженерия ЖЦ СТС понимается как основа для интеграции различных процессов и структур на предприятии. В свою очередь, моделирование ЖЦ создает основу для выработки эффективных стратегий его управления. Модель жизненного цикла позволяет определить базовую структуру, объединяющую все этапы, работы и процессы, встречающиеся на протяжении ЖЦ [1-3]. Она зависит от объема проекта, требований к СТС, условий окружающей среды. В существующих системах управления ЖЦ нет возможностей использовать различные модели жизненных циклов, а также осуществлять построение и выбор моделей ЖЦ.

С точки зрения развития и применения информационных технологий, управление ЖЦ СТС должно обеспечивать сохранение огромного количества информации, поиск и ее эффективное использование. Кроме того, оно должно гарантировать, что информация из разных областей и этапов жизненного цикла будет логически и динамически связной. Важными современными тенденциями построения систем управления ЖЦ являются их интеграция и интеллектуализация.

2. Варианты интеграции и интеллектуализации систем управления жизненным циклом продукцииК основным вариантам интеграции и интеллектуализации

PLM-систем можно отнести [6, 7]: визуальную аналитику для PLM, отслеживание взаимосвязей между параметрами разнородных объектов методами системной инженерии,

172


построение интеллектуальных систем поддержки принятия решений при управлении, разработку интеллектуальных агентов и многоагентных систем для поддержки различных стадий ЖЦ продукции, моделирование ЖЦ СТС и управление знаниями о ЖЦ, разработку системы онтологий для семантической интеграции данных и знаний.

Согласно [8], визуальная аналитика есть наука об аналитических рассуждениях, поддерживаемых и облегчаемых с помощью интерактивных графических интерфейсов. По сути, это междисциплинарная область, которая связана с визуализацией данных и информации, а также с проведением аналитических рассуждений с помощью визуальных интерфейсов и организацией взаимодействия человека с компьютером (рис. 1).

Рис. 1. Основные компоненты визуальной аналитики

Общий процесс визуальной аналитики представлен на рис. 2. из рис. 2 видно, что это – итеративный процесс, который включает: сбор и предварительную обработку данных («big data»), их моделирование и визуализацию, обнаружение, приобретение и представление знаний, организацию взаимодействий и принятие решений.

В русле управления жизненным циклом продукции визуальная аналитика обеспечивает понимание прошлой

173


и текущей ситуации, а также ряда событий, которые приводят к этим ситуациям. Визуальная аналитика поддерживает визуализацию нескольких слоев данных, абстракцию и интеграцию данных из различных источников, приведение их к общему представлению [8, 9, 10, 11, 12]. Это особенно актуально для гетерогенных ИТ-сред PLM, таких как сегодняшние PDM-системы, которые используются в качестве инфокоммуникационных магистралей для PLM-систем. Никакой инженер не может управлять столь огромным объемом данных и информации без использования специальных средств информационной графической поддержки.

Рис. 2. Процесс визуальной аналитики

Одной из ключевых проблем визуализации в PLM-системах является наглядное представление взаимосвязей между различными требованиями к СТС, а также между ее различными компонентами и подсистемами на протяжении всего ЖЦ. Управление жизненным циклом сложной технической системы предполагает информационную интеграцию и обеспечение интероперабельности разнородных компонентов, относящихся к механическим, электронным, программным подсистемам, между которыми существуют определенные взаимосвязи и взаимозависимости.

174


При создании СТС группа разработчиков должна периодически проверять, соответствуют ли результаты разработки требованиям заказчика, и осуществлять управление требованиями, а также отслеживать динамические взаимосвязи между компонентами СТС и их текущими параметрами. При этом важную роль в автоматизации процессов отслеживания взаимосвязей в системной инженерии играют методы и средства интеллектуального анализа данных и обнаружения неявных знаний о взаимозависимостях. В [7] описано инструментальное средство моделирования трассировок в системной инженерии ЖЦ Model Tracer, которое обеспечивает отслеживание взаимозависимостей и управление изменениями на протяжении ЖЦ СТС.

Взаимозависимости между проектными структурами и параметрами на различных стадиях разработки СТС могут быть настолько сложными, что разработчику становится очень трудно вручную осуществлять информационную подготовку, оценку альтернатив и выбор эффективного проектного решения. В связи с этим включение в состав PLM-системы интеллектуальной подсистемы поддержки принятия решений [7], обеспечивающих взаимосвязи между данными, относящимися к различным этапам ЖЦ СТС, и облегчающих синтез и выбор проектных решений, позволит существенно повысить их эффективность.

Управление жизненным циклом продукции на современном предприятии подразумевает обеспечение возможности построения, выбора и использования различных моделей жизненных циклов – линейных, круговых, инкрементальных, спиральных [13]. В частности, последовательные модели ЖЦ с частичным запараллеливанием его этапов позволяют наглядно представить стратегию совмещенной разработки (Concurrent Engineering), а с помощью спиральных моделей можно отобразить

175


итеративный характер процессов и работ на протяжении ЖЦ СТС, показать повторяемость его этапов, определить удельный вес процессов перепроектирования и коррекции во всем жизненном цикле.

Современное машиностроительное предприятие представляет собой организационную сеть, в которой циркулируют разнородная информация и знания о продукции – сложной технической системе. Это обусловливает целесообразность построения PLM-cистемы как сообщества многоагентных систем (МАС), соответствующих различным аспектам ЖЦ продукции. с одной стороны, речь идет о многоагентной организации взаимодействия «заказчик-исполнитель», в которой выделяются такие классы агентов как: агент-заказчик, агент-исполнитель, агент-координатор, агент-субординатор [14]. Здесь агент-заказчик формирует запрос и отсылает заказ на выполнение некоторого задания. Агент-координатор создает и поддерживает сеть заказов и обязательств, связанных с созданием СТС. Агент-исполнитель выполняет заказ и сообщает об этом агенту-координатору. Агент-субординатор управляет взаимодействиями между агентом-заказчиком, агентом-координатором и агентом-исполнителем. с другой стороны, агентификация самого жизненного цикла СТС означает создание МАС по этапам ЖЦ, включающей агента требований, агента проектанта, агента конструктора, агента технолога, агента производственника, агента эксплуатационника, и пр.

В свою очередь, реализация многоагентной технологии создания PLM-cистемы подразумевает построение системы онтологий для обеспечения взаимопонимания и совместной работы агентов.

176


4. Иерархия онтологий PLM Ввиду большой сложности PLM как «системы систем»,

построение единственной понятной и согласованной предметной онтологии оказывается невозможным, поэтому следует строить систему онтологий PLM [15] (рис. 3).

Рис. 3. Иерархическая система онтологий для управления ЖЦ СТС

В ней на нижнем уровне строятся онтология предметной области: стадии и этапы жизненного цикла сложной технической системы, онтология задач управления ЖЦ и онтология приложений: машиностроение», а на верхнем уровне – онтологии базовых категорий, относящихся к ЖЦ, например, онтология времени для ЖЦ. Согласно Дж. Сова [16], онтологии верхнего уровня описывают наиболее общие, парадигматические концептуализации, независимые от предметной области и ее задач, которые характеризуют состояние некоторого профессионального сообщества. В отличие от этого онтологии нижнего уровня носят локальный, специфический характер и непосредственно зависят от типа и ролей агентов PLM, для которых они используются.

Для построения онтологии времени как онтологии верхнего уровня для ЖЦ можно использовать две знаменитые метафоры времени – «колесо времени» и «стрела времени», которые привели к появлению двух взаимодополняющих моделей жизненных

177


циклов – линейной и круговой. Временные онтологии могут опираться на отношения логики Аллена [17].

В онтологии предметной области рассматриваются стадии и этапы ЖЦ СТС и их взаимосвязи между собой (стадии: проектирование, производство эксплуатация; этапы: например, разработка технического предложения, эскизное проектирование, рабочее проектирование и т.д.), т.е. крупнозернистые и мелкозернистые гранулы ЖЦ.

Онтология задач управления ЖЦ содержит, например, такие задачи, как уменьшение времени проектирования и увеличение времени эксплуатации системы [3, 6]. В качестве онтологии приложений выступает машиностроение.

Термин «метаонтология» (т.е. онтология над онтологиями) понимается как основа нисхо-дящего онтологического проектирования. Метаонтология обеспечивает как точную математическую спецификацию онтологий, так и формальный анализ их свойств [18]. с ее помощью устанавливают соответствие между типом имеющейся информации (уровнем неопределенности) и выбираемым языком описания PLM-системы. из рис. 3 видно, что выбор той или иной метаонтологии непосредственно определяет состав онтологий, взаимосвязи между ними, выбор формальных моделей и языков для представления онтологий как верхнего, так и нижнего уровня. Гранулярные метаонтологии предполагают рассмотрение базовых понятий нижележащей онтологии на различных уровнях абстрактности. Рассматривая систему онтологий в контексте онтологического инжиниринга СТС можно сделать вывод, что данный подход позволяет интегрировать информацию и знания из разных предметных областей, различных этапов ЖЦ, а также логически и динамически увязывать ее.

Работа выполнена при поддержке DAAD и МинОбр РФ (Проект НМ3754).

178


Список литературы1. Stark J. Product Lifecycle Management: 21st Century Paradigm for

Product Realization, 2nd ed. – London: Springer-Verlag, 2011.

2. Валькман Ю.Р. Интеллектуальные технологии исследовательского проектирования: формальные системы и семиотические модели. – Киев: Port-Royal, 1998.

3. Федотова А.В., Тарасов В.Б. Дисциплина «Автоматизация управления жизненным циклом продукции» и ее роль в техническом университете // Открытое образование. – 2015. – 6. – С. 83–88.

4. Управление жизненным циклом продукции/А.Ф.Колчин, А.Ф. Стрекалов, М.В. Овсянников, С.В. Сумароков. – М.: Анахарсис, 2002.

5. Гаврилова Т.А. Онтологический подход к управлению знаниями при разработке корпора-тивных информационных систем//Новости искусственного интеллекта. – 2003. – 2. – С. 24–30.

6. Тарасов В.Б. Управление жизненными циклами продукции и предприятия – ключевой ас-пект инжиниринга сетевых предприятий// Инжиниринг предприятий и управление знаниями. Сборник научных трудов XVII-й научно-практической конференции (ИП&УЗ-2014, Москва. МЭСИ, 24-25 апреля 2014г.). – М.: МЭСИ, 2014. – С. 245–255.

7. Intelligent Information Technologies to Enable Next Generation PLM/ R.Stark, T. Damerau, H.Hayka, S.Neumeyer, R.Woll// Product Lifecycle Management for a Global Market. Proceed-ings of 11th IFIP Working Group 5.1 International Conference/ (PLM-2014, Yokohama, Japan, July 7–9, 2014/ Ed. by S.Fukuda. – Berlin: Springer-Verlag, 2014. – P. 485–495.

8. Illuminating the Path: the Research and Development Agenda for Visual Analytics/Ed.by J.J. homas, K.A. Cook. – Los Alamitos CA:

179


IEEE Computer Society Press, 2005.

9. Зенкин А.А. Когнитивная компьютерная графика. – М.: Наука, 1991.

10. Поспелов Д.А. Когнитивная графика – окно в новый мир // Программные продукты и системы. – 1992. – 3. – С.4–6.

11. Data Mining and Knowledge Discovery Handbook/ Ed. by O.Maimon, L. Rokach. – Heidelberg: Springer-Verlag, 2010.

12. Visual Analytics: Scope and Challenges / D.A. Keim, F. Mansmann, J. Schneidewind, J. homas, H. Ziegler // Visual Data Mining. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 4404. – Heidelberg: Springer-Verlag, 2008. – P. 76–90.

13. Fedotova A.V., Tarassov V.B. Development and Interpretation of Spiral Lifecycle’s Model: a Granular Computing Approach // Proceedings of the 7th International Conference on Sot Compu-ting, Computing with Words and Perceptions in System Analysis, Decision and Control (ICSCCW’2013, Izmir, Turkey, September 2-3,2013)/ Ed. by R.A. Aliev, K.W. Bonig, M. Jamshidi, I.B. Turksen.–Kaufering: b-Quadrat Verlag,2013. –P. 432–440.

14. Тарасов В.Б. от многоагентных систем к интеллектуальным организациям. – М.: Эдито-риал УРСС, 2002.

15. Tarassov V.B., Fedotova A.V. Lifecycle Ontologies in Enterprise Engineering // Proceedings of the VIIIth World Conference on Intelligent Systems for Industrial Automation/ Ed. by N. Yusupbekov, R. Aliev, J. Kacprzyk, K. Bonig (WCIS-2014, Tashkent, Uzbekistan, November 25-27, 2014). – Kaufering: b-Quadrat Verlag, 2014. – P. 464–473.

16. Sowa J.F. Top-Level Ontological Categories // International Journal of Human-Computer Studies. – 1995. – Vol.43, 5-6. – P. 669–685.

17. Allen J.F. Maintaining Knowledge about Temporal Intervals//


Communications of the ACM. – 1983. – Vol.26. – P. 832–843.

18. Тарасов В.Б. Инжиниринг предприятий и организационные онтологии // Инжиниринг предприятий и управление знаниями. Сборник научных трудов XVIII-й научно-практической конференции (ИП&УЗ, Москва, МЭСИ, 21-24 апреля 2015 г.). – М.: МЭСИ, 2015. – С. 25–41.

181

кариологические

показатели

цитогенетический

статус

микроядра

антропогенная

нагрузка

дети

буккальный

эпителий

Проведена оценка генотоксического

загрязнения природной среды в Ярос-

лавской области с использованием

биопсийного материала человека. В ре-

зультате исследования определен цито-

генетический статус детского населения

Ярославской области. Частота встречае-

мости клеток с микроядрами в буккаль-

ном эпителии у детей из контрольного

района составила 0.47±0.16‰, у детей

из районов с высокой антропогенной

нагрузкой составила 0.61±0.11‰.

Ярославский государственный

педагогический университет им.

К.Д. Ушинского

Julius Maximilians University of Wuerzburg

А.Л. Фираго

исследование цитогенетических показателей в буккальноМ эпителии у детей, проживающих

в ярославской области

182

А.Л. Фираго

ВведениеАнтропогенная деятельность является причиной

генотоксического загрязнения окружающей среды, следствием которого являются нарушения генетического аппарата живых организмов, в том числе и самого человека. Изменения в наследственном материале клеток могут служить причиной возникновения ряда заболеваний человека, в том числе злокачественных новообразований. В настоящее время в Ярославской области изучается токсикогенетическая активность объектов природной среды с использованием растительных и животных объектов, а полученные результаты указывают на загрязнение отдельных территорий генотоксикантами [1]. Одним из эффективных методов оценки генотоксического действия различных факторов является учет цитогенетических показателей в биопсийном материале человека [2–4]. Целью нашего исследования стало определение частоты цитогенетических нарушений в буккальном эпителии у детей, проживающих в Ярославской области.

Настоящее исследование проводилось с октября 2014 по декабрь 2015 гг, районами с высокой антропогенной нагрузкой (или экспонированной группой) были выбраны г. Ярославль и г. Рыбинск, в качестве контрольного района был выбран пос. Некрасовское, Некрасовского района Ярославской области. Индекс загрязнения атмосферного воздуха в г. Рыбинск в исследуемый период характеризовался как низкий, в г. Ярославль (в зависимости от района города) от низкого до повышенного [5]. В пос. Некрасовский мониторинг состояния атмосферного воздуха государственными службами не проводится. В исследовании проанализированы данные о кариологических показателях в буккальном эпителии 46 мальчиков и 35 девочек в возрасте от 5 лет 6 месяцев до 7 лет 5 месяцев. Все дети посещали детские сады, т.е.

183

Исследование цитогенетических показателей в буккальном эпителии...

находились в сопоставимых условиях питания, медицинского обслуживания, режима дня. Родители всех обследованных детей дали добровольное письменное согласие участие в исследовании.

Пробы буккального эпителия отбирали индивидуальными зубными щетками с обеих щек и помещали в 15 мл Трис-ЭДТА буферного раствора (pH=7.0). После трехкратного центрифугирования для каждого обследуемого 6 капель (по 50 мкл) клеточной суспензии помещали на нагретые до 50ºС предметнее стекла и высушивали в течение 15 минут. Фиксация охлажденных до комнатной температуры препаратов проводилась смесью этанола и ледяной уксусной кислоты (3:1) при +4ºС в течении 10 минут. до момента анализа препараты хранили при температуре -20ºС в отсутствие влаги.

Окрашивали препараты флуоресцентным красителем GelGreen (Biotum) с последующим трехкратным промыванием в натрий-фосфатном буферном растворе (pH=7.4). на высушенные стекла добавляли реагент DABCO (Sigma-Aldrich) и микроскопировали препараты при увеличении объектива х40. Учет кариологических показателей для каждого индивида производили не менее чем на 2000 клеток. В настоящем исследовании среди кариологических показателей учитывались [6]: показатели нарушения ДНК (наличие в клетке одного или нескольких микроядер и/или ядерных протрузий); показатели нарушения цитокинеза (наличие в клетке двух или более отдельных ядер, наличие одного или более сдвоенных ядер); показатели нарушения апоптоза (пикнотические клетки, клетки с конденсированным хроматином, клетки с кариорексисом, кариолизисные клетки, клетки с апоптозными телами) (рис.1)

184

А.Л. Фираго

Рис. 1. Дифференцированные буккальные эпителиоциты (окраска

GelGreen, х40, инверсия цвета)

а – нормальная клетка (слева) и клетка с микроядром (справа), б – клетка

с ядерной протрузией типа «broken egg», в – двуядерная клетка, г – клетка,

находящаяся в апоптозе (стадия кариорексис)

ИтогиДанные о базовом уровне цитогенетических повреждений,

частоте встречаемости клеток, находящихся в апоптозе, и двуядерных клеток в буккальном эпителии обследованных детей представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Частота цитогенетических нарушений, показателей цитокинеза

и апоптоза в буккальном эпителии у детей (M±s.e.m.)

МЯ – микроядра, ЯП – ядерные протрузии, ДК – двуядерные клетки, А –

клетки, находящиеся в апоптозе

185


Индивидуальные значения частот буккальных эпителиоцитов с микроядрами варьировали от 0.00‰ до 4.00‰, ядерных протрузий от 0.00‰ до 3.00‰. Частота встречаемости буккальных эпителиоцитов с одним или несколькими микроядрами в среднем составила 0.61±0.11‰ для детей из экспонированной группы и 0.47±0.16‰ для детей из условно экологически чистого района области. Ядерные протрузии регистрировались несколько чаще, их доля в среднем составила 0.69±0.09‰ в эспонированной группе и 0.63±0.15‰ в контрольной группе. Данные об уровнях цитогенетических повреждений в контрольной и экспонированной группах статистически значимо не различались.

Маймуловым с соавторами [4] были отмечены сходные уровни встречаемости микроядер в буккальном эпителии у детей в возрасте 5-6 лет в г. Санкт-Петербурге (экспонированная группа: 0.24–0.92‰; контрольная группа: 0.36–0.40‰). Корсаковым [3], Левински с соавт. [7] и Джамбетовой с соавт. [2] для детей, аналогичной возрастной группы, проживающих в промышленных районах населенных пунктов было показано кратное превышение уровня микроядер по сравнению с контрольными группами. Данные для экспонированной группы в Ярославской области незначительно превышали показатели для контрольной группы (р>0.05). Уровень нарушения цитокинеза оценивался нами по частоте двуядерных клеток, она составила в среднем 13.47±1.07‰ в контрольной группе и 14.16±0.68‰ в экспонированной группе (р>0.05). Апоптозный индекс в двух группах существенно не различался и составил в контрольной группе 103.30±11.90‰ и 106.80±5.10‰ в экспонированной группе (р>0.05).

В результате проведенного исследования можно заключить, что частота формирования цитогенетических нарушений, нарушений цитокинеза и апоптоза в буккальном

186

А.Л. Фираго

эпителии у детей дошкольного возраста в Ярославской области не зависит от уровня антропогенной нагрузки на территории проживания. Данный метод не является чувствительным для оценки влияния антропогенного загрязнения окружающей среды в Ярославской области на стабильность генома у населения.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации и Германской службы академических обменов (DAAD)

Список литературы1. Ковалева М.И. Оценка генотоксической активности воды

Верхней Волги // Биология внутренних вод. – 2003. – 2. – С. 107 – 111.

2. Джамбетова П.М., Молочаева Л.Г., Махтиева А.Б., Сычева Л.П. Оценка влияния загрязнения почв нефтепродуктами на цитогенетический статус и показатели апоптоза в клетках буккального эпителия у детей // Экологическая генетика. – 2009. – 4 (VII). – С. 34–40.

3. Корсаков А.В. Многофакторное техногенное загрязнение окружающей среды как фактор риска формирования цитогенетических нарушений у населения // Вестник Брянского государственного технического университета. – 2014. – 2 (42). – С. 155–160.

4. Маймулов В.Г., Ромашов П.Г., Чернякина Т.С., Якубова И.Ш. и др. Выявление цитогенетических нарушений в эпителиоцитах слизистой оболочки полости рта у детей и подростков, проживающих в районах с различной степенью химического загрязнения окружающей среды // Гигиена и санитария. – 2011. – 5. – С. 36–39.

5. http://www.yarregion.ru/depts/doosp/Pages/Monitoring-vozduha.


aspx // Ежемесячный бюллетень о состоянии атмосферного воздуха на территории Ярославской области

6. homas Ph., Holland N., Bolognesi C., Kirsch-Volders et al. Buccal micronucleus cytome assay // Nature protocols. – 2009. – 6 (4). – P. 825–837.

7. Левински М.В., Калаев В.Н., Буторина А.К. Анализ встречаемости клеток с микроядрами в буккальном эпителии и уровень сывороточных антител среди детского и взрослого населения, проживающего в различных районах города Кишинева // Курский научно-практический вестник «Человек и его здоровье». – 2008. – 2. – С. 12–16.

188

1Siberian State Industrial University

1Hochschule Düsseldorf

A.S. Fomin1, S.V. Kiselev1, A. Jahr2,

H. Sim2

mechanism

metrical synthesis

degree of freedom

Mechanical engineering is one of the key industries of any developed country, which directly afects both the development of other industries and the entire economy of a country as a whole, relecting the level of scientiic and technical development of the country. Mechanical engineering accounts for about 30-50% of GDP in the developed countries [1]. One of the main features of the mechanical engineering industry of developed countries – is the constantly growing diverse of products of industry (machines, equipment, devices), which is to become better and more eicient year by year. It is no doubt that modern scientiic developments in which engineers take into account all the necessary parameters and conditions should form the basis of this industrial eiciency.

Development of the KInematIc moDel of horIzontal-set DrIve for blaDes of combIne harvester thresher

189

Development of the Kinematic Model of Horizontal-Set Drive...

Introductionhis investigation aims the development of a kinematic model

of the drive mechanism for the blades of combine harvester thresher. Various modiications of drive mechanisms implemented in current systems of combine harvesters are known by now. Among them swash plate mechanism (Fig. 1), that is widely applied in agricultural machinery [2].

Fig. 1. Swash plate mechanism of combine harvester thresher

he technical disadvantage of this mechanism is the increased complexity of its construction and low operational and technical characteristics. in particular this drive does not provide the two cutting blades to improve its eiciency, there is no possibility to regulate the parameters of blades movements, there are spherical kinematic pairs except hinges, which makes construction of this mechanism spatial and as the result it reduces its reliability in planar motion. he drive is set in a vertical plane, which causes the vertical displacements of the blades at the desired motion in a horizontal plane, which substantially reduces the eiciency of the harvester.

Identiication of investigation objectives. Current research aims elimination of disadvantages of the above-mentioned devices and development such a drive which could be set in a horizontal plane,

190

could have minimal number of links (for minimum weight design), could simultaneously actuate two blades with one degree of freedom of the entire system (for single engine installation) and include in its composition only rotational kinematic pairs (hinges).

Development of the kinematic scheme of mechanism. Fig. 2 shows the proposed kinematic scheme of the drive mechanism, where speciied disadvantages have been eliminated. he mechanism includes six links, among them the driving link – crank, made a double, two rods having a plane-parallel movement, two rocker arms connected to a ixed link. he lengths of rods are equal, as well as the lengths of rocker arms. Sum up, mechanism contains ive movable links (n=5) are connected by seven kinematic pairs of the ith class (р5=7) made as hinges. he number of degrees of freedom of the mechanism is determined by the well-known formula of Chebyshev P.L.

W n p= − = ⋅ − ⋅ =3 2 3 5 2 7 15 ,

this result guarantees a certain movement of the entire system. he mechanism relates to the planar mechanisms of the third family by the classiication of Artobolevsky I.I., as three general constraints (m=3) are imposed on the movements of its links [3] in the Cartesian space of coordinates. Double crank connects with two dyads (two-bar groups) RRR of the zero mobility in the mechanism, each of them is formed by one rod and one rocker arm.

hen we turn to the metrical synthesis of the mechanism, particularly to the calculation of the lengths of links and angles among these links. he task is complicated by the number of requirements must be maintained during the designing of this mechanism. Among these requirements, such as measurement of general (overall) dimensions of the body frame (230x600 mm), where mechanism is placed, the tilting of each rocker arm from the vertical axis must be 42 mm, i.e. 21 mm in each side, the rotational number of the driving

A.S. Fomin, K. Anding, A. Jahr, H. Sim

191

link is 900 rev/min. Also, it is very essential to provide the angle between rocker arm and rod as much as possible close to 90 degrees to reduce the loads in this part of the mechanism. Implementation of these requirements will positively afect to the operation of the mechanism and will allow to increase its eiciency and reliability. We used computer sotware T-FLEX CAD to carry out metrical synthesis of the mechanism.

Fig. 2. Kinematic scheme of drive mechanism for blades

of combine harvester thresher

he optimal kinematic scheme of mechanism shown (Fig. 2) was constructed at the irst stage of design, which provides the required dimensions, types of links and kinematic pairs and required types of movements. Further, the design procedure was to calculate of the optimal distance between centers of the mechanism’s joints.

Problems of mechanisms synthesis are generally multivariable, as the number of parameters of mechanism is never unambiguous. here are currently known numbers of methods for solving of this kind of problems, united by multi-parameter optimization. Using this method, we will accept one condition as the basic, if all other


192


conditions are additional. For example, let’s put movement of the driving link as the main condition.

Metrical synthesis of the mechanism. Considering all of the above-mentioned requirements, the geometric analysis was conducted to determine the optimal parameters of angles between links in the mechanism, as well as the lengths of links. Table 1 shows the results of six experiments on the identiication of the most optimal parameters of the mechanism. in each experiments lengths of half crank (a) and rocker arms (c) are deined parameters and the sought parameters become lengths of rods (b), lengths (d) and (e), amplitude (f) (Fig. 3).

Table 1. Results of experiments

Experiment 1 (a=40 mm, с=210,84 mm)

he required length of links, mm he extreme positions, mm Amplitude (f),

mm

1e=154,21b=220d=170

let 17,3817,55

right -0,17

2e=154,21b=220d=160

let 19,5121,69

right -2,18

3e=154,21d=160b=225

let 20,5923,84

right -3,25

4e=84,21b=240d=160

let 20,1721,19

right -1,02

5e=44,21b=260d=160

let 21,2124,33

right -3,12

193

Experiment 2 (а=50 mm, с=210,84 mm)


mm

1e=164,21b=200d=160

let 17,6321,06

right -3,43

2e=164,21b=200d=160

let 19,7321,2

right -1,47

3e=164,21d=130b=225

let 28,8336,73

right -7,9

4

e=105,21d=130b=200

let 21,5726,02

right -4,45

5d=130e=64,21b=216

let 21,7830,55

right -8,77



mm

1e=149,21b=180d=130

let 21,4926,68

right -5,19

2d=150b=180e=149,21

let 17,1425,98

right -8,84

3d=150b=190e=149,21

let 19,3426,13

right -6,79

4e=74,21d=150b=220

let 21,7332,28

right -11,07


194




mm

1e=139,21b=190d=150

let 21,2131,09

right -9,88

2d=160e=139,21b=205

let 22,3530,9

right -8,85

3d=170e=139,21b=210

let 21,2630,57

right -9,31

4e=74,21d=170b=230

let 22,1136,01

right -13,9



mm

1e=131,21b=180d=150

let 20,8835,78

right -14,9

2e=131,21d=160b=190

let 20,9235,38

right -14,46

3d=180e=131,21b=210

let 2134,78

right -13,78

4e=84,21b=227d=180

let 22,3438,74

right -16,4

195


Experiment 6 (а=90 mm, с= 210,84 mm)


mm

1e=119,27b=175d=150

let 21,543

right -21,5

2d=180e=119,21b=205

let 21,6139,52

right -17,91

Fig. 3. to the metrical synthesis of the mechanism

Maximum tiltings of the rocker arm from vertical to the let and right are shown in cell "extreme positions". Sign "+" means tilting to the let and the "-" to the right. Cell "amplitude" (f) means the sum of the maximum tiltings of the rocker arm to the let and right positions. he essence of the experiments is to identify the optimal


dimensions of links. We change the lengths of links until parameter (f) is not equal to 42 mm (21 mm to the let and right). in the experiment 1, with all the changes the closest value to the target was equal to 24.33 mm. We have similarly carried out other experiments, in the experiment 2 – 36.73 mm, in the experiment 3 – 32.28 mm, in the experiment 4 – 36.01 mm, in the experiment 5 – 38.74 mm, in the experiment 6 – 43 mm. Note that from the experiment 6 we have found not only the desired amplitude (f) of 43 mm, but also the equable let and right tiltings (21.5 mm) of the rocker arm.

Conclusionhe kinematic model of planar six-bar horizontal drive

mechanism with one degree of freedom for blades of combine harvester thresher has been developed in this research. Geometric parameters of the drive mechanism for providing assigned tiltings of the output links from the vertical axis, taking into account the recommended body frame dimensions, have been determined.

References1. Klimovich K.P. Problems and prospects of development of the

Russian machine-building complex in the conditions of market economy / K.P. Klimovich, M.A. Odintsov // Economic Journal. – 2014. – No 4 (36). – pp. 16–27.

2. Artobolevsky I.I. Mechanisms in modern technology: Reference Guide in 7 volumes. T. II: Linksges / I.I. Artobolevsky. 2nd ed., Revised. – M.: Science, Home edition of Physical and Mathematical Literature, 1971. – 1008 p.

3. Artobolevsky I.I. heory of mechanisms / I.I. Artobolevsky. – M.: Science, Ch. Ed. Sci. lit., 1965. – 776 p.

197

полногеномный

анализ

ассоциаций

метаболомика

многомерные

методы

машинное

обучение

LASSO

RIDGE

KORA

Мы предложили и разработали новые методы полногеномного анализа ассоциаций много-мерных биологических данных. Первая часть методов основана на ковариативном подходе, основанном на специфическом выборе ковари-ат в анализе с использованием гаусовских гра-фических моделей. Вторая часть предложенных методов основана на методах машинного обу-чения – LASSO и RIDGE регрессий, включающие в анализ так называемый пенализующий фактор, пропорциональный реальным биологическим дистанциям между признаками в исследуемых данных. Были предложены конкретные биологи-ческие модели, при которых данные методы по-лучают преимущество в мощности по сравнению с одномерными подходами. Все методы были валидированы аналитически и реализованы в виде программных продуктов или их прототи-пов, что позволило начать работы по апробации разработанных методов на реальных данных. В работе были использованы данные KORA по метаболому человека, включающие измерения 151 метаболита крови человека для 1785 чело-век. Анализ этих данных эмпирически показал увеличение мощности идентификации локусов при использовали наших методов.

Новосибисркий Государственный

Университет, Новосибирск, Россия

Институт Цитологии и Генетики СО РАН,

Новосибирск, Россия

Helmholtz Zentrum München, München,

Germany

Я.А. Цепилов

обобщение ковариативных подходов в полногеноМноМ анализе ассоциаций с использованиеМ Моделей

регуляризации со штрафоМ

198

ВведениеПолногеномный анализ ассоциации (ПГАА) является

одним из основных методов идентификации аллелей, влияющих на риск возникновения распространенных болезней человека. Этот метод предполагает полногеномное генотипирование большого числа особей с известными фенотипами; далее проводится статистический анализ ассоциации между генотипами и фенотипами. За последние несколько лет с помощью ПГАА были идентифицированы тысячи локусов связанных со сложными признаками, что внесло фундаментальный вклад в развитие биологии и генетики. на современном этапе развития генетики сложных признаков человека остро стоит вопрос о функциональной роли идентифицированных локусов. Для решения этого вопроса в широком масштабе одним из наиболее многообещающих подходов является использование метода ПГАА для анализа высокоразмерных данных функциональной геномики (данных по уровням экспрессии генов – транскриптом, уровней метаболитов – метаболом, белков – протеом, гликозилирования – гликом, и так далее) [1–5]. Однако, такие данные требуют специальных методов статистического анализа, так как обладают высокой размерностью – от десятков до тысяч измеренных признаков для каждого человека, а также содержат статистические и функциональные взаимодействия между компонентами, которые, как правило, отражают биологические связи (например, два признака являются участниками одной биохимической цепи) [6–8]. Разработка таких методов является актуальной задачей современного генетического анализа, особенно в свете того, что технологии получения данных функциональной геномики становятся все более доступными и точными.

Ранее было предложено несколько методов анализа высокоразмерных омных данных, основанных на идее, что если


199

биологические пути и отношения между отдельными признаками могут быть восстановлены, данные о биохимических соседях могут быть использованы в анализе (например, включение биохимических соседей в анализ как ковариаты) [9,10]. Источник биологической информации о путях и отношениях между признаками может быть разным. Большое количество данных о функционировании генома, особенностей транскрипции и ферментативных реакций на данный момент собранно в различных базах данных. Однако такая информация до сих пор не была использована в статистическом анализе.

Мы показали, что если исследуемая модель содержит такую информацию (ковариативная модель), мощность генетического анализа сильно увеличивается как минимум для нескольких случаев: а) если многомерная модель содержит переменные, которые не ассоциированы с анализируемым геном, однако сильно влияют на исследуемый признак (индуцируют «шум») и б) исследуемый ген влияет на несколько признаков одновременно (плейотропия). Наибольший выигрыш в мощности наблюдается для случаев, когда исследуемые предикторы обратно скоррелированы друг с другом. Однако, данные методы и подходы требуют дальнейшей разработки, тестирования и обобщения, особенно в направлении использования различной биологической информации в анализе (из баз данных и литературы) для выбора ковариат. Данный проект был сфокусирован на разработке ковариативных подходов и стратегий ПГАА для высокоразмерных омных данных.

Результаты и обсуждениеМы предложили ковариативный ПГАА (кПГАА), который

основан на условном анализе признаков. Наши предположения основаны на наблюдении, что биологически близкие признаки

Обобщение ковариативных подходов в полногеномном анализе ассоциаций...

200


помимо общего генетического фона обладают еще и общим средовым/техническим шумом. Коррекция этого шума без потери важной биологической информации уменьшит общую дисперсию исследуемого признака и увеличит общую точность оценки генетических эффектов, что приведет к увеличению мощности анализа. Такая модель была названа нами «шумовой». Стоит отметить, что использование такого подхода может привести к потере генетических эффектов (и, соответственно, мощности), которые могут влиять как на признак интереса, так и на ковариаты, в случае однонаправленных генетических эффектов (и наоборот, увеличивать мощность анализа в случае разнонаправленных). Данные модели укладываются в рамки плейотропных моделей контроля. Оба сценария могут быть аналитически определены сравнением оценок эффектов (beta) и их стандартных ошибок (se) между одномерным ПГАА (оПГАА) и ПГАА с выбором ковариат кПГАА.

Для валидации предложенных подходов мы использовали реальные данные KORA, включающие 1785 людей с доступной информацией о 151 концентрации метаболитов сыворотки крови человека и генотипах по 2 млн. SNP. Мы восстановили гипотетическую биохимическую сеть метаболитов, используя гаусиановские графические модели (ГГМ) [11]. Далее, исходя из полученной сети ГГМ, были выбраны ковариаты для каждого из 151 признака (соседи по ГГМ сети) и включены в анализ для кПГАА. Мы проанализировали 151 признак, используя как ковариативный подход, так и одномерный подход (оПГАА). Результаты показаны в таблице 1 и таблице 2 для оПГАА и кПГАА соответственно. В результате анализа было найдено 15 локусов с использованием оПГАА и девятнадцать с использованием к ПГАА.

201


Таблица 1. Пятнадцать локусов, найденных одномерным анализом (оП-

ГАА). Лучшая SNP – метаболит пара показана для каждого локуса.

SNP Metabolite chr:pos AF beta(se) A1/A2

P-value Gene

rs7552404 C4.1.DC...C6 1:75,908,534 0.30 -0.48(0.036) G/A 1.44E-40 ACADM

rs483180 Ser 1:120,069,028 0.30 -0.24(0.037) G/C 4.91E-11 PHGDH

rs2286963 C9 2:210,768,295 0.63 -0.49(0.034) G/T 2.06E-46 ACADL

rs2943644 C5.1.DC 2:226,754,586 0.68 0.32(0.043) C/T 1.72E-13 CPS1

rs8396 C10 4:159,850,267 0.71 0.26(0.037) C/T 3.01E-12 ETFDH

rs419291 C5 5:131,661,254 0.38 0.26(0.035) T/C 1.24E-13 SLC22A4

rs9368564 PC.aa.C42.5 6:11,168,269 0.25 -0.29(0.040) G/A 1.01E-13 ELOVL2

rs816411 Ser 7:56,138,983 0.51 -0.22(0.034) C/T 2.99E-10 PHKG1

rs12356193 C0 10:61,083,359 0.17 -0.51(0.047) G/A 2.75E-26 SLC16A9

rs174547 lysoPC.a.C20.4 11:61,327,359 0.70 0.61(0.036) C/T 6.84E-64 FADS1

rs2066938 C4 12:119,644,998 0.27 0.73(0.038) G/A 2.07E-83 ACADS

rs12879147 PC.aa.C28.1 14:63,297,349 0.85 -0.46(0.051) A/G 1.23E-18 SYNE2

rs1077989 PC.ae.C32.2 14:67,045,575 0.46 -0.30(0.035) C/A 5.73E-18 PLEKHH1

rs4814176 SM..OH..C24.1 20:12,907,398 0.36 0.24(0.035) T/C 8.37E-12 SPTLC3

rs5746636 Pro 22:17,276,301 0.24 -0.31(0.040) T/G 6.24E-15 DGCR6

202


Таблица 2. Девятнадцать локусов, найденных с использованием ковари-

ативного подхода (кПГАА) для выбора ковариат с помощью ГГМ. Лучшая

SNP – метаболит пара показана для каждого локуса.

SNP Metabolite chr:pos AF beta(se) A1/A2

P-value Gene N of

cova-

riates

rs211718 C4.1.DC...C6 1:75,879,263 0.30 0.13(0.017) T/C 1.28E-13 ACADM 7

rs477992 Ser 1:120,059,099 0.70 0.24(0.028) A/G 4.80E-18 PHGDH 2

rs2286963 C9 2:210,768,295 0.63 0.48(0.027) G/T 8.61E-73 ACADL 3

rs8396 C7.DC 4:159,850,267 0.71 0.13(0.020) C/T 4.28E-11 ETFDH 8

rs270613 C5 5:131,668,482 0.61 0.17(0.026) A/G 8.21E-11 SLC22A4 3

rs9393903 PC.aa.C42.5 6:11,150,895 0.75 0.18(0.020) A/G 1.50E-19 ELOVL2 6

rs1894832 Ser 7:56,144,740 0.51 0.19(0.026) C/T 1.54E-13 PHKG1 2

rs12356193 C0 10:61,083,359 0.17 0.27(0.034) G/A 1.02E-15 SLC16A9 3

rs174556 PC.ae.C44.4 11:61,337,211 0.27 0.21(0.014) T/C 1.15E-48 FADS1 3

rs2066938 C4 12:119,644,998 0.27 0.71(0.024) G/A 8.45E-184 ACADS 2

rs17101394 SM..OH..C14.1 14:63,302,139 0.83 0.10(0.011) A/G 9.16E-18 SYNE2 7

rs1077989 PC.ae.C36.5 14:67,045,575 0.46 0.08(0.010) C/A 2.54E-15 PLEKHH1 10

rs4814176 SM..OH..C22.1 20:12,907,398 0.36 0.07(0.009) T/C 9.05E-17 DGCR6 10

rs5746636 Pro 22:17,276,301 0.24 0.32(0.034) T/G 9.16E-21 SPTLC3 2

rs1374804* Gly 3:127,391,188 0.64 0.21(0.030) A/G 6.17E-13 ALDH1L1 3

rs4862429* PC.ae.C42.5 4:186,006,834 0.31 0.06(0.008) T/C 1.15E-12 ACSL1 8

rs603424* C16.1 10:102,065,469 0.80 0.14(0.018) A/G 9.88E-14 PKD2L1 9

rs2657879* Gln 12:55,151,605 0.21 0.27(0.031) G/A 8.75E-18 GLS2 5

rs17112944* C6.1 14:27,179,297 0.90 0.21(0.032) A/G 1.13E-10 LOC728755 9

203


Как видно из результатов анализ кПГАА выявил 5 новых локусов, при этом один локус не был найден кПГАА. Все признаки, для которых были найдены новые локусы, относились к группе аминокислот или липидов. Мы связали это с хорошей разрешающей способностью ГГМ для этих классов метаболитов.

Далее мы извлекли информацию о реальных биохимических расстояниях, исходя из аннотации доступных признаков из баз данных по метболомике человека (KEGG, BioCyc, LIPID MAPS, BiGG). Для этих данных данная процедура была описана ранее [11]. Полученная сеть оказалась менее связной и более редкой. Также, ввиду очень гетерогенной биохимии аминокислот, для них данная сеть не была восстановлена.

Мы повели кПГАА с использованием ковариат из полученной сети. Было найдено шестнадцать локусов, из них только один не был найден в одномерном анализе. Эти результаты оказались хуже, чем для кПГАА с использованием ГГМ, что, скорее всего, связано с худшей разрешающей способностью полученной реальной сети биохимических дистанций.

Более того мы разработали метод ПГАА, представляющий из себя обобщение метода кПГАА, основанный на полной модели множественной линейной регрессии c “ужиманием” (shrinkage linear model). В отличие от кПГАА, этот подход анализирует эффекты и вклады всех признаков в формирование признака интереса, а не каких-либо конкретный ковариат. Данная модель, соответствующая LASSO или RIDGE регрессии, оценивает каждый из эффектов признаков с определённым штрафом – коэффициентом пенализации. В качестве данного коэффициента мы предложили использовать биохимические расстояния.

204


Из-за статистической особенности линейных регрессий с «ужиманием» невозможно получить точные оценки значимости при использовании данной линейной регрессии. Поэтому нами был предложен двухшаговый подход, предполагающий корректировку признака на все ковариаты на первом шаге, и одномерный анализ регрессионных остатков признаков на втором. Однако далее мы показали аналитически, что этот способ ведет к смещенным оценкам эффектов генотипов в случае плейотропного контроля – в случае наличия общих генетических эффектов необходимо включать эти признаки как ковариаты, а не анализировать их отдельно от генетического эффекта. Поэтому мы предложили и валидировали альтернативный способ, основанный на свойстве LASSO регрессии «занулять» коэффициенты предикторов – использовать регрессию с “ужиманием” для выбора ковариат с последующим использованием ковариативной модели кПГАА. Предложенная стратегия была валидирована с использованием реальных данных. Причем было использования два способа «ужимания»: без пенализации и с пенализацией, причем в качестве матрицы для пенализаций были использованы реальные биохимические расстояния. В результате были найдены те же локусы, что и при кПГАА с использованием ГГМ, причем, результаты LASSO с пенализацией и без пенализации отличались незначительно (на один локус меньше).

Список литературы1. Gieger C. et al. Genetics meets metabolomics: a genome-wide

association study of metabolite proiles in human serum. // PLoS Genet. 2008. Vol. 4, 11. P. e1000282.

2. Tanaka T. et al. Genome-wide association study of plasma polyunsaturated fatty acids in the InCHIANTI Study. // PLoS Genet. 2009. Vol. 5, 1. P. e1000338.


3. Kolz M. et al. Meta-analysis of 28,141 individuals identiies common variants within ive new loci that inluence uric acid concentrations. // PLoS Genet. 2009. Vol. 5, 6. P. e1000504.

4. Lauc G. et al. Genomics meets glycomics-the irst GWAS study of human N-Glycome identiies HNF1α as a master regulator of plasma protein fucosylation. // PLoS Genet. / ed. Gibson G. 2010. Vol. 6, 12. P. e1001256.

5. Shin S.-Y. et al. an atlas of genetic inluences on human blood metabolites // Nat. Genet. 2014. Vol. 46, April. P. 543–550.

6. Bartel J., Krumsiek J., heis F.J. Statistical methods for the analysis of high-throughput metabolomics data. // Comput. Struct. Biotechnol. J. 2013. Vol. 4. P. e201301009.

7. Krumsiek J. et al. Mining the unknown: a systems approach to metabolite identiication combining genetic and metabolic information. // PLoS Genet. 2012. Vol. 8, 10. P. e1003005.

8. Solovief N. et al. Pleiotropy in complex traits: challenges and strategies. // Nat. Rev. Genet. Nature Publishing Group, 2013. Vol. 14, 7. P. 483–495.

9. Tsepilov Y.A. et al. Biochemical network – driven analysis provides new insights into genetic control of human metabolome.

10. Stückler F. et al. Network-based metabolite ratios for an improved functional characterization of genome-wide association study results.

11. Krumsiek J. et al. Gaussian graphical modeling reconstructs pathway reactions from high-throughput metabolomics data. // BMC Syst. Biol. BioMed Central Ltd, 2011. Vol. 5, 1. P. 21.

206

полногеномный анализ ассоциации

взаимодействие генов

эпистаз

тест гетерогенность дисперсии

Данная работа посвящена исследова-

нию взаимодействий генов, контролиру-

ющих концентрацию метаболитов сыво-

ротки крови человека.

С.Ж. Шарапов1, Я.А. Цепилов1,

К. Гигер2, Ю.С. Аульченко1

1Институт Цитологии и Генетики СО РАН

1 Institut für Zytologie und Genetik SA RAW

2Helmholtz Zentrum München

идентификация статистических генетических взаиМодействий в контроле МетаболоМа сыворотки крови человека

207

ВведениеК настоящему времени идентифицировано огромное

число генов, контролирующих моногенные наследственные заболевания, такие как семейные формы рака, фенилкетонурия, ахондроплазия, гемофилия. на данный момент основной задачей генетики человека является изучение сложных признаков, которые контролируются многими генетическими и средовыми факторами, часто взаимодействующими между собой.

Основным методом картирования генов, ассоциированных с комплексными признаками, является полногеномный анализ ассоциаций (ПГАА). В настоящий момент в большинстве исследований по анализу генетических ассоциаций закладывается аддитивная модель наследования признака, в рамках которой предполагается, что вклад каждого аллеля является независимым от вклада других аллелей и прочих факторов. Однако в рамках этой модели далеко не всегда удается идентифицировать гены, объясняющие большую часть генетического разнообразия признака. Поиск взаимодействий между генами (ВГ) позволит более точно описать генетическую архитектуру и молекулярно-биологические основы комплексных признаков и заболеваний человека [1].

Главными проблемами [2] для проведения полномасштабных исследований статистических ВГ являются: 1) огромная вычислительная трудоемкость данного анализа, требующего тестирования всех возможных комбинаций генетических маркеров; 2) необходимость использования строгой коррекции уровня значимости для контроля ошибки первого рода. Для решения первой проблемы были разработаны методы, являющиеся высокопроизводительными реализациями полного перебора, позволяющие обнаружить достоверные парные взаимодействия генов [3,4] (для идентификации взаимодействий более высокого порядка они

Идентификация статистических генетических взаимодействий...

208

С.Ж. Шарапов, Я.А. Цепилов, К. Гигер, Ю.С. Аульченко

не пригодны). Для решения второй проблемы существуют методы сужения пространства перебора, использующие статистические и/или биологические предпосылки для определения генетических маркеров, потенциально вовлеченных во взаимодействие. По ряду параметров (таких как достоверность, скорость выполнения анализа и удобство использования), наиболее перспективными методами для поиска ВГ являются методы GLIDE [4] и SVLM [5], относящиеся к первой и второй группе соответственно. В методе GLIDE используется стандартная линейная модель взаимодействия. Статистическая достоверность эффекта взаимодействия оценивается с помощью T-теста. Технически, метод “GLIDE” представляет собой высокопроизводительную имплементацию линейной модели взаимодействия двух генетических маркеров. Метод SVLM основывается на сравнении дисперсии в группах людей с различными генотипами – в случае, если исследуемый однонуклеотидный полиморфизм (ОНП) имеет достоверный эффект на дисперсию признака (т.е. признак проявляется гетерогенность дисперсии для данного ОНП), то делается вывод о потенциальной вовлеченности данного ОНП во взаимодействие в контроле признака.

Целью данного проекта являлась идентификация статистических генетических взаимодействий в контроле метаболома сыворотки крови человека с использованием методов SVLM и GLIDE.

РезультатыНами был проведен полногеномный анализ

гетерогенности дисперсии на популяционных данных KORA [6], в которых отсутствует родственная структурированность. Объем выборки составил 2901 человек (коренные жители г. Аугсбург), для сотрудниками Центре Гельмгольца г. Мюхнен

209


были измерены концентрации 151 метаболита сыворотки крови человека (в основном липиды, а также аминокислоты). Для всех участников были измерены генотипы 550 000 ОНП. Нами был проведен контроль качества генетических данных, специфичный для теста гетерогенности дисперсии, в результате 420 023 ОНП прошли контроль качества. Концентрации 151 метаболита были поправлены на эффекты пола и возраста и стандартизированы (среднее значение равно нулю, дисперсия равна единице). В результате проведения полногеномного теста гетерогенности дисперсии на уровне значимости 5Е-8/151 (с учетом коррекции на множественное тестирование) нами было найдено шесть локусов с гетерогенностью дисперсии и, тем самым, потенциально вовлеченных во взаимодействие. При этом направление эффекта ОНП на дисперсию и среднее значение признака совпадало во всех шести случаях. Гетерогенность дисперсии трех из шести локусов была подтверждена нами на независимой выборке TwinsUK [7], в которой участники исследования были профенотипированы по той же панели метаболитов, что и KORA. Нами впервые было показано существование феномена гетерогенности дисперсии (эффекта ОНП на дисперсию признака) в генетическом контроле метаболома сыворотки крови человека.

На основе результатов полногеномного анализа гете-рогенности дисперсии был проведен анализ ген-генных и ген-средовых взаимодействий. В результате нами было обна-ружено одно ген-средовое взаимодействие гена CPS1 и пола в генетическом контроле концентрации глицина в сыворотке крови человека (рис 1.). Стоит отметить, что данное взаимодей-ствие было найдено ранее [8] и неоднократно подтверждено во множестве исследований, что в своем роде является позитивным контролем и индикатором состоятельности метода. В результате анализа ген-генных взаимодействий нами было обнаружено

210


ускорителей на тех же данных KORA по метаболому сыворотки крови человека. Нами был выбран метод GLIDE, являющийся одним из наиболее высокопроизводительных методов для прямого поиска генетических взаимодействий путем полного перебора. В ходе контроля качества были убраны из дальней-шего анализа индивиды с коэффициентом инбридинга > 0.0625, а также индивиды, оказавшиеся выбросами в результате прове-дения многомерного шкалирования матрицы попарного родства индивидов (порог фильтрации – 5 стандартных отклонений). Концентрации метаболитов были поправлены на эффекты пола и возраста. Поправленные значения была приведены к нор-мальному распределению с помощью ранг-трансформации для нивелирования эффекта шкалы. В результате 2716 индивидов (1316 мужчин, 1400 женщин) и 418 549 ОНП прошли контроль

Рис. 1. Диаграммы бокс-плот для концентра-

ции глицина у мужчин и женщин при условии

различных генотипов полиморфизма rs715.

два внутрилокусных и два межлокусных генетических взаимо-действий. на выборке TwinsUK нами было подтверждено 2 в н у т р и л о к у с н ы х взаимодействия.

Для оценки мощности метода гете-рогенности дисперсии для идентификации ВГ нами был прове-ден анализ ген-генных взаимодействий путем полного перебора с применением тех-нологии графических

211


качества для анализа генетических взаимодействий методом “GLIDE”. Анализ ген-генных взаимодействий проводился с использованием 14 графических ускорителей класса NVIDIA TESLA, находящихся в Институте Психиатрии объединения Макса Планка, г. Мюнхен. В результате 20 межлокусных ген-ген-ных взаимодействий превысили уровень значимости в P-value < 1e-14. Таким образом, нами впервые был получен наиболее обширный (в рамках линейной модели взаимодействия) спектр статистических генетических взаимодействий в контроле мета-болома сыворотки крови человека. Найденные взаимодействия позволили увеличить долю объясненной дисперсии признака на 1%–9%. Стоит отметить, что перекрывания с результатами анализа ВГ с применением метода SVLM не было. Принимая во внимание тот факт, что число ВГ, найденных методом SVLM, 4 раза меньше по сравнению с методом полного перебора, можно сделать вывод об ограниченной мощности идентификации ВГ методом SVLM, несмотря на более либеральный уровень значимости.

Результаты данного проекта позволяют расширить методологию поиска статистических взаимодействий.

Список литературы1. Manolio T.A. et al. Finding the missing heritability of complex

diseases. // Nature. 2009. Vol. 461, 7265. P. 747–753.

2. van Leeuwen E.M. et al. he challenges of genome-wide interaction studies: lessons to learn from the analysis of HDL blood levels. // PLoS One. 2014. Vol. 9, 10. P. e109290.

3. Kam-hong T. et al. EPIBLASTER-fast exhaustive two-locus epistasis detection strategy using graphical processing units. // Eur. J. Hum. Genet. 2011. Vol. 19, 4. P. 465–471.

4. Kam-hong T. et al. GLIDE: GPU-based linear regression for


detection of epistasis // Hum. Hered. 2012. Vol. 73, 4. P. 220–236.

5. Struchalin M. V et al. an R package “VariABEL” for genome-wide searching of potentially interacting loci by testing genotypic variance heterogeneity. // BMC Genet. BioMed Central Ltd, 2012. Vol. 13, 1. P. 4.

6. Holle R. et al. KORA--a research platform for population based health research. // Gesundheitswesen. 2005. Vol. 67 Suppl 1. P. S19–S25.

7. Spector T.D., Williams F.M.K. he UK Adult Twin Registry (TwinsUK). // Twin Res. Hum. Genet. 2006. Vol. 9, 6. P. 899–906.

8. Mittelstrass K. et al. Discovery of sexual dimorphisms in metabolic and genetic biomarkers. // PLoS Genet. Public Library of Science, 2011. Vol. 7, 8. P. e1002215.

213

оксидная керамика

непрерывная разливка расплава

холодный тигель

индукционная плавка

Представлены результаты разработки

индукционной системы и исследования

технологии непрерывной плавки и раз-

ливки оксидного расплава. Результаты

получены с использованием численно-

го моделирования и натурных экспе-

риментов на созданной лабораторной

установке.

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет «ЛЭТИ»

Institut für Elektroprozesstechnik – Leibniz

Universität Hannover

А.Н. Шатунов

проектирование и оптиМизация индукционной систеМы для производства zro2–al2o3 кераМики путеМ

непрерывной разливки расплава

214

ВведениеВ последнее время наблюдается рост производства

технической керамики, применение которой находит всё большее распространение в различных областях техники и промышленности. Преимуществами керамических материалов являются высокие показатели твёрдости, износостойкости, диэлектрических свойств, способность к эксплуатации в условиях воздействия высоких температур и коррозионно-активных сред. Существующая технология производства ZrO2-Al2O3 материалов основана на синтезе в дуговых печах, после чего производятся две стадии отливки. Новая предлагаемая технология основана на индукционной плавке в холодном тигле (ИПХТ) и включает в себя одностадийную непрерывную плавку и разливку ZrO2-Al2O3 материала в закалочную установку с получением закаленной структуры с мелкодисперсной фазой, образованной вследствие неравновесной кристаллизации при быстром охлаждении [1]. Изделия, изготовленные из прекурсоров с такой структурой, обладают более высокой твердостью, прочностью и стойкостью к перепадам температур. Разработка более эффективного одностадийного способа получения керамики и снижение себестоимости является важной задачей. Поэтому оптимизация индукционной системы для производства ZrO2-Al2O3 методом непрерывной разливки расплава стало областью исследований в рамках проекта.

Разработка элементов индукционной системыДля получения расплава оксидов используется метод

бесконтактного индукционного нагрева и способ плавки в разрезном водоохлаждаемом тигле на воздухе, что позволяет избежать загрязнения расплава материалом тигля в ходе плавки. Индукционная система для производства ZrO2-Al2O3керамики путем непрерывной разливки расплава включает индуктор,


215

разрезной тигель круглое поперечное сечение и просты в изготовлении. Сливное отверстие должно располагаться на такой высоте от дна тигля, чтобы обеспечивать минимальную флуктуацию температуры расплава в зоне слива, постоянную скорость плавки подаваемой шихты, устойчивость разливки и необходимую производительность при минимальных тепловых потерях в стенку тигля. При необходимости для повышения температуры (и текучести) расплава в зоне слива относительно остальной ванны используется концентратор индуцированного тока. Для защиты зоны слива от нерасплавленной шихты используется отсекатель.

Учитывая высокую энергоёмкость процессов ИПХТ, очень важно найти оптимальную конструкцию плавильной печи с минимумом потерь. Для минимизации затрат исследование режимов работы проводилось с использованием численных экспериментов. При численном моделировании исходными данными являются геометрия индукционной системы, свойства материалов, начальные и граничные условия. Выделяющаяся в расплаве мощность в значительной степени определяется удельным сопротивлением расплава, которое зависит от содержания примесей в исследуемых расплавах и температуры. Поэтому сначала требовалась оценка удельного сопротивления расплава имеющейся оксидной смеси. Для этого использовался бесконтактный метод, основанный на плавке в разрезном проводящем тигле, измерении тепловых и электрических параметров индукционной системы и решении обратной задачи электромагнитного поля. В результате нескольких натурных экспериментов и расчетов [2] было определено удельное сопротивление расплава оксидной системы с составом 58%Al2O3 – 42%ZrO2 (масс.) в интервале температур 2140÷2280°С при плавке на воздухе (табл. 1).

Проектирование и оптимизация индукционной системы...

216


Таблица 1. Результаты определения удельного сопротивления

Tраспл, °C ρраспл, Ом∙м δсум, ±%

2276 0.98×10-2 14

2275 0.90×10-2 16

2144 1.20×10-2 15

Численное моделирование индукционной системы с кон-центратором было необходимо для выбора частоты источника питания, диаметра тигля и индуктора, размеров концентратора, размеров и расположения окна концентратора. на рис. 1 пред-ставлена геометрия системы для численной модели. Система

включает расплав оксидов в цилиндрическом тигле из вертикальных секций, разделенных воздушными зазорами, помещенном внутрь цилиндрического одновиткового индуктора. Снизу тигель ограничен дном. Все элементы индукционной системы изготавливаются из меди и охлаждаются водой. В расплаве находится медная водоохлаждаемая пластина – концентратор, предназначенный для увели-чения плотности тока через расплав в области, прилега-ющей к сливному отверстию. В этой области выделяется больше тепла, создается Рис. 1. Геометрия численной модели

217


локальный перегрев в 200-300 градусов и повышается текучесть струи расплава. В остальном объеме расплава температура остается гораздо ниже, обеспечивая снижение тепловых потерь от расплава в тигель. Концентратор в расплаве располагается на линии, соединяющей ось тигля со сливным отверстием. Меняя размеры концентратора, его положение относительно поверхности расплава и дна тигля, можно значительно изменять режим нагрева всей ванны расплава. Размер окна концен-тратора в большей степени влияет на величину локального перегрева. В результате была выбрана оптимальная частота 280 кГц и геометрия устройства для концентрации индуцирован-ного тока у сливного отверстия. Рекомендованные параметры: высота устройства составляет не менее 2/3 от высоты расплава; верх устройства заглубляется в расплав на 0,5-1 см; толщина должна быть достаточной для размещения каналов охлажде-ния; ширина от 3/4 внутреннего радиуса тигля; высота окна 2,5-3,0 см, ширина окна 3,0-3,5 см.

Лабораторная установка для непрерывной плавки и разливки оксидовДля проведения натурных экспериментов был изготовлен

тигель (рис. 2, а), состоящий из 18 водоохлаждемых секций. В поперечном сечении тигель имеет форму круга со срезанной частью в области сливного отверстия (хорда). Внутренний диаметр тигля выбирался исходя из производительности плавки (скорость расплавления шихты на единице площади), глубины проникновения ЭМП в расплав, а также конструктивных особенностей системы слива и составил 258 мм. Длина хорды по внутреннему размеру 135 мм. При таких внутренних размерах тигля расчётная площадь поверхности ванны расплава составляет 505,4 см2. Дно тигля водоохлаждаемое, подача и отвод воды осуществляется снизу (рис. 2, б). В конструкции дна предусмотрены посадочные места для отсекателя

218


и концентратора. Тигель опоясан одновитковым индуктором (рис. 2, в) диаметром 340 мм и высотой 250 мм. Виток и шины индуктора имеют раздельные ветви охлаждение. Таким образом обеспечивается измерение электрических потерь в элементах индукционной системы.

а б в

Рис. 2. Трехмерные модели и внешний вид индукционной системы

Индукционная система была установлена в рабочей камере и питалась от транзисторного генератора ELOMAT ЕM36/440/400/P с выходной мощностью до 350 кВт, частотным диапазоном 80–350 кГц. Лабораторная установка снабжена системой управления и контроля за режимами работы генератора, системой охлаждения с измерением расхода и температуры воды, пирометром для измерения температуры расплава и системой записи результатов измерений и других данных о ходе плавки.

Исследование характеристик непрерывной разливкиДля определения: тепловых режимов плавки; режимов

работы генератора при непрерывной разливке расплава; оптимальной скорости непрерывной разливки; максимальной производительности разливки; параметров сливной струи, были проведены несколько плавок. на рис. 3 представлены

219


тепловые параметры печи, записанные системой сбора информации о плавке. По данным зависимостям можно проследить ход эксперимента. В начале эксперимента были произведены стартовый нагрев и наплавление ванны. Генератор был включен на максимальном напряжении. с ростом зоны расплава повышалась мощность, отдаваемая генератором. При этом потери в элементах индукционной системы практически не менялись. Так как передачи тепла от расплава не происходило, все эти потери вызывались токами, наведенными электромагнитным полем индуктора. В момент времени 3450 с срабатывала защита генератора и произошло кратковременное отключение, не повлиявшее на ход эксперимента. Повышение потерь в тигле говорит о росте ванны расплава и потерь от неё в тигель. Повышается эффективность нагрева и напряжение на индукторе можно понижать. Резкий рост потерь в дно (4850 с на рис. 3) говорит о том, что ванна достигла дна тигля. на этом этап стартового нагрева можно считать завершенным.

0

20

40

60

80

100

120

140

0

5

10

15

20

25

30

1450 2450 3450 4450 5450 6450 7450 8450 9450

Тигель

Фидер

Индуктор

Дно

Рис. 3. Потери в элементах индукционной системы

Pфид,

дно,

инд,

кВт

Pтиг,

кВт

220


Затем высота расплава была доведена до уровня сливного отверстия. Максимальная скорость плавления шихты составила 0,9 кг/мин. В точке 5777 с генератор был выключен в целях безопасности для установки изложницы для слива расплава. Затем были включены генератор и загрузочное устройство и проведена непрерывная разливка в течение одной минуты (рис. 4, а) до заполнения изложницы (рис. 4, б).

Рис. 4. Непрерывная разливка расплава ZrO2-Al2O3

Затем генератор был выключен, изложница заменена и повторен слив. В момент 7075 с нагрев был выключен (окончание графика на рис. 3). Началось остывание расплава в тигле и его кристаллизация. Результаты измерений представлены в таблице 2.

221


Таблица 2. Результаты измерений

Pген, кВт

Uинд, В

f, кГц Pтиг, кВт

Pфид, кВт

Pдно, кВт

Pинд, кВт

Старт 210 400 277 39,2 12,5 5,1 6,6Разливка 230 295 280 115,4 7,6 7,7 4,2

Таким образом, была осуществлена непрерывная разливка оксидного расплава, определены электрические и тепловые режимы печи и параметры разливки.

ИтогиВ результате натурных экспериментов определены

теплофизические параметры, параметры работы источника питания и индукционной системы на различных этапах технологического процесса (стартовый нагрев, наплавление первичной ванны, выдержка, слив, непрерывно-последовательная разливка). Предложена схема технологического процесса непрерывной разливки расплава. Созданы численные модели индукционной системы с холодным тиглем и устройствами, обеспечивающими непрерывно-последовательную разливку расплава. Разработана конструкция индукционной системы для непрерывно-последовательной разливки расплава и спроектирована индукционная печь. Выработаны технические приёмы для обеспечения стабильности процесса и заданного качества получаемого материала. Рекомендованы режимы печи для повышения энергоэффективности и снижения энергозатрат.

Список литературы1. Исследование закалки образцов из расплава системы Al2O3–

ZrO2. Шатунов А.Н. и др. Известия СПбГЭТУ. – СПб., 5, 2008. – С. 29–32.

2. Удельное сопротивление высокотемпературного расплава


системы Al2O3-ZrO2. Шатунов А.Н., Максимов А.И., Кичигин В.В. Materials of the XI International scientiic conference "Fundamental and applied science – 2015". Sheield (Великобритания, Oct., 30 – Nov., 7, 2015). Volume 18. Physics. Technical sciences. – Sheield: Science and education LTD, 2015. – P. 87-90.

223

квантование гравитации

квантовая геометродинамика

проблема времени

копенгагенская интерпретация

квантовой теории

многомировая интерпретация

квантование в расширенном

фазовом пространстве

Во время визита в Институт теоретиче-ской физики Кёльнского Университета мне представилась уникальная возмож-ность обсудить принципы квантования гравитации с членами группы по грави-тации и общей теории относительности, возглавляемой профессором К. Кифе-ром. В своем сообщении я перечисляю различные подходы к существующим проблемам, а также стараюсь обосновать свою точку зрения, выработанную в ходе многочисленных дискуссий в Кёльнском Университете. Понимание принципов, на который должна основываться бу-дущая квантовая теория гравитации, ее интерпретации, связи с постановкой физических экспериментов, играет важ-нейшую роль для формулировки мате-матически последовательной и логиче-ски непротиворечивой теории.

дискуссия о принципах квантования гравитации в кёльнскоМ университете

Южный Федеральный Университет

Universität zu Köln

Т. П. Шестакова

224

ВведениеОбласть моих научных исследований – проблемы

квантования гравитации. Хотя первые попытки объединения общей теории относительности и квантовой теории были предприняты еще в первой половине XX века, построение квантовой теории гравитации остается нерешенной проблемой фундаментальной науки. Более того, существуют различные точки зрения на то, на каких принципах должна строиться будущая теория и какая интерпретация должна быть положена в ее основу. Для меня было чрезвычайно важно обсудить принципы квантования гравитации с членами группы по гравитации и общей теории относительности в Кёльнском университете, возглавляемой профессором Клаусом Кифером, которая является одной из наиболее сильных в данной области в Германии.

Существующие подходы и различные точки зренияПервая попытка построить квантовую теорию гравитации

была предпринята в 1967 году и получила известность как квантовая геометродинамика Уилера – Де Витта [1]. Предложенный Де Виттом подход приводит к статической, независимой от времени, картине Вселенной. Большинство специалистов считают этот вывод существенным недостатком подхода Де Витта.

Другая группа специалистов, к которым относится профессор К. Кифер, придерживаются точки зрения, что отсутствие времени в квантовой геометродинамике имеет естественную интерпретацию. Эта точка зрения восходит к утверждению Де Витта о том, что физический смысл может быть приписан только внутренней динамике трехмерного пространства. В дальнейшем эта точка зрения была покреплена следующим аргументом: подобно тому, как в квантовой механике


Дискуссия о принципах квантования гравитации в Кёльнском университете

225

теряет смысл представление о траектории частицы, в квантовой гравитации не имеет смысла говорить о пространстве-времени как последовательности состояний трехмерного пространства [2, 3]. Мы можем говорить только о вероятности той или иной геометрии трехмерного пространства.

Я не согласна с данной точкой зрения по следующим причинам. Когда мы пытаемся развивать физические теории, даже столь фундаментальные, как квантовая гравитация, мы всегда должны иметь в виду возможность экспериментальной проверки предсказаний теории, даже если такая проверка неосуществима в настоящее время по техническим причинам. Возможность подобной проверки может появиться в будущем. Любой эксперимент всегда выполняется в определенных физических условиях, которые могут быть связаны с конкретной системой отсчета. Если мы наблюдаем следствия квантовых процессов, мы наблюдаем их на макроуровне, т.е. Во времени и пространстве. Тезис о том, что в квантовой теории гравитации должна отсутствовать временная эволюция, существенно затрудняет разработку этой теории, ибо нам неизвестен способ описания физических явлений и их следствий для нашего (макроскопического) мира независимо от времени. Профессор Кифер согласился со мной, что, если мы хотим описать квантово-гравитационные процессы, скажем, в сильном гравитационном поле в окрестности черной дыры, нам придется ввести понятие времени и ссылку на наблюдателя в конкретной системе отсчета.

Проблема времени связана с выбором интерпретации квантовой теории. Среди различных интерпретаций квантовой теории наиболее известными являются копенгагенская и многомировая интерпретации. Копенгагенская интерпретация, разработанная Нильсом Бором, Гейзенбергом и их сотрудниками, настаивает на том, что в процессе измерения свойства квантового объекта формируются в результате

226


неустранимого взаимодействия с макроскопическим прибором, который описывается классическим образом. По мнению ряда специалистов, именно ссылка на макроскопический измерительный прибор делает копенгагенскую интерпретацию неприменимой к квантовой космологии, в которой Вселенная в целом рассматривается как квантовый объект и должна быть описана исключительно на языке квантовой теории, без ссылки на какие-либо классические измерительные приборы [4, 5]. Многие космологи, и среди них профессор Кифер, отдают предпочтение многомировой интерпретации. В этой последней каждое проведенное измерение приводит к разветвлению волновой функции; волновая функция описывает множество вселенных ("много миров"), причем каждая ветвь этой функции описывает отдельную вселенную со всей последовательностью наблюдений, проведенных внутри нее [6, 7].

Несмотря на то, что представление о множестве вселенных кажется более адек-ватным для квантовой космологии, множеству вселенных в данном контексте приписывается реальное существование, хотя его реальность невозможно доказать или опровергнуть никакими физическими экспериментами. Подобная концепция может представлять интерес с философской точки зрения, но в теоретической физике еще совсем недавно существовала традиция отбрасывать такое непроверяемые утверждения. Что же касается ссылки на макроскопический измерительный прибор, которая является неотъемлемой частью копенгагенской интерпретации, само наше существование в макроскопической Вселенной определяет условия проведения физических экспериментов.

Итоги визитаС конца 90-х годов на кафедре теоретической

и вычислительной физики Южного Федерального Университета

Дискуссия о принципах квантования гравитации в Кёльнском университете

227

разрабатывается оригинальный подход к квантованию гравитации [8 – 11], основанный на формализме расширенного фазового пространства. Одной из целей моего визита было познакомить членов группы по гравитации и общей теории относительности с этим подходом. Этому подходу были посвящены три доклада, которые я сде-лала на семинарах группы:

1. Методы квантования и их приложение к теории гравитации (Quantization methods and their applications to gravitational theory);

2. Квантование гравитации в расширенном фазовом пространстве: его предпосылки и выбор схемы квантования (Extended phase space approach to quantization of gravity I: its premises and the choice of quantization scheme);

3. Квантование гравитации в расширенном фазовом пространстве: возможные приложения (Extended phase space approach to quantization of gravity II: possible applications).

Многочисленные дискуссии с профессором Кифером, являющимся сторонником многомировой интерпретации, помогли уточнить наши позиции и наметить пути дальнейшего развития исследований. Это была уникальная возможность обсудить фундаментальные проблемы современной теоретической физики, я благодарю Германскую службу академических обменов за оказанную мне поддержку.

Опираясь на новое и более глубокое понимание проблем квантования гравитации, а также оснований и интерпретации квантовой теории, я продолжаю работу со своими студентами в Южном Федеральном Университете.


Список литературы1. B. S. DeWitt, "Quantum theory of gravity. I. he canonical theory",

Phys. Rev. 160 (1967), P. 1113.

2. C. Kiefer, "Conceptual issues in quantum cosmology", Lect. Notes Phys. 541 (2000), P. 158–187.

3. C. Rovelli, Quantum Gravity, Cambridge University Press, 2007.

4. C. Kiefer, "On the interpretation of quantum theory – from Copenhagen to the present day", in: Time, Quantum and Information, eds. L. Castell, O. Ischebeck, 2003, P. 291–299.

5. H. D. Zeh, "he role of the observer in the Everett interpretation", NeuroQuantology 11 (2013), P. 97–105.

6. H. Everett, " 'Relative state' formulation of quantum mechanics", Rev. Mod. Phys. 29 (1957), P. 454.

7. B. S. DeWitt, "Quantum Mechanics and Reality: Could the solution to the di-lemma of indeterminism be a universe in which all possible outcomes of an experiment actually occur?", Physics Today 23 (1970), P. 30.

8. V. A. Savchenko, T. P. Shestakova and G. M. Vereshkov, "Quantum Geometrodynamics of the Bianchi IX model in extended phase space", Int. J. Mod. Phys. A14 (1999), P. 4473–4490.

9. V. A. Savchenko, T. P. Shestakova and G. M. Vereshkov, "he exact cosmological solution to the dynamical equations for the Bianchi IX model", Int. J. Mod. Phys. A15 (2000), P. 3207–3220.

10. V. A. Savchenko, T. P. Shestakova and G. M. Vereshkov, "Quantum Geometrodynamics in ex-tended phase space – I. Physical problems of interpretation and mathematical problems of gauge invariance", Gravitation & Cosmology 7 (2001), P. 18–28.

11. V. A. Savchenko, T. P. Shestakova and G. M. Vereshkov, "Quantum Geometrodynamics in extended phase space – II. he Bianchi IX model" , Gravitation & Cosmology 7 (2001), P. 102–116.

229

тканевая

инженерия

ПЭГилированный

фибрин

гидрогель

васкулогенез

трехмерное

кокультивирование

клеток

Современные разработки в области тканевой инженерии сталкиваются с проблемой созда-ния кровеносных сосудов, которые могли бы обеспечивать эффективный транспорт пита-тельных веществ и различных метаболитов. Для преодоления указанного ограничения ведутся исследования по созданию засе-ленных клетками биоконструктов на основе модифицированных природных полиме-ров, в частности ПЭГилированного фибрина. В связи с этим цель проведенного исследо-вания заключалась в выяснении оптималь-ных соотношений компонентов гидрогеля из модифицированного фибрина для обеспе-чения благоприятных условий для проявле-ния васкулогенного потенциала совместной культуры эндотелиальных и мезенхимных стволовых клеток. Нами было показано, что гели ПЭГилированного фибрина способ-ны поддерживать трехмерный рост клеток HUVECs и hASCs. Гидрогель с микропористой нитчатой структурой, полученный из ПЭГи-лированного 5: 1 фибриногена и тромбина в концентрации 0.2 U на 1 мг, обеспечивал оптимальные условия для распространения, роста и развития совместно культивируемых клеток обоих типов, а также экспрессии бел-ков, участвующих в ангиогенезе.

1Пензенский государственный

университет, Россия

2Laser Zentrum Hannover e.V., Deutschland

изучение васкулогенного потенциала гидрогелей на основе Модифицированного фибрина

А.И. Шпичка1, А.В. Королева2,

А. Дайвик2, И.Я. Моисеева1,

Б.Н. Чичков2

230

А.И. Шпичка, А.В. Королева, А. Дайвик, И.Я. Моисеева, Б.Н. Чичков

ВведениеПроблема создания кровеносных сосудов при

реконструкции мягких тканей является чрезвычайно актуальной, потому что их отсутствие может стать причиной развития многочисленных патологий и существенно ограничивает разработку успешных методов лечения с применением методов тканевой инженерии.

Для получения микроциркуляторной части сосудистого русла внутри заселенных клетками трехмерных биоконструктов были изучены различные макросоединения и клеточные культуры в отношении их васкулогенного потенциала (Koike et al., 2004; Traktuev et al., 2009; Merfeld-Clauss et al., 2010; Montano et al., 2010). Имитирование эмбриональной среды для стимулирования процессов васкулогенеза является одной из наиболее распространенных стратегий. Например, как показали эксперименты по заселению клеток-предшественников внутрь трехмерного экстрацеллюлярного матрикса, ангиобласты и мезенхимальные стволовые клетки в этих условиях самоорганизовывались в микрососудистую сеть и формировали капилляры (Auerbach, Auerbach, 2002).

Конструкты на основе чистых компонентов экстрацеллюлярного матрикса имеют два основных ограничения: быстрая деградация и непрозрачность. Кроме того, например, Матригель (Matrigel®) содержит в своем составе не охарактеризованные и опухолеиндуцирующие факторы роста, концентрация которых может варьировать в разных партиях продукта (Auerbach et al., 2003; Hughes et al., 2010). Одним из путей преодоления указанных недостатков стала химическая модификация природных чистых макросоединений.

В ранних работах (Dikovsky et al., 2006; Zhang et al., 2006, 2010; Galler et al., 2011) была показана возможность

231

использования трехмерных матриксов на основе ПЭГилированного фибрина для изучения клеточной миграции, пролиферации, дифференциации и тубулогенеза. В частности, были изучены эффекты фибрина, модифицированного согласно различным протоколам, на дифференциацию человеческих мезенхимных стволовых клеток по васкулярному фенотипу (Zhang et al., 2010). Однако возможность использования этого гидрогеля в инженерии сосудов требует дальнейшего изучения, в частности относительно возможности его применения для других типов клеток и их совместных культур. В связи с этим цель проведенного исследования заключается в выяснении оптимальных соотношений компонентов гидрогеля на основе модифицированного фибрина, обеспечивающего наиболее благоприятные условия для проявления васкулогенного потенциала совместной культуры эндотелиальных и стволовых клеток.

Материал и методикаПриготовление растворов фибриногена и тромбина.

Лиофилизированные бычьи фибриноген и тромбин (Sigma Aldrich, Германия) растворяли в стерильном фосфатном буфере в концентрации 25 мг/мл и 100 U/мл, соответственно. Перед применением растворы протеина и фермента хранились при температуре -20 °С.

ПЭГилирование фибриногена. О,О’-бис[2-(N-сукцинимидил-сукциниламино)этил]поли(этиленгликоль) (PEG-NHS; Sigma Aldrich, Германия) был использован для модификации фибриногена. PEG-NHS растворяли в стерильном фосфатном буфере в концентрации 1.5 мг/мл. к раствору фибриногена добавляли полученный раствор PEG-NHS в молярных соотношениях 10: 1 и 5: 1 (PEG-NHS: фибриноген). Реакцию проводили в течение 2 ч при температуре 37 °С.

Изучение васкулогенного потенциала гидрогелей...

232

Культуры клеток. Человеческие стволовые клетки (hASCs) выделяли из жировой ткани пациентов, полученной при пластической операции, после взятия информированного согласия. Клетки изолировали согласно опубликованному протоколу (Gruene et al., 2011). Человеческие умбиликальные эндотелиальные клетки (HUVECs) были приобретены в фирме Lonza (Швейцария). hASCs и HUVECs поддерживались в среде EBM-2 (Lonza, Швейцария) с 1% фетальной бычьей сыворотки и 1 % пеницилина-стрептомицина. В эксперименте использовали 4–6 пассаж эндотелиальных клеток, 5–7 пассаж hASCs.

Инкапсулирование клеток в гидрогеле. В 24-луночном планшете к 200 мкл модифицированного фибриногена добавляли суспензию клеток HUVECs и hASCs (4: 1) из расчета 150000 клеток на 100 мкл геля. Исходный раствор тромбина разводили в соотношении фибриногена к тромбину в геле 1 мг к 1 U и 1 мг к 0.2 U. Полученные растворы тромбина добавляли к смеси фибриногена и суспензии для получения стабильного гидрогеля.

Микроскопия. Сканирующая электронная микроскопия была выполнена на микроскопе Quanta 400F (Fei Company, США) после предварительной дегидратации образцов гидрогелей с помощью спиртового ряда (30 %, 50 %, 70 %, 90 %, 95 %, 100 % этанол) и нанесения слоя золота 100 нм. Световaя микроскопия инкапсулированных в геле клеток была осуществлена на микроскопе Zeiss (Германия) при увеличении 10×, 20×, 32×.

РезультатыПри ПЭГилировании независимо от молярного отношения

получаемый гидрогель из модифицированного фибрина отличался прозрачностью по сравнению с чистым фибриновым гелем (рис. 1).


233

ного фибрина структура всех ПЭГилированных гидрогелей при добавлении PEG-NHS претерпевает сильные изменения. Степень ПЭГилирования также, как и концентрация тромбина, используемая для получения гелей, влияли на плотность проте-инового гидрогеля. Гели, приготовленные из ПЭГилированного


Рис. 1. Внешний вид гидрогелей на основе

немодифицированного (слева) и ПЭГилиро-

ванного (справа) фибрина.

При проведении сканирующей элек-тронной микроскопии были выявлены суще-ственные различия в морфологии нитей раз-личных гелей на основе П Э Ги л и р о в а н н о г о фибрина (рис. 2). В срав-нении с матриксом из немодифицирован-

Рис. 2. Микроструктура гелей на основе немодифицированного и ПЭГили-

рованного 10: 1 и 5: 1 фибрина с добавлением тромбина в концентрациях

1 U и 0.2 U на 1 мг протеина.

Т – тромбин, Ф – фибриноген. Масштабные отрезки – 1 мкм.

234

в соотношении 10:1 фибриногена, в случае обеих концентра-ций тромбина (1 мг к 1 U и 1 мг к 0.2 U), имели очень плотно упакованную нитчатую структуру без пор. ПЭГилирование 5: 1 привело к формированию более рыхлой сети с неоднородным распределением пор разных размеров. Гель, приготовленный из ПЭГилированного 5:1 фибрина с соотношением протеина к тромбину 1 мг: 1 U, имел более микропористую структуру с внутренней нитчатой сетью. Полученные результаты микро-скопии объясняют наши наблюдения поведения клеток внутри гидрогеля, при которых рост HUVECs и hASCs был ингиби-рован сильно модифицированными фибриновыми гелями и увеличенными концентрациями тромбина.

Рис. 3. Совместная культура HUVECs и hASCs, инкапсулированная

в гидрогеле на основе модифицированного фибрина через 7 и 14 сут

культивирования.

Световая микроскопия. Т – тромбин, Ф – фибриноген, стрелки –

клеточные отростки, пунктирные стрелки – клетки округлой формы.

Масштабные отрезки – 100 мкм.

Для оценки влияния геля на основе ПЭГилированного фибрина на поведение клеток в условиях in vitro в него были инкапсулированы HUVECs и hASCs (рис. 3). Наблюдение проводили в течение 14 сут. Гели с повышенной плотностью,


235


приготовленные из ПЭГилированного 10:1 фибриногена и с соотношением протеина к тромбину 1:1 и 1:0.2, не обеспечивали трехмерного роста клеток. HUVECs и hASCs, культивируемые внутри таких гелей, не могли в достаточной мере распластаться, клетки имели сферическую форму и практически не формировали отростки. Гель, приготовленный из ПЭГилированного 5:1 фибриногена и с соотношением протеина к тромбину 1:1, частично обеспечивал распластывание и разрастание hASCs, но не эндотелиальных клеток. В отличие от них гель, полученный из ПЭГилированного 5:1 фибриногена и с соотношением протеина к тромбину 1:0.2, обеспечивал рост и распластывание HUVECs и hASCs с формированием отростков и межклеточных контактов.

ОбсуждениеВ представленной работе изучены ключевые параметры

получения гидрогеля на основе модифицированного фибрина, обуславливающие формирование определенной микросреды, которая способствует проявлению васкулогенного потенциала эндотелиальных и стволовых клеток. В геле, подобном экстрацеллюлярному клеточному матриксу, на форму клеток и цитоскелета влияют такие структурные особенности гидрогеля, как размер нитей, их взаимосвязь, плотность, молярное отношение при ПЭГилировании. Механические взаимодействия между клетками и их окружением обеспечивают важный набор сигналов, которые контролируют форму клеток и их функцию (Hofman et al., 2011). Представленное разнообразие структур компонентов экстрацеллюлярной среды делает неудивительным факт того, что клеточная адгезия в трехмерном пространстве сильно различается (Bensaid et al., 2003; Bryant et al., 2003; Dikovski et al., 2006; Hughes et al., 2010). Процедура ПЭГилировния была применена с целью контроля стабильности гелей на основе фибрина при длительном культивировании клеток in vitro. При

236


выборе оптимальных параметров осуществления ковалентного связывания ПЭГ с протеиновой молекулой возможно сохранение функциональной активности синтезированных коньюгатов (например, ферментативной активности или распознавание рецепторов) (Veronese, 2001).

ПЭГилирование фибриногена PEG-NHS не влияло на его способность подвергаться ферментативному перекрестному сшиванию в результате реакции с тромбином. ПЭГилированный фибрин с разными молярными отношениями был использован для инкапсулирования HUVECs и hASCs с целью оценки оптимального состава геля для клеточного роста. на основании имеющихся в литературе данных (Zhang et al., 2006; Galler et al., 2011) для модификации фибриногена были выбраны соотношения 10:1 и 5:1. В отличие от чистого фибрина гели ПЭГилированного фибрина остаются полностью прозрачными после сшивания с тромбином, что представляет физико-оптическое преимущество (рис. 1) и делает возможным микроскопический анализ клеток, культивируемых внутри фибринового гидрогеля.

Изменения плотности гидрогеля из ПЭГилированного фибрина может соотноситься с поведением клеток внутри него. Фибриллярная природа фибрина позволяет корректировать клеточную адгезию и осуществлять механическую передачу сигналов. Наноразмерный характер нитей полимера является важным свойством, благодаря которому микросреда может воздействовать на функцию клеток. HUVECs и hASCs, культивируемые в геле из чистого, немодифицированного фибрина, могли относительно быстро удлиняться и устанавливать межклеточные контакты, при этом продолжая пролиферировать, мигрировать и разрушать фибриновый матрикс. Однако было выявлено, что фибрин, ПЭГилированный в соотношении 10:1, не мог обеспечить

237


трехмерного роста изучаемой совместной культуры. Согласно данным сканирующей электронной микроскопии (рис. 2), гель на основе ПЭГилированного 10:1 фибрина имеет очень плотно упакованную структуру, которая, вероятно, ингибирует пространственное распространение, рост и миграцию клеток. В геле из фибрина, ПЭГилированного в соотношении 5:1 и приготовленного с 1 U тромбина на 1 мг протеина, происходило незначительное распространение HUVECs и hASCs. Дальнейшее снижение концентрации тромбина приводило к меньшей плотности гелей, которые могли обеспечить трехмерный рост эндотелиальных и стволовых клеток.

Таким образом, проведенное исследование показало, что гидрогели на основе ПЭГилированного фибрина способны поддерживать трехмерный рост совместной культуры HUVECs и hASCs. Гель с микропористой нитчатой структурой, полученный из ПЭГилированного 5:1 фибриногена и тромбина в концентрации 0.2 U на 1 мг протеина, обеспечивал наиболее благоприятные условия микросреды для распространения, роста и развития совместно культивируемых hASCs и HUVECs. Результаты данного исследования могут быть использованы в разработке микрофлюидных трехмерных конструктов, заселенных клетками, с целью их дальнейшего применения в тканевой инженерии и диагностических системах.

Список литературы1. Auerbach R., Auerbach W. 2002. Vasculogenesis and angiogenesis.

In: Fan T., Kohn E., editors. New Angiother., Humana Press inc., Totowa, NJ, 1–6.

2. Auerbach R., Lewis R., Shinners B., Kubai L., Akhtar N. 2003. Angiogenesis assays: a critical overview. Clin. Chem. 49: 32–40.

3. Bensaid W., Triitt J., Blanchat C., Oudina K., Sedel L., Petite H.

238


2003. a biodegradable ibrin scafold for mesenchymal stem cell transplantation. Biomaterials. 24: 2497–2502.

4. Bryant S.J., Durand K.I., Anseth K.S. 2003. Manipulations in hydrogel chemistry control photoencapsulated chondrocyte behavior and their extracellular matrix production. J. Biomed. Mater. Res. A. 67:1430–1436.

5. Dikovski D., Bianco-Peled H., Seliktar D. 2006. he efect of structural alterations of PEG-ibrinogen hydrogel scafolds on 3-D cellular morphology and cellular migration. Biomaterials. 27: 1496–1506.

6. Galler K.M., Cavender A.C., Koeklue U., Suggs L.J., Schmalz G., D’Souza R.M. 2011. Bioengineering of dental stem cells in a PEGilated ibrin gel. Regen. Med. 6: 191–200.

7. Hofman B.D., Grashof C., Schwartz M. 2011. Dynamic molecular processes mediate cellular mechanotransduction. Nature. 475: 316–323.

8. Hughes C.S., Postovit L.M., Lajoie G. 2010. Matrigel: a complex protein mixture required for optimal growth of cell culture. Proteomics. 10: 1886–1890.

9. Koike N., Fukumura D., Gralla O., Au P. Schnechner J., Jaun R. 2004. Creation of long-lasting blood vessels. Nature Br. Commun. 428: 138–139.

10. Merfeld-Clauss S., Gollahali N., March K.I., Traktuev D.O. 2010. Adipose tissue progenitor cells directly interact with the endothelial cells to induce vascular network formation. Tissue Eng. Part A. 16: 2953–2966.

11. Montano I., Chiestl C., Schneider J., Pontiggia L., Luginbuehl J., Biedermann T. 2010. Formation of human capillaries in vitro: the engineering of prevascularized matrices. Tissue Eng. Part A. 16: 269–282.


12. Traktuev D.O., Prater D.N., Merfeld-Clauss S., Sanjeevaiah A.R., Saadatzadeh M.R., Murphy M. 2009. Robust functional vascular network formation in vivo by cooperation of adipose progenitor and endothelial cells. Circ. Res. 104: 1410–1420.

13. Veronese F.M. 2001. Peptide and protein PEGylation: a review of problems and solutions. Biomaterials. 22: 405–417.

14. Zhang G., Wang X., Wang Z., Zhang J., Suggs L. 2006. a PEGylated ibrin patch for mesenchymal stem cell delivery. Tissue Eng. 12: 9–19.

15. Zhang G., Drinnan C.T., Geuss L.R., Suggs L.J. 2010. Vascular diferentiation of bone marrow stem cells is directed by a tunable three-dimensional matrix. Acta Biomater. 6: 3395–3403.

241

и М М а н у и л к а н т :

Статьи по гуманитарным,

социальным,

правовым и

экономическим

дисциплинам

242

сокращенные

лексические

единицы

комиссивы

виртуальная

коммуникация

В настоящей статье освещена проблема

использования сокращенных лексиче-

ских единиц в процессе виртуальной

коммуникации. Особое внимание в ра-

боте уделено сопоставлению матери-

ала английского и немецкого языков.

Произведена категоризация комиссив-

ных конструкций в процессе текстинга

и виртуальной коммуникации. Вся ин-

формация основывается на школе праг-

малингвистики в соответствии с теори-

ей речевых актов. Дана информация по

процентному соотношению различных

категорий сокращенных лексических

единиц, представленных комиссивными

конструкциями, в дискурсе виртуальной

коммуникации.

Южный Федеральный университет

Universität Regensburg

А.В. Алексеев

сокращённые лексические единицы, выраженные коМиссивныМи конструкцияМи, в сфере виртуальной коММуникации

243

Сокращённые лексические единицы...

ВведениеГруппа речевых актов, которую мы собираемся

исследовать, – комиссивные конструкции. Данный разряд изучали такие известные ученые, занимающиеся вопросами прагмалингвистики, как Д. Вундерлих, В. Фрейзер, Дж. Л. Остин, Дж. Катц, Дж. Р. Сёрль и Д. Мак-Коли и др. Отечественный лингвист В. В. Богданов определяет группу комиссивов адресатно-инициирующими побуждающими РА. к комиссивам, согласно таксономии ученого, принадлежат коммуникативные акты, выражающие гарантии, обязательства, уверения, пари, согласия, клятвы, обеты, отказы, угрозы, обещания и т. п. [Богданов, 1998: 25-37]. Дж. Л. Остин выделяет иллокуцию, базирующуюся на значении принятия обязательства, ученый относит комисивы к обязательствам и обещаниям, «они обязывают (commit) Вас сделать что-либо»: пообещать, предложить что-либо сделать, взять на себя ответственность, поддерживать(идею), иметь в виду, предусматривать и т. д. [Остин, 1986:118-128]. Дж. Катц, основываясь на теории Дж. Л. Остина сужает значение понятия комиссива принятием обязательств [Katz, 1977: 99-102]. В свою очередь Даниэль Вандервекен, выводя основы комиссива, базируется на иллиокутивной силе определенного речевого акта, состоящей из подготовительного условия, пропозиционального содержания, а также условия искренности [Cерль, 1986: 242-264]. Другую классификацию комиссивов, базирующуюся на семантических типологиях иллокутивных актов, выделенных Д. Мак-Коли, Дж. Л. Остином и В. Фрейзером, предлагает Галина Романовна Восканян [Восканяян, 1987: 45-52]. Автор вводит три критерия, на основе которых комиссивные речевые акты выделяются в подгруппы: реактивность речевых актов; присутствие в словарных дефинициях лексической единицы; дифференциальной семы «обязательство»; распределение семантики глагола.

244


Обсуждение Мы остановимся на классификации Дж. Сёрля [Серль,

1986: 175]. Ученый соглашается с определением комиссивов, предложенным Дж. Л. Остином, оговаривая тот факт, что определенные глаголы таксономии Дж. О. Остина, нельзя относить к комиссивным конструкциям [Сёрль, 1986: 175]. Дж. Серль характеризует комиссивы как иллокуцию, целью которой является возложение на адресата обязательства произвести определенное действие в будущем времени или следовать некоторой стратегии поведения. Мы исследовали сокращенные лексемы в текстах виртуальной коммуникации и процессе текстинга и SMS сообщений и в итоге выделили пять основных категорий, основываясь на таксономии сокращенных лексем Дж. Серля: «обещания», «объявления», «угрозы», «приглашения» и «предупреждения».

Представим информацию о том, какое процентное соотношение приходится на различные категории («обещания», «объявления», «угрозы», «приглашения» и «предупреждения») в английском и немецком языках, а затем проведем аналогию по данным статистикам, найдя общие черты и установив различия использования сокращенных лексем в процессе текстинга, использования SMS и виртуальной коммуникации.

Комиссив (английские аббревиатуры) Комиссив (немецкие аббревиатуры)

На приведенных выше графиках мы можем увидеть, что

Обещания, 31

19%

Обещания, 1

7%

Приглашения, 14

9%

Приглашения, 1

6%

Объявления, 55

35%Объявления, 8

50%

УгрОзы, 34

21% УгрОзы, 1

6%

ПредУПреждения, 5

31%ПредУПреждения, 25

16%

245


категория «объявления» составляет наибольшую часть от всех комиссивных конструкций как в английском (35%), так и в немецком языках (50%). В то же время можно отметить, что наименьшее число сокращенных лексических единиц составляет категория «приглашения», в немецком языке она насчитывает 6%, в английском 9%, однако в немецком языке также есть категория «угрозы», представленная так же, как и «приглашения» 6%, в то время как в английском она занимает второе по численности место 21%. По остальным категориям процент соотношения разнится, что представляет еще больший интерес к исследованию данных групп речевых актов в процессе текстинга, сфере виртуальной коммуникации и SMS сообщениях.

Наибольшей категорией, как было сказано выше, как в английском, так и в немецком языке является группа «объявления», характеризующаяся извещением о каком-либо событии или явлении: AWYR – Awaiting Your Reply (в ожидании Вашего ответа), G2G – Got to Go (надо идти), I OIC – Oh, I See (понятно), Bigbedi –Bin gleich bei Dir (я сейчас с тобой), Biglzuhau – Bin gleich zu Hause (я сейчас дома), Gin – (Das) glaube ich nicht (я не верю (этому)), Hh – (Ich) habe Hunger (я голоден), Rfdi – reif für die Insel (я созрел для отпуска) [Twitter 2016].

Вторая категория комиссивов, которую мы рассмотрим в данной главе будет, «угрозы», которая непосредственно связана с предыдущей группой, представляя собой такие же обещания, только направленные на причинение какого-либо зла, неприятности: BTOBD – Be here Or Be Dead (будь там, либо мертвым), CUL – Catch You Later (поймаю тебя позже), WTMKF – Welcome to My Kill Filter (добро пожаловать в мой черный список), YD –You're Dead (ты труп ), Isdinl – Ich sehe dich im nächsten Leben (vgl. anw) (увидимся в следующей жизни).

Следующая категория, которую мы

246


рассмотрим, – «предупреждения». В английском языке ее процент-ное соотношение составляет 16%, в немецком – 31%. Данная группа включает в себя различного рода предостережения, замечания, дисциплинарные взыскания и т.п.: ATTN – Attention (внимание), AYOR – at Your Own Risk (на свой риск), BION – Believe It Or Not (хочешь верь, хочешь нет), DEGT – Don't Even Go here (даже и не ходи туда), UIAM – Unless I Am Mistaken (если я не ошибаюсь), А8ung – Achtung (внимание), wl – (Ich) will los / (Wir) wollen los (я (мы) хочу идти), Zl – Zieh' Leine (отвали), 8ung – внимание.

Сокращенные лексические единицы, объединенные в категорию «обещания» в английском языке, составляют 19%, в немецком – всего 7%. Вот наиболее популярные акронимы, найденные нами в текстах виртуальной коммуникации: BRB – Be Right Back (вернусь), INT – I'll Never Tell (я никогда не расскажу), IOU – I Owe You (я должен Вам), SDIHTT – Someday I'll Have he Time (когда-нибудь у меня будет время), YIB – Yeah, I'll Bet (да, я бьюсь об заклад), Rdsa – (Ich) rufe dich später an (я позвоню тебе позже).

Последняя категория, которую мы представим в данном параграфе, называется «приглашения», занимающая 9% от всех комиссивов в английском языке и 6% в немецком языке соответственно. Данная группа выражает просьбу сделать что-либо, принять участие: COI – Come on in (заходи), COO – Come on Over (приезжай), GAC – Get a Clue (зачесть намек), LG – Let's Go (пойдем), LMIRL – Let's Meet in Real Life (давай встретимся в реальной жизни), LUG – lass’ uns gehen (пойдем).

ИтогиКомиссивные конструкции играют важную роль при

использовании сокращенных лексических единиц в процессе виртуальной коммуникации. Количество видов аббревиатур,

247


используемых в английском и немецком языках, практически одинаково, что говорит об равном влиянии данного класса в процессе текстинга. Также важно отметить схожую роль комиссивных конструкций с директивами, в частности, о наличии у данного класса ярко выраженной глагольной структуры. Некоторые лексические единицы, выраженные комиссивами, имеют бивалентную структуру, и в зависимости от контекста могут быть отнесены к разряду директивов. Категории комиссивных конструкций («обещания», «объявления», «угрозы», «приглашения» и «предупреждения») охватывают обширный класс речевых актов, который имеет большое значение в сфере общения программистов, где выражение намерений сделать что-либо в процессе коммуникации становится приоритетом в выполнении поставленных задач.

Итак, в процессе исследования клмиссивных конструкций были изучены проблемы, связанные с классификацией сокращенных лексем в сфере виртуального общения, а также воздействие данного рода аббревиатур на реципиента. За основу была взята классическая для прагмалингвистической школы категоризации речевых актов, выдвинутая Джоном Серлем. с целью осветить полную картину употребления определенных видов аббревиатур выполнялась установка выявить, как функционируют акронимы в процессе текстинга. В нашем исследовании мы опирались на прагматилингвистику как раздел науки, исследующий язык с точки зрения его употребления в социальной сфере, в рамках выбора сокращенных лексических единиц в зависимости от речевой ситуации, ограничений на их применение в процессе общения а также влияния на участников дискурса.

Список литературы 1. Богданов В. В. Классификация речевых актов [Текст] / В. В.


Богданов // Личностные аспекты языкового общения: Сб. науч. тр. – Калинин, 1989. – 86 с.

2. Восканян Г. Р. Опыт анализа предложений, содержащих перформативы-обязательства (на материале современного английского языка) [Текст] / Г. Р. Восканян // Проблемы синтаксиса словосочетания и предложения в современном английском языке: Межвуз. сб. науч. тр. – Пятигорск, 1987. – С. 45–52.

3. Остин Дж. Л. Слово как действие // Новое в зарубежной лингвистике. – М., 1986. – В. 17. – 154 с.

4. Остин Дж. Л. Слово как действие // Новое в зарубежной лингвистике. – М., 1986. – В. 17. – 129 c.

5. Серль Дж.Р., Вандервекен Д. Основные понятия исчисления речевых актов // Новое в зарубежной лингвистике. Вып. 18. Логический анализ естественного языка. – М., 1986. – 264 с.

6. Katz J. J. Propositional Structure and Illocutionary Force [Текст] / J. J. Katz. – New York, 1977. – 249 p.

7. Twitter [Электронный ресурс] URL: https://twitter.com/ [Дата обращения 21.01.2016]

249

визуальные

исследования

социализм

идеология

дискурс

Германская

Демократическая

Республика

Визуализация в совокупности с языковыми сред-ствами конструирования дискурса печатных СМИ представляет совокупность идей, образов и практик, определяющих семейную политику ГДР в период Второго берлинского кризиса. Иде-ологический дискурс выразил формы знания о со-отношении социальных статусов и гражданских прав мужчин и женщин в социалистическом об-ществе, варианты соответствующего поведения и семейно-брачные отношения. Журналы явля-лись ресурсом для показа порядка гендерных от-ношений, механизмом поддержания унификации мужских и женских ролей в семье. Основополага-ющей была тематическая направленность журна-лов при создании желаемого визуального обра-за. Так, в фокусе печатного дискурса находились вопросы гендерной справедливости, гендерного равноправия и баланса, нормативность муже-ственности и женственности. Целью исследова-ния явилось выявление совокупности визуальных образов, репрезентирующих семейную политику как направление социальной политики в визуаль-ном дискурсе печатных СМИ Германской Демо-кратической Республики с 1958 по 1962 гг. Анализ визуального дискурса проводился на материале периодической печати ГДР, в число изданий во-шли журналы ГДР «Neue Berliner Illustrierte» («Но-вый берлинский иллюстрированный журнал», ГДР) и «Die Frau von Heute» («Женщина сегодня»).

Саратовский государственный

технический университет им. Ю.А.

Гагарина

Eberhard Karls Universität Tübingen

В.С. Глэнцель

проблеМа сеМьи в политической культуре гдр: визуализация сеМейной политики в журналах с 1958 по 1962 гг.

250


Проблемы семьи выступают центральным звеном в политической культуре ГДР. Приоритетные стратегии социального развития отражались в социальном законодательстве, идеологии по формированию социально одобряемых гендерных стандартов, модели семьи, системы ориентиров и ценностей повседневной жизни. Так, центром внимания социальной политики государства и общества находились семья, брак, гендерный баланс, форматы их регулирования, санкционирование отклонений. Визуальный язык, становясь проводником интересов системы, выражал идею социального материнства, которая предполагала вовлечение государства и общества в решение проблем семьи, одной из которых была коллективность воспитания подрастающего поколения.

Визуализация и языковые средства конструирования дискурса в журналах ГДР представили нам совокупность идей и образов, определяющих семейную политику ГДР в период Второго берлинского кризиса. Идеологический дискурс выражал определенные формы знания о соотношении социальных статусов и гражданских прав мужчин и женщин в социалистическом обществе, варианты соответствующего поведения и семейно-брачных отношений. Журналы являлись ресурсом для демонстрации порядка гендерных отношений, механизмом поддержания унификации мужских и женских ролей в семье и обществе. Основополагающей была тематическая направленность журналов при создании желаемого визуального образа. Так, в фокусе печатного дискурса находились вопросы гендерной справедливости, гендерного равноправия и баланса, нормативность мужественности и женственности. Для реализации гендерной политики была создана соответствующая законодательная база. Так, законодательством были предусмотрены меры по защите

Проблема семьи в политической культуре ГДР

251

материнства и обеспечению социальных гарантий женщинам, имеющим детей.

Подобный подход к пониманию семьи и государства в Германии имеет свою историю. Еще в работах немецких мыслителей 18 века и в частности у Гегеля получает развитие тезис об отношениях государства и семьи. Так, в работе «Философия права» Гегель разделяет три формы объективации нравственного духа: семья, гражданское общество и государство. Семья является природной субстанциональностью нравственного духа. По Гегелю, мужчины представляют деятельное начало в семье и государстве, а женщина, «пассивное и субъективное начало» [16 с. 198]. «Представительство семьи как правового лица перед другими принадлежит мужу как ее главе. на его долю должно, далее, преимущественно выпадать добывание средств вне семьи, забота об удовлетворении ее потребностей, равно как ему принадлежит право распоряжения и управления семейным имуществом». Женщина по своей природе не способна заниматься общественной деятельностью: государство подвергается опасности, когда женщины находятся во главе правительства, поскольку они «руководствуются случайными склонностями и мнениями» [16 с. 199]. Согласно теории Гегеля, мужчина и женщина в социально-политической и государственного правовой сферах не равноправны. «Действительная субстанциальная жизнь мужчины протекает и проявляется поэтому в государстве, в науке и т.п., а затем – в борьбе с внешним миром и с собою, равно как и в работе над ними, так что лишь пройдя через раздвоение, он отвоевывает себе самостоятельное единство с собою; спокойным созерцанием этого единства и чувствующей субъективной нравственностью он обладает в семье, в которой женщина имеет свое субстанциальное назначение, и в этой благоговейной родственной любви находит себе выражение также и ее

252


нравственное умонастроение» [16 с. 198].

Трансформация гендерных ролей в изучаемый нами период 1958-1962 гг. В ГДР привело к определенным изменениям в обществе. Освободив женщину от домашней работы и устранив ее от воспитания детей в виду недостатка свободного времени, общество лишилось традиционных основ семьи, а функции заботы, материальной поддержки и воспитания детей стало выполнять государство. В Законе об охране материнства и младенчества было закреплено право женщины на получение государственной поддержки: «Наш социальный порядок позволяет женщине не только всестороннее развиваться в политической и экономической жизни, но и обеспечивает ей счастливое материнство и государственную поддержку в воспитании детей в духе мира, прогресса и демократии» [6].

Конвенциальная модель семьи в рассматриваемом нами социалистическом обществе также освобождала мужчину от основной ответственности перед домохозяйством и детьми. Отметим, например, что государственные пособия по уходу за детьми назначалось женщине, а не мужчине. Роль мужчины как главы семьи и кормильца стало играть государство, законодательно определив условия, в которых будет жить женщина и воспитываться ребенок. В вышеприведенном законе традиционная мужская роль в семье как основного поставщика материального благосостояния заменяется государственной помощью матерям и детям. В целях улучшения материального положения многодетных семей государство выплачивало матерям при рождении третьего ребенка единовременное материальное пособие в размере 100 DM, при рождении четвертого ребенка – единовременное материальное пособие в размере 250 DM, при рождении последующих детей – единовременное материальное пособие в размере 500 DM. Матери, имеющие более трех детей, получали постоянную


253

поддержку правительства, а именно: в месяц за четвертого ребенка женщина получала выплату в размере 20 DM, а за каждого дополнительного ребенка выплату в размере 25 DM.

Помимо материальной поддержки, женщинам, имеющим детей, были доступны различные социальные гарантии. Так, практики социальной заботы государства осуществлялись разными профессиональными помощниками – воспитателями в молодежных и детских дворцах культуры и клубах, активистами женсоветов и профсоюзов, учителями в школах и воспитателями в детских домах и приютах. Дети должны были воспитываться вне семьи без участия родителей.

В журнале «Женщина сегодня» (1959) [2] мы подсчитали количество изображений детей в домашней обстановке и вне дома. на страницах 52 выпусков было напечатано 61 изображение ребенка вне дома и только 18 изображений ребенка в домашней обстановке. По приведенной статистике очевидно, что в визуальном идеологическом дискурсе ребенок все меньше нуждается в семье и все меньше получает родительской заботы, он становится объектом заботы государства в лице его граждан.

Рис. 1. «Для наших детей» Рис. 2.

В журнале «Женщина сегодня» (1958) [1] опубликована статья о государственной заботе о детях в яслях. Описание условий построено таким образом: «Эти ясли – самые лучшие

254


ясли в нашей Германской Демократической Республике. Спокойно и уверенно могут матери идти на работу, потому что они знают, что об их детях позаботятся с любовью. Мы отно-симся к детям с любовью и терпением, чтобы сделать ясли их вторым домом» [1] (рис. 2). В статье подчеркнуто воспита-ние в яслях наравне с воспитанием в домашней обстановке, которое нисколько не уступает семье и является равноцен-ной заменой домашнего очага и становится для детей вторым домом. Приведем несколько заголовков статей из журналов: «Наши дети», «Мы и наши дети», «Мы несем ответственность за наших детей», «Свобода и счастье для наших детей», «Наши дети – самые лучшие», «Чтобы наши дети спокойно учились», «Мы ждем ребенка», «Для наших детей» (рис. 1), «Наш ребенок идет в школу». Ребенок ста-новился предметом всеобщей заботы, что само по себе под-держивало идею социального доверия к власти, поскольку ей доверяли воспитание будущего поколения.

Журнал «Женщина сегодня» в 1959 году опублико-вал статью под названием «Дети жалуются» [2]. В статье приво-дятся фотоснимки детей и их жалобы на матерей, которые оставили их и отправились жить Рис. 3. «Дети жалуются»

в Западную Германию. Портретные фотографии детей с описа-нием их жалоб расположены в начале статьи, ниже приводится положительный пример заботы социалистического государства


255

о детях с описанием условий их теперешней жизни: «нашли приют», «окружены любовью», «каждый день накрыт хороший стол». В качестве визуального сопровождения избраны два примера (фотографии снизу): дети играют (беззаботность и воспитание) и дети едят (питание и хороший уход) (рис. 3).

В «Новом берлинском иллюстрированном журнале» (1962 год) [11] мы подсчитали количество семейных пар ребенком и без ребенка, количество матерей с ребенком и количество отцов с ребенком. Так, семейные пары без детей (27 изображений) составили преимущество почти в два раза над парами с ребенком (12 изображений). А количество образов отца с ребенком (5) почти не уступило количеству изображений матери с ребенком (7). Данная статистика указывает на приоритеты, которые были желательны в целях укрепления государства, а именно: внедрения идеи равенства (количество изображений матерей и отцов с детьми почти равны), устранение женщины из семьи и установление для нее рабочего, а не домашнего графика жизни. Такая постановка вопроса о роли семьи в государстве подчеркивает первенство государственных интересов и демонстрирует социально одобряемый тип семейно-брачных отношений – принесение пользы государству.

В статье «Социалистическое воспитание» [1] главная роль отводится педагогу в школе, который должен воспитывать в ребенке качества социалистического человека. «Наша задача (педагогов) – воспитать социалистического человека. и высший принцип педагогики – сделать это общими усилиями. Семья, школа, юношеские организации призваны выполнить эту задачу» [1]. Родители, согласно нижеприведенному тексту, могут лишь косвенно влиять на развитие собственных детей – через родительские советы. «Статья 37 конституции гласит: «Школа воспитывает молодежь в духе конституции,

256


самостоятельно мыслящими, действующими с сознанием своей ответственности людьми, способными и готовыми включиться в общественную жизнь. Задача школы как проводника культуры заключается в том, чтобы воспитывать молодежь в духе мирного и дружественного сосуществования народов, подлинной демократии и истинного гуманизма. Родители содействуют школьному воспитанию своих детей через родительские советы» [17].

Гегель отмечает важный принцип воспитания детей. Он пишет: «Дети имеют право получать питание и воспитание за счет общего семейного имущества. Право родителей на услуги детей как услуги основывается на общем элементе заботы о семье вообще и им исчерпывается. Точно так же и право родителей располагать произволом детей определяется целью их дисциплинирования и воспитания. (…) воспитание в семье имеет своим положительным назначением доведение нравственности в детях до непосредственного, еще лишенного противоположностей ощущения, чтобы душа прожила свою первую жизнь в этом чувстве как в основе нравственной жизни, прожила ее – в любви, доверии и послушании» (курсив автора) [16].

Исходя из вышеназванных прав ребенка на получение питания и воспитания в семье, спроецируем данную модель на отношения государства и его граждан. Работающие мужчина и женщина имеют в социалистическом государстве право на труд (право на заработок для обеспечения себе питания) и воспитание в духе социалистических принципов. Таким образом, иерархическая структура общества имела своей основой работающих сыновей и дочерей (мужчина и равноправная ему женщина) и верхушка государства – власть, выполняющая отеческие функции заботы: обеспечение занятости, питания и воспитания своих сыновей и дочерей.


257

Рассмотрим подробнее визуальное отражение описанной модели в печатном дискурсе ГДР на примере журналов «Женщина сегодня» и «Новый берлинский иллюстрированный журнал». Визуальный дискурс изображал такую семейную политику, целью которой была поддержка того типа семьи, который был бы полезен для общества. Позиция государства отражалась в семейном законодательстве, а также в ряде нормативно-правовых документах, регламентирующих отношения семьи и государства. Так, в Конституции ГДР 1949 г. (Статья 30) семья и брак «являются основой жизни общества. Они находятся под защитой государства» [17].

Социально-экономические трансформации и пересмотр роли женщины в социалистическом обществе изменили ряд представлений о семейно-брачных отношениях, семейных цен-ностях и семейных обязанностях. Обязанности по питанию и воспитанию детей стали возлагаться на государственные учреждения (ясли, детские сады, школы, летние лагеря и т.д.), в которых ребенок проводил все время. В законодательстве

Рис. 4. «Женщины как ты и я»

прямо подчеркивалась уверенная поддержка материнства в государстве: «Дети это будущее нации, и поэтому забота о детях; укрепление семьи – одна из самых важных задач нашего демократического государства. Многодетные семьи и одинокие матери, которые в результате войны или по другим при-чинам не вступили в брак, получают финансовую

258


поддержку и помощь органов социальной защиты » [6].

В журнале «Женщина сегодня» за 1959 год опубликована статья «Женщины как ты и я» (рис. 4) (лексический акцент на всеобщность взглядов), в которой женщине, обдумывающей как принести благо для государства, предлагается вступить в Демократический женский союз Германии (DFD, Demokratischer Frauenbund Deutschlands) [2].

Общественная и политическая активность женщины в изучаемый нами период стали актуальными темами журналов. Облегчение женского труда была одной из самых главных политических задач, которая решалась в терминах заботы государства о женщинах-матерях. В докладе на конференции женских комитетов земли Тюрингия в Эрфурте 28 мая 1952 г. Вальтер Ульбрихт отмечал: «Я знаю, что заниматься повышением своих знаний нелегко, особенно женщинам-матерям. Именно поэтому в принятом нашим правительством законе о правах женщины совершенно ясно указывается, как путем создания на предприятиях детских садов и яслей, мастерских по пошиву и ремонту одежды, а также организации летних лагерей, домов пионера и т.п. следует значительно облегчить положение женщин-работниц» [12 с. 471].

В журнале «Женщина сегодня» из номера в номер обсужда-лась тема о совмещении занятости женщин и ведения домашнего хозяйства. Эта проблема решалась посредством включения детей в выполнение домашних обязанностей. В рубрике «Мы и наши дети» (в печатном дискурсе дети лексически обознача-лись всегда как «наши дети». Дети выступали объектом заботы государства. Так, замечательным советом, на наш взгляд, явилась напечатанная в 1959 году в журнале «Женщина сегодня» статья. Приведем из нее цитату: «Во многих семьях обычным явля-ется то, что девочки помогают матери в ведении домашнего


259

и конечно же, не без личного примера отца, когда он сам помо-гает на кухне» [2]. Такой идеологическо-воспитательный метод был предложен семьям ГДР для формирования у молодого поко-ления новых гендерных норм. В журнале «Женщина сегодня» [2] расположение визуального материала и частое упоминание о гендерном порядке отразили важные дискурсивные страте-гии в политике гендерного выравнивания.

На рисунке 5 визуально представлены домашние обязанности девочки и мальчика. на первом рисунке девочка занята уборкой посуды со стола, а мальчик помогает отцу. Вертикальное прочтение изображение (сверху вниз) показывает эволюцию в представлениях о домашней работе: здесь мальчики делают влажную уборку (вытирают пыль с телевизора), чистят обувь и поливают цветы. Девочка из горизонтального визуального ряда исчезает совсем (сравнительное расположение

хозяйства, а мальчики помогают отцу с ремонтом. В результате получается, что мальчики восприни-мают всю работу по дому как обязанность девочки и матери, и поэтому часто отказываются помогать на кухне. Поэтому целесо-образно, когда мальчики сами зашивают свою одежду, застилают кровать. А девочки узнают как пользоваться щипцами, молотком и пилой. Так будет воспитываться равенство среди детей, Рис. 5. «Помогают ли дети дома?»

260


картинок – «до и после»), оставляя домашние заботы на мальчиков.

В развитии этой темы отметим, что среди ключевых принципов государственной семейной политики ГДР на законодательном уровне закреплялось равноправие между мужчинами и женщинами. Гендерное равенство подчеркивалось экономической независимостью женщин и их личными правами в социалистическом государстве. Этот принцип получил развитие в работах В. Ульбрихта, который отмечал, что «женщины имеют одинаковые с мужчинами юридические права, в том числе на труд и на отдых, получают равную оплату за равный труд, им предоставлены такие же возможности получения образования, возможности роста и выдвижения во всех областях политической, хозяйственной и культурной жизни» [13 с. 466]. Конституция определяла равноправие между мужчинами и женщинами в достижении более справедливого распределения семейных обязанностей. «Законы и постановления, отрицающие на равенство мужчин и женщин в семье, не допустимы» [17].

В журнале «Женщина сегодня» 1962 года приведена таблица (рис. 6) для сравнения выполненной домашней работы мужчиной и женщиной. Таблица демонстрирует норму. Согласно норме, мужчина должен делать половину того, что делает женщина в домашнем хозяйстве. Приведем перевод данной таблицы.


261

Рис. 6. «Теория и практика»

Теория и практика

Мужчина Женщина

Обязанности по ведениюдомашнего хозяйства

-

не

пр

ав

ил

ьн

о

1

Забота о детях - 1

Работа 1 1

Итого 1 3

Мужчина Женщина

Обязанности по ведениюдомашнего хозяйства

2

пр

ав

ил

ьн

о 2

Забота о детях 2 2

Работа 1 1

Итого 2 2

Перевод к рис. 6.

262

«Но легкое головокружение все же охватывает его (мужчину), когда он на следующий день видит этот подсчет, висящий в рамке над диваном, с подписью и стрелкой. на кухню первая дверь направо» [5]. Социальная политика ГДР структурировала финансовое, физическое и социальное благополучие семьи в терминах социальной защиты и заботы с помощью услуг, начинающихся с до- и пост-перинатального контроля и заканчивающихся предоставлением пенсий по старости и пособий по смерти. Идеалы и нормы гендерной политики государства были направлены в основном на женщин, эмансипацию работниц, крестьянок, пропаганду личной гигиены женщины, коллективизации присмотра за детьми, приготовление и потребление пищи и т.д. Восточногерманская пресса в результате этого становилась гендерно чувствительной в статьях различного рода направленности. Политика в отношении женщин и семьи определялась эмансипаторской риторикой, необходимостью привлечения женских масс к активной политической деятельности. Дети и молодежь как предмет заботы государства рассматривались как потенциальный трудовой ресурс, воспитанный в необходимой для этого среде – обществе. Государство стало ответственным за воспитание, развитие и просвещение молодого поколения. В обществе дети были ограждены от буржуазного деморализующего влияния семьи, здесь полностью могла быть воспитана роль трудового коллектива. Таким образом, государство (в лице политической власти) сделалось как бы проекцией традиционной семьи, практически упразднив ее как устаревший (буржуазный) социальный институт.

Список литературы 1. Die Frau von Heute. 1–53, 1958.

2. Die Frau von Heute. 1–53, 1959.






6. Gesetz über den Mutter- und Kinderschutz und die Rechte der Frau vom 27. September 1950. // Электронный ресурс http://www.verfassungen.de/de/ddr/mutterkindgesetz50.htm [Дата обращения к источнику 28.04.2016]

7. Neue Berliner Illustrierte. 1–52, 1958.





12. Ulbricht Walter. Zur Geschichte der deutschen Arbeiterbewegung. Bd. IV (1. Aul.), Berlin: 1963. – 672 s.

13. Ulbricht Walter. Zur Geschichte der deutschen Arbeiterbewegung. Aus Reden und Aufsätzen. Berlin: 1959 – 647s.

14. Визуальная антропология: режимы видимости при социализме. / Под ред. Е.Р. Ярской-Смирновой, П.В. Романова. М.: ООО «Вариант», ЦСПГИ, 2009. – 448 с.

15. Визуальная антропология: новые взгляды на социальную реальность. / Под ред. Е.Р. Ярской-Смирновой, П.В. Романова, В.Л. Круткина. Саратов, 2007. – 528 с.

16. Гегель Г.В.Ф. Философия права. // Гегель Г.В.Ф. Сочинения в 8 томах. Т. 7. М.: «Соцэкгиз», 1934. – 210 с.

17. Конституция ГДР 1949 г. // Электронный ресурс http://www.documentarchiv.de/ddr/verfddr1949.html#b3 [Дата обращения к источнику 28.04.2016]

264

политическая

антропология

когнитивный

подход

модель адресата

аргументации

абдеритизм

реальная политика

макиавеллизм

механицизм

В ходе историко-философского анализа

корпуса полемических текстов И. Канта

на темы внутренней и внешней полити-

ки с применением методов теории ар-

гументации реконструируется система

представлений о мире, которые автор

приписывает собирательным образам

своих главных оппонентов: «политика»

и «юриста». В основе её лежит натурали-

стическая и механистическая политиче-

ская антропология.

Балтийский федеральный университет им.

И. Канта

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

А.С. Зильбер

образ адресата в политической аргуМентации иММануила канта

Образ адресата в политической аргументации Иммануила Канта

265

Сочинения Канта по проблемам политики составлены в форме трактатов, однако вполне могут быть переписаны в классическом для философии жанре диалога. В них автор не только разъясняет практическое приложение основ своей философии, но и ведёт оживлённую полемику с современниками. В известном трактате «К вечному миру» (1795) предписания, предостережения и надежда постоянно перемежаются с возражениями, оговорками (уступками) и скепсисом – стиль не только публицистический, но и драматический. Мы систематизировали явно обрисованную автором точку зрения оппонентов, картину «наличной действительности», которая образует сравнительно редко цитируемую мрачную сторону трактата, учитывая её источники, явные и скрытые.

Методологической опорой служит «когнитивный подход» к моделированию аргументации в версии [1, 10]. Аргументацией в нём называется план или проект убеждения одним лицом (субъектом) другого (адресата). Радикальное изменение пред-ставлений о мире обычно невозможно, поэтому субъект стремится так модифицировать их, чтобы адресат сам пришел к целевому убеждению [10, с. 160]. Система приемлемых аргументов вырабатывается на основе представления о существующих убеждениях адресата, включая его ценности, интересы, психологические установки [1, с. 11-15]. Их модель называется «моделью адресата», которая отражает связь представлений в его «уме», именно она нас интересует. Подобную стратегию описывает и сам Кант, ведя речь о правовых процедурах: «предложение не может быть названо обещанием, раньше чем я предварительно решу, что предложенное есть нечто могущее быть приятным лицу, которому дается обещание» [4, c. 195]. Набором предъявляемых адресату аргументов будем считать само содержание проекта вечного мира и вообще принципов политики, предложенных Кантом. Опыт реконструкции и анализа деталей этого проекта

266


накоплен уже очень большой, но критикуемая Кантом позиция обобщалась и обсуждалась много реже и только частично – в работах [12], [13], [14], [15], [17], [20]. Cущественным новшеством для применения «когнитивного подхода» в нашем случае будет интертекстуальность анализа. Желая обнаружить мировоззренческий фундамент, мы должны выйти за пределы политической проблематики и рассмотреть целый корпус сочинений, в котором отсутствует строгий порядок, структура и последовательноcть [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8].

Ироничные и саркастические образы «государственного мужа» и «заправского юриста» представлены хотя и несколько фрагментарно, но настолько ярко, что упоминания конкретных авторов выглядят на их фоне исчезающе незаметными. Явным фоном, на котором создавались политические трактаты Канта, было развитие революции во Франции: высшие факультеты университета теряли свою привычную власть [14, S. 80]. Мы сосредоточились не только на узком кругу тех адресатов-современников Канта, но и учли все те идеи и события, которые он актуализирует в своих текстах.

От «расхождения политики с учением о праве» Кант переходит к проблеме оценки нравственного потенциала человека. на уровне правовых предписаний, тезисов, философ пытается уйти от смешения философии права с антропологией, психологией, этикой. Но он не может этого сделать, рассуждая об их реализации и о способах обеспечить её, т.е. Входя в область философии политики, теории принятия политических решений. Кроме того, это уровень построения самой аргументации. Современники, даже те, которые не соглашались с его предложениями, всё равно положительно отзывались на удачно подобранные выражения. Субъективные склонности человека таковы, что этот спор вечен. Преступления оправдываются ссылками на слабости человеческой природы, и источник этого – в самих же слабостях. В философии морали Кант доказывает, что выбор человека в пользу «злого» имеет


267

весомые основания, но не безальтернативен. Пессимизму противопоставляется умеренный оптимизм.

Подтвердилась гипотеза о сводимости конкретных принципов несправедливого «политического моралиста» к фундаментальным мировоззренческим основаниям. Модель этой связи изображена на схеме 1. Она показывает не логические и не каузальные, а «когнитивные» связи между представлениями, т.е. связи, реконструированные по тексту – что должно соответствовать ассоциативным связям убеждений в картине мира самого адресата аргументации. Мы условно разделили выделенные представления на три группы: в первую входят фундаментальные антропологические свойства психологии, во вторую – общие принципы политики, в третью – прикладные принципы политики. Данный конкретный вариант модели столь сложного объекта не единственный из возможных. Важно, что в целом он соответствует общепринятой интерпретации практической философии Канта и конкретизирует её общие положения.

В трактатах [3] и [5] упомянуто около двух десятков собственно политиков, а также авторов высказываний о праве и политике. к теме отношения теории и практики Кант обратился, вероятно, под влиянием Э. Бёрка, Ю. Мёзера и А. Кестнера, настроенных консервативно и отстаивавших самостоятельность практики перед теорией [9, с. 16-17]. о постоянстве общего уровня нравственности (концепция «абдеритизма») писал знакомый Канта просветитель М. Мендельсон. на трактат [5] откликнулись чиновники и публицисты Х. Гарве [18], Ф. Генц [19], А. Реберг [22]. Выражая уважение к автору, они мягко и обстоятельно возражали ему, отстаивая счастье как единственно возможный моральный ориентир, подчеркивая большую роль чувственных влечений в природе человека, почти не касаясь внешней политики и не отстаивая могущество государства и величие правителя. Кто же и что же стало источником самых провокационных тезисов

268


и карикатурных характеристик?

Высказывание о праве как преимуществе сильного перед слабым приписывается галльскому вождю Бренну. Другой политик и писатель, очень сильно повлиявший на образ адресата – современник Канта, представитель просвещённого абсолютизма, воинственный Фридрих Великий. «Отеческое правление» – это именно о его идеях. Его эпоха была временем господства абсолютизма. Европа уже второй век жила в Вестфальской системе, при уважении к суверенитету и к «интересам государства», в стремлении соблюдать «баланс сил» (также объект критики Канта). Наконец, важен адресат, чье имя Кант не упоминает: Н. Макиавелли и его приверженцы [16, S. 35]. Наряду с Гоббсом, он много внимания уделил теме природы человека и её значению для политики, и был в этих вопросах большим пессимистом [23, S. 46-51]. Лучшей формой правления он, как и Кант, считал республику, но к жесткой власти призывал как к средству отстоять независимость итальянских княжеств его времени. Эти принципы в XVII-XVIII веках получили самостоятельное развитие в традиции макиавеллизма (в т.ч. В явной критике и тайном почитании со стороны Фридриха Великого в «Антимакиавелли» – [16, S. 92]).

Адресат аргументации придерживается механистического и натуралистического понимания человека (распространено в материализме XVIII в.). Правопорядок часто описан Кантом как уравновешивание противодействующих друг другу склонностей (что напоминает механизм, атомарный порядок вещества – [11] по аналогии с [16]). Но, как мы показали, механистический способ действия связывается с деспотическим и критикуется. А органические метафоры в текстах Канта также употребляются, и всегда в положительном значении. Прогрессирующее общество сравнивается с лесом, в котором конкуренция деревьев за солнечный свет побуждает их расти всё выше [2, c. 97; 21].


Схе

ма

1. С

вя

зь п

ре

дст

авл

ен

ий

пр

ед

по

лаг

аем

ого

ад

ре

сата

ар

гум

ен

тац

ии

в т

екс

тах

Кан

та н

а те

мы

по

ли

тики

270

Список литературы1. Брюшинкин В. Н. Когнитивный подход к аргументации //

Рацио.ru. 2009. 2. С. 2–22.

2. Кант И. Идея всеобщей истории во всемирно-гражданском плане // Соч. на нем. и рус. яз. Т. 1. М., 1994.

3. Кант И. к вечному миру // Соч. на нем. и рус. яз. Т. 1. М., 1994.

4. Кант И. Метафизика нравов. Часть первая // Соч. на нем. и рус. яз. Т 5. Ч. 1. М., 2014.

5. Кант И. о поговорке: может быть, это верно в теории, но не годится для практики // Соч. на нем. и рус. яз. Т. 1. М., 1994.

6. Кант И. о неудачах всех философских попыток теодицеи // Соч.: в 8 т. Т. 8. М., 1994.

7. Кант И. Религия в пределах только разума // Соч.: в 8 т. Т. 6. М., 1994.

8. Кант И. Спор факультетов. Калининград, 1999.

9. Сологубов А. М. Системная модель аргументации в практической философии И. Канта: Дисс. на соиск. уч. степ. канд. филос. наук. Калининград, 2006.

10. Хизанишвили Д. В. Особенности когнитивного подхода к аргументации: аспекты моделирования // Известия УрФУ. Сер. 3. 2014. 4 (134). С. 155–163.

11. Albus V. Weltbild und Metapher. Untersuchungen zur Philosophie im 18. Jahrhundert. Würzburg, 2001.

12. Borries K. Kant als Politiker. Leipzig, 1928.

13. Brandt R. Antwort auf Bernd Ludwig… // Kant-Studien. Jg. 88 (1997). S. 229–237.

14. Brandt R. Universität zwischen Selbst- und Fremdbestimmung…



Berlin, 2003.

15. Busch W. Die Entstehung der kritischen Rechtsphilosophie Kants: 1762-1780. Berlin, 1979.

16. Cavallar G. Pax Kantiana. Wien, 1992.

17. Cavallar G. Lauter „Leidige Tröster“?.. // Allgemeine Zeitschrit für Philosophie. Jg. 30 (2005).

18. Garve Ch. Drei Texte über heorie und Praxis // Kant – Gentz – Rehberg. Über heorie und Praxis. FaM., 1967.

19. Gentz F. Nachtrag zu dem Räsonnement von Herrn Professor Kant… // Kant – Gentz – Rehberg. Über heorie und Praxis. FaM., 1967.

20. Ludwig B. Will die Natur unwiderstehlich die Republik? // Kant-Studien. Jg. 88 (1997). S. 218–228.

21. Pinzani A. Botanische Anthropologie und physikalische Staatslehre… // Höfe O. (Hrsg.) Immanuel Kant. Schriten zur Geschichtsphilosophie. Berlin, 2011.

22. Rehberg A. W. Über das Verhältnis der heorie zur Praxis // Kant – Gentz – Rehberg. Über heorie und Praxis. FaM., 1967.

23. Williams H. Kant’s Political Philosophy. Oxford, 1983.

272

экология языка

биосоциальное

направление

интернет-статус

дискурс

эффорданс

распределенность

языка

лингвокультурология

Статья посвящена кросс-культурному

изучению интернет-статусов с точки зре-

ния экологической теории распределен-

ной и телесной сущности языка. Интер-

нет-статус рассматривается как новая

виртуальная индексальная ниша, часть

обыденного сознания, обладающая

ориентирующей функцией и представ-

ляющая собой потенциал для развития

электронного дискурса, или эффорданс,

но не структуру ввода-вывода информа-

ции. В работе выделяются отличитель-

ные черты поздравительных статусов

в хронологической ленте событий, но-

сящие лингвокультурологический ха-

рактер, на примере русско-, немецко-,

франко-, англоговорящих пользовате-

лей социальной сети «Facebook».

Магнитогорский государственный

технический университет им. Г.И. Носова

Ганноверский университет им. Г.В. Лейбница

О.А. Карамалак

распределенность языка и когниции в электронных Медиа: кросс-культурное исследование поздравительных статусов

Распределенность языка и когниции в электронных медиа

273

ВведениеВ цели данной работы входит изучение распределенного

характера электронного дискурса и выявление лингвокогнитивных и культурных особенностей интернет-статусов поздравлений с днем рождения социальной сети «Facebook» русско-, немецко-, франко-, англоговорящих (американский вариант) пользователей. Задачами статьи являются уточнение и определение характера развития повседневного интернет-дискурса в виртуальной электронной среде, учет среды при анализе поздравительных статусов и деление поздравлений представителей разных стран на холистические и аналитические.

Язык изучается как комплексная деятельность, направленная в будущее на удовлетворения потребностей. Сообщения индексальны, так как они контекстуализированы потоком чувственно данных явлений.

Основываясь на экологическую парадигму в языкознании [2], делается акцент на каузальном влиянии как новой созданной виртуальной ниши, так и людей в социальной сети, которые совершают действия в рамках данной среды. В результате формируются своеобразные знаковые системы с использованием графических, вербальных и паравербальных средств.

Распределенность языка и когницииСовременная когнитивная наука уделяет все большее

внимание такому направлению как теория распределенной когниции. В ее основе лежит биологическая теория когниции У. Матураны, описывающая когнитивную систему как систему, «организация которой определяет область взаимодействий, где она может действовать значимо для поддержания самой себя», а познание – как «актуальное (индуктивное)

274


действование или поведение в этой области» [3]. Данное направление выделяет ориентирующую функцию языка как ориентирующей деятельности, которая модифицирует поведение ориентируемого человеческого организма в ходе его встраивания в среду.

Э. Томпсон сформулировал основную идею теории распределенной когниции следующим образом: «Сознание отдельного человека не заключено в голове, оно простирается через все живое тело и включает мир, находящийся по другую сторону биологической мембраны организма, в особенности межличностный, социальный мир себя и других» [7, c. 2]. Согласно основателям нового лингвистического направления распределенности языка и сознания (S. Сowley, N. Love, B. Hodges, P. Linell, P. hibault, А.В. Кравченко и др.), когнитивные процессы распределены в нашем мозге, в наших телах и, в некоторых случаях, в социальном и физическом мирах [4]. Идея «расширенного сознания» говорит о том, что в процессе повседневного общения внешние ресурсы расширяют наши мыслительные возможности.

Интернет-дискурс рассматривается как динамическая, интерактивная, диалогическая и распределенная деятельности, направленная на создание консенсуальной области взаимодействия. В ходе изменения поведения коммуникантов создается консенсуальная область взаимодействия – область, которая, по определению У. Р. Матураны, объединяет поведение взаимодействующих организмов [6, с. 47].

Интернет-статус «распределен», так как он направлен «в мир», становится «распределенным», общим, глобальным, все участники могут видеть, читать и комментировать его. Интернет-статус возникает в результате переживаний прошлого опыта и направлен в будущее, обладая ориентирующей функцией,


275

и представляет собой предпосылку к развитию дискурса. Человек, ставящий тот или иной статус на своей страничке, порождает внешние по отношению к нему и другим участникам сети пусковые механизмы, направленные на других людей, вызывая определенное изменение в их структурах (ответ на интернет-статус). Следовательно, можно сказать, что статус является эффордансом для возникновения определенного поведения организма в среде. Термин «эффорданс» введен американским психологом Дж. Гибсоном (англ. afordance от aford – ‘иметь или предоставлять возможность’). В экологической теории восприятия эффорданс – это возможности; предпосылки, имеющие определенное значение для организма, которые проявляются во взаимодействии организма и среды [5]. Важно подчеркнуть релятивное отношение среды, организма и материального объекта, выступающего в качестве эффорданса, в данном случае, Интернет-статус – часть виртуальной социальной сети, с помощью которой индивид координирует активность пользователей для получения конкретного результата. Таким образом, статус обладает ориентирующей функцией и представляет собой потенциал для развития электронного дискурса.

Среда социальной сети «Facebook» располагает к аббревиации и сокращению слов, номинативной форме поздравлений, экономии речевых усилий в целом, стремлению к простоте, слиянию и взаимодействию устной и письменной речи, использованию паралингвистических средств (смайликов, капс лок и др.) [1].

Кросс-культурное исследование поздравительных статусовВ статье проводится кросс-культурный анализ 680

поздравительных статусов с днем рождения на русском, немецком, французском и английском языках, который,

276


на наш взгляд, представляет собой особое значение для лингвокультурологии. Подразделяя все культуры на западные и не-западные, соответственно аналитические и холистические проводится анализ поздравлений с днем рождения, размещенных в социальной сети «Facebook» с трех основных позиций: определяется фокусировка на праздничный день именинника или на общее будущее (пожелания на конкретный день vs. общие пожелания на год или несколько последующих лет); номинативные поздравления vs. развернутые пожелания; подчеркивание личного характера взаимодействия с именинником, комплименты. Подробнее с анализом можно ознакомиться в статье «Психолингвистические особенности поздравлений с днем рождения в социальной сети «Facebook» на русском, английском, немецком и французском языках» [1].

РезультатыРусскоязычные пользователи сети «Facebook», поздравляя

с днем рождения, обычно используют абстрактные общие понятия, такие как здоровье, любовь, счастье, богатство, благополучие и др., что можно объяснить холистическим типом мышления, характерным для русской культуры, где акцентируется общее видение мира. Холизм также проявляется в том, что русскоязычные поздравления содержат пожелания на всю жизнь или на следующий год (исходя из абстрактных и общих поздравительных фраз). Следует уточнить, что если человек значим и близок, и адресант знает о его увлечениях, предпочтениях или ожидаемом событии в будущем, то те же перечисленные выше ценности конкретизируются: например, желают отличного отпуска или отдыха на море, сдать успешно сессию, найти взаимную любовь и т. д.

Поздравления с днем рождения русскоязычных наиболее длинные и разнообразные по содержанию, меньше случаев


277

использования одной номинальной поздравительной фразы «С днем рождения». Для поздравлений на русском языке характерно наличие различных пожеланий, которые, как ценностные показатели, имеют большое значение: в русской культуре написать просто «с днем рождения» недостаточно, это воспринимается как равнодушное отношение.

Для немецко-говорящих пользователей тоже характерно пожелание общего, абстрактного благополучия. Они поздравляют в основном словами «Alles Gute, alles Liebe zum Geburtstag», причем не выделяют сам день как день рождения. В большинстве поздравлений нет «Zum Geburtstag», используется выражение «всех благ» – «Alles Liebe» или «Alles Gute». Данные выражения функционируют одновременно и в номинативной роли, и в роли пожелания общего характера (для обозначения самого праздника дня рождения, то есть вместо «Zum Geburtstag» немецкие пользователи сети «Facebook» предпочитают использовать «Alles Gute»). Германия, являясь, безусловно, западной страной, обладает холистическим типом мышления.

Характеризуя разнообразие поздравлений (определенных пожеланий, выражение похвалы или личных взаимоотношений с именинником), отметим, что немецкие поздравления в основном носят номинативный характер, т.е. сам факт поздравления имеет высокий ценностный показатель, при котором выражение пожеланий не предполагается.

В англо-американской и французской культурах пожелания относятся только ко дню рождения (внимание сосредотачивается на самом дне, а не на том, что будет после него). Выделение конкретного дня и концентрация на нем объясняется западным (аналитическим) типом мышления. Англоговорящие пользователи не скупятся на похвалу

278


в поздравлениях и выражении чувств и эмоций и отмечают личные отношения с именинником. Англо-американское общение в большей степени ориентировано на личность и ее достижения, а также ее качества, что свидетельствует о более ярком выражении индивидуального начала в американской лингвокультуре.

Французские поздравления в социальной сети «Facebook» характеризуются большой степенью эмоциональности и выражением любви, что проявляется в использовании эмотиконов (смайликов, сердечек и поцелуев) и большого количества восклицательных знаков. Часто встречается слово «поцелуй» («bisous», «bises», «bosou», «bisous»), причем орфографической правильности написания этого слова не уделяется внимания – важно эмоциональное состояние. Поцелуи в поздравлениях иногда адресуются не только имениннику, но и его или ее семье. Использование обращений типа «mon Rico adoré», «mon Henrico d’amour» свидетельствует о стремлении выразить личное отношение к виновнику торжества. Однако похвала или концентрация на личных взаимоотношениях невелика по сравнению с англо-американскими поздравлениями.

Лингвистическая форма поздравлений и пожеланий влияет на специфику восприятия праздника как такового (психолингвистический феномен). Это каузальный процесс, при котором индивид как представитель той или иной культуры в свою очередь выбирает форму выражения поздравления.

Полученные результаты вносят вклад в изучении аспектов обыденного сознания, рутинных форм социального взаимодействия людей, в том числе развития электронного дискурса.


Список литературы1. Карамалак О.А. Психолингвистические особенности

поздравлений с днем рождения в социальной сети «Facebook» на русском, английском, немецком и французском языках // Вопросы психолингвистики, 2015. – T. 26. – C. 72–81.

2. Кравченко А.В. Два взгляда на экологию языка и экологическую лингвистику // Экология языка и коммуникативная практика, 2014. 2. – С. 90–99.

3. Матурана У. Биология познания. Язык и интеллект. – Москва: Издательская группа «Прогресс», сост. В.В. Петров, 1996. – C. 95–142.

4. Cowley S.J. Distributed Language Ed. by Cowley. Amsterdam / Philadelphia: University of Hertfordshire, UK John Benjamins Publishing Company, 2011. – 211 p.

5. Gibson J. he Ecological Approach to Visual Perception. – Boston: Houghton-Miin, 1979. – 332 p.

6. Maturana H. R. What is it to see? // Archivos de Biologia y Medicina Experimentales (Arch. Bio.Med. Exp.). 1983. – Vol. 16. – P. 255–269.

7. hompson E. Empathy and consciousness // Journal of Consciousness Studies, 2001. – 8 (5–7). – P. 1–32.

280

эмиграция

архив

история России

Бременский

университет

межкультурные

коммуникации

Русское зарубежье

В статье освещаются краткие итоги ста-

жировки по совместной программе

DAAD и Министерства образования и на-

уки РФ «Иммануил Кант». В центре внима-

ния исследования фонды архива Центра

изучения стран Восточной Европы при

Бременском университете. Автор уде-

ляет внимание документам, касающим-

ся истории российской эмиграции в ХХ

веке. В статье дается краткое описание

архивного фонда и фондообразователя.

Автор отмечает наличие разнообразных

источников, которые позволяют соста-

вить объективную картину происходя-

щих в среде российской эмиграции со-

бытий. Архив является малодоступным

для российских исследователей и требу-

ет дальнейшего изучения.

Ульяновский государственный


Forschungsstelle Osteuropa an der Universität

Bremen

Л.В. Климович

докуМенты по истории российской эМиграции в архиве центра изучения стран восточной европы

при бреМенскоМ университете

281

ВведениеХХ век в истории России характеризуется несколькими

волнами эмиграции. Массовая миграция связана с 1917 годом, после революции и гражданской войны за рубежом оказались те, кто был не согласен с советской властью. на всем протяжении последующей истории России существовал устойчивый феномен эмиграции: она постоянно воспроизводилась новыми волнами, вызванными социальными и военными катаклизмами в России. Это отчетливо проявилось в событиях Октябрьской революции 1917 г. и Гражданской войны, Великой Отечественной войны, создавших условия для образования волн эмиграции. В 1980–1990-х гг. В связи с распадом СССР и громадными социальными и общественными изменениями в стране возникли предпосылки для складывания новой волны эмиграции.

Оказавшись в вынужденной эмиграции, беженцы (а именно этот термин применялся к ним со стороны европейских стран [1]) старались сохранить связь с родной культурой и языком, передать традиции последующим поколениям. Одним из возможных путей трансляции преемственности стал сбор и хранение архивных документов.

Российская эмиграция в ХХ веке очень неоднородна, формирование же архивного наследия тоже происходило разными путями и в разных странах. Представители всех волн русской эмиграции создавали частные и общественные архивы. Материалы российских эмигрантов отложились в архивах тех стран, которые стали центрами русского расселения.

Архивные фондыВ центре внимания настоящей статьи обзор фондов

по российской эмиграции архива Центра изучения стран Восточной Европы при Бременском университете.

Документы по истории российской эмиграции...

282


Архив, созданный в 1982 году, специализируется на истории диссидентского движения, но при этом большой интерес представляют личные фонды российских эмигрантов первой и второй волны. Они дают возможность увидеть, как проходила жизнь ярких и рядовых представителей эмигрантской общины.

Документы в архиве представлены фондами, которые были переданы самими эмигрантами или их наследниками.

В статье мы дадим обзор основных фондов, с которыми нам удалось познакомится за время стажировки:

Ф. 80. Тупэ Ирина (Документы семьи Сувориных – Ростиславовых – Тупэ). Рассказывают нам о семейной истории Суворина Бориса Алексеевича (известный издатель еще в дореволюционной России), его супруги Марии Яковлевны Сувориной (Анненковой, Всеволожской). Суворин Б.А. В 1920-е годы жил в Шанхае, редактировал эмигрантские газеты, затем в 1933 году вернулся в Париж. В фонде хранятся личная переписка, документы издательств. Документы его супруги Сувориной М.Я. датируются послевоенным временем, но в ее письмах к Ирине Тупэ, она вспоминает о 1900-1920-х годах, эвакуации из Крыма и первых годах эмиграции.

Ф. 215. Хенкин Кирилл Викторович. Представитель первой волны эмиграции, в 1940 году вернулся в СССР и в 1973 году эмигрировал вновь. Его фонд содержит документы биографического характера, письма с фронта семье в 1941-1942 гг. Интерес представляют материалы его матери Елизаветы Нелидовой1, актрисы театра.

1Елизавета Алексеевна Нелидова (1881—1963) – русская общественная де-ятельница, актриса, деятель теософского движения. В эмиграции с 1923 года. с 1926 года сотрудничала с Русским теософским обществом, в 1927–1929 годах с Тургеневским артистическим обществом. В 1941 году с семьей вернулась в Со-ветский Союз. Участвовала в создании Всероссийского театрального общества.

283


Ф. 203. Матвеев Сергей (протоирей). Эмигрант первой волны, учился в Парижском Свято-Сергиевском богословском институте. с 1956 года проживал в Германии, был настоятелем Свято-Михайловской церкви в Мюнхене, затем Свято-Серафимовской церкви. [3, с.314] Документы фонда датируются шестидесятыми-семидесятыми годами. В нем мы находим материалы о школе при Обществе содействию образованию русских детей в Мюнхене: программу, классные журналы, сочинения учеников. В фонде отражена его переписка по церковным вопросам. Документы личного характера могут служить источником для конструирования социальной жизни эмигрантской общины.

Ф. 45. Лозинский Григорий Леонидович. Яркий представитель эмиграции первой волны, преподавал в Сорбонне, параллельно в гимназии для детей российских эмигрантов в Париже. Фонд включает в себя обширную переписку, в том числе и с представителями научного сообщества из СССР. Письма учеников к профессору рисуют нам «мир детства» эмигранта. Представленные программы занятий русскому языку, русской литературе и народной словесности показывают, как происходила трансляция знаний и попытка эмигрантов сохранить связь детей с исторической Родиной. Журнал «Молодые побеги», издаваемый учащимися Русской средней школы в Париже, а также «Бюллетень Общества Бывших Воспитанников Русской средней школы в Париже» дополняют штрихи к портрету «молодежи в эмиграции». Документы относятся к довоенному периоду.

Ф. 122. Померанцев Кирилл Дмитриевич. Поэт и журналист, эмигрировал еще юношей с родителями в 1919 году. В фонде хранятся личные документы: аттестационные листы за время обучения в Британской средней школе для русских мальчиков в Константинополе.

284


Ф. 98. Народно-трудовой союз (НТС). Издательство «Посев».

Этот фонд, представляет собой бумаги разных лиц, но они так или иначе связаны с деятельностью НТС.

Национальный союз нового поколения (так в 1930-е годы назывался НТС) возник путем слияния двух молодежных кружков в 1930-м году [2]. В идеологическом плане стоял на позициях солидаризма, в своих программных документах вопрос о форме правления для России оставлял открытым. После Второй мировой войны восстановил свою деятельность, сменив в 1957 году название на Народно-трудовой союз российских солидаристов (далее НТС).

Ф. 98. НТС, включает в себя около 2-х десятков папок. Документы охватывают период с 1947 г. по конец 1980-х гг.

Все материалы можно разделить на несколько групп:

1. Переписка членов руководящих органов НТС: здесь стоит отметить письма В.Д. Поремского, В.М. Байдалакова, Л.А. Рара, Е. Романова (Островского). Переписка отделов НТС по всему миру. Переписка между членами НТС за 1972, 1974-1978 годы. Документы внутреннего пользования: Доклады В.Д.Поремского на совещании членов руководящего круга, письма В.М.Байдалакова членам Совета НТС. Стенограммы, инструкции и приказы Германского отдела НТС.

2. Протоколы съезда Совета НТС за 1950, 1952 годы. Документы являются источником о внутренней жизни НТС, его организационном строительстве.

3. Значительная часть фонда составляют печатные материалы НТС: листовки 1950-1953 годов.

285


4. Хронику событий мы можем проследить по страницам Вестника Исполнительного бюро НТС с 1952 по 1965 годы.

5. Документы издательства «Посев», которые включают в себя переписку с авторами по вопросам издания работ и выплаты гонораров. Корреспонденция с издательствами и распространителями.

6. Материалы журнала «Грани»: переписка по вопросу публикации статей авторов. Это письма главного редактора журнала «Грани» Натальи Борисовны Тарасовой за 1950-1960-е годы. Также входящая корреспонденция от С.А. Левицкова, А. Мазурова, Н. Нарокова, Б.А. Нарциссова, В.П. Некрасова, М.М. Новикова, Б. Филиппова, Б. Ширяева и других лиц.

7. Рукописи книг: Ю. Коротков «Дважды два шесть» (1969), Ю.Л. Гродецкий «Возвращение на свободу» (1978), Н.Е. Андреев «История русской интеллигенции 1800-1940», Кудрявцев Всеволод (Стихийный Всеволод) «Дома и в лодке с Леонидом Зуровым» (1979), А. Светов «Явление Большевизма в России», рукописи М. Нарица, А.И. Солженицына, Н.О. Лосского, А. Галича, И.В. Бокштейна и других авторов.

Ф. 44. Поремский Владимир Дмитриевич. Документы этого фонда служат источником по истории НТС до Второй мировой войны. Свет на внутреннее устройство и дела НТС проливает переписка В.Д. Поремского и В.М. Байдалакова за период 1933-1939 гг. Здесь же мы можем увидеть письма Исполнительного бюро отделам. Записные книжки В.Д. Поремского с адресами деятелей эмиграции позволяют установить наличие связей с представителями эмигрантской общины разных стран мира.

Аналитическая деятельность В.Д. Поремского отражена

286


в его дневнике, в котором собраны выписки и его рецензии на книги, а также дальнейшее размышления о внутреннем устройстве Союза периода 1930-х годов.

В 1970-е годы Поремский увлекся социологией, и ее практическим применением. Интересным выступает подборка документов о проведении социологического опроса по инициативе В.Д. Поремского среди эмигрантов, выехавших из СССР в 1970-е годы. Использовался метод «делфи» (метод экспертных оценок). Задача исследования была выяснить позиции эмигрантов по вопросу развития событий в СССР. В фонде отразились сведения о результатах опроса, а также переписка В.Д. Поремского по вопросу обработки результатов проведенного исследования. Документами, проливающими свет на внутреннею жизнь Союза являются доклады и выступления членов руководящих органов НТС, стенограмма прений, также письма Л. Рара Д.В. Поремскому 1963 года.

ИтогиРассмотренные документы охватывают не только

некоторые страницы жизни русского зарубежья, но они до настоящего времени практически не исследованы и представляют ценность для историков, занимающихся проблемами русской эмиграции XX в. Представленные документы являются значимым источником по истории российской эмиграции. Проведение с их использованием объективного исследования позволит по новому взглянуть на историю российской эмиграции XX века. В связи с тем, что архив находится за рубежом, он малодоступен для отечественных исследователей.

Выявление и описание архивных документов по истории российской эмиграции, введение их в научный оборот выступают важным моментом при изучении проблем


российской эмиграции. Новые документы и материалы послужат стимулом для дальнейших научных исследований по истории российской эмиграции.

Статья подготовлена в рамках гранта DAAD и Министерства образования и науки Российской Федерации по программе «Иммануил Кант»

Список литературы1. Гусефф К. Русская эмиграция во Франции: социальная

история (1920-1939 годы). М.: Новое литературное обозрение. 2014., – 328 с.

2. Климович Л.В. Народно-трудовой союз российских солидаристов: ранние страницы истории // Неприкосновенный запас. 2013. 5. – С. 139–156.

3. Нивьер А. Православные священнослужители, богословы и церковные деятели русской эмиграции в Западной и Центральной Европе. 1920 – 1995: Биографический справочник / Библиотека – фонд «Русское Зарубежье». – М.: Русский путь; Париж: YMCA-Press, 2007. – 576 с.

288

звучащая речь

просодия

модальность

эмоциональность

уверенность

немецкоязычный

парламент

Статья посвящена просодии звучащей

речи в контексте немецкоязычного пар-

ламента. В ходе исследования определе-

ны основные модально-эмоциональные

коннотации в рамках тематик «образо-

вание», «здравоохранение». на примере

модально-эмоциональной коннотации

«уверенность», проиллюстрированы ос-

новные просодические характеристики

подобных высказываний.

Нижегородский государственный

лингвистический университет им. Н. А.

Добролюбова


В.В. Кузнецов

просодические средства реализации эМоций в неМецкоМ парлаМенте – бундестаге

289

ВведениеВ настоящее время исследованиям просодии звучащей речи

уделяется особое внимание российских и зарубежных ученых. Это связано с тем, что звучащая речь как объект исследования долгое время оставалась «в тени» работ, посвященных особенностям письменных речевых произведений. Вместе с этим, одним из актуальных вопросов лингвистики является вопрос, стоящий на границе двух научных сфер: какова взаимосвязь эмоций и человеческой речи и каким образом эмоции представлены в языке. Доказано, что определенные лексические и синтаксические средства (например, порядок слов) способствуют выражению эмоций через высказывание, введены понятия эмотивной лексики, эмотивного порядка слов [1, 2].

В настоящий момент есть научные обоснования того, что просодическое оформление высказывания несет в себе эмотивную функцию [3]. Целью данного исследования является определение наличия модально-эмоциональных коннотаций в дискурсе немецкоязычного парламента, а также выявление связи между данными коннотациями и просодическими характеристиками звучащей речи (темпоральными, динамическими, мелодическими).

Исследование публичной звучащей немецкой речи политиков представляет особый интерес, так как их высказывания могут определяющим образом сказываться на развитии общества и государства. Кроме того, речь немецкоязычных депутатов аутентична и не является постановкой. Этими факторами был обусловлен выбор источника экспериментального материала.

Экспериментальный материал Источником материала для проведения экспериментально-

фонетического исследования послужил немецкоязычный

Просодические средства реализации эмоций...

290


парламентский дискурс, высказывания политиков были отобраны из электронной медиатеки нижней палаты немецкого парламента – Бундестага [4], раздел „Plenarsitzungen“ (рус. пленарные заседания). Пленарные заседания представляются наиболее уместным форматом, так как в их рамках депутаты различных фракций делают доклады и время, в течение которого они говорят, значительно выше чем, например, в ходе заседаний отдельных комитетов.

Отбор высказываний осуществлялся на основе двух групп критериев: лингвистических и нелингвистических. Лингвистическими при отборе экспериментального материала послужили следующие критерии:

− формальное соответствие высказываний языковой норме;

− наличие экспрессивных языковых средств в речи выступавших.

− Нелингвистическими критериями, релевантными для выбора высказываний, явились:

− тематика пленарных заседаний;

− процентное соотношение представленности тех или иных политических сил в парламенте;

− гендерный фактор.

На основе данных критериев были отобраны пять тематических фрагментов пленарных заседаний Бундестага 18-го созыва (выборы 2013 г.) общей длительностью 6 часов 32 минуты с сентября 2015 по январь 2016 г. (фрагменты 121-го, 138-го, 139-го, 147-го и 149-го заседаний). Тематика выступлений – образование и здравоохранение как одни из ключевых аспектов нормального функционирования общества.

291


Перцептивный анализПосле предварительного отбора материала был проведен

перцептивный анализ высказываний с привлечением аудиторов – носителей немецкого языка – студентов и преподавателей семинара по фонетике и речеведению Университета им. Мартина Лютера. В результате данного анализа для дальнейшего рассмотрения были отобраны фрагменты выступлений десяти участников парламентского дискурса – девяти депутатов Бундестага и одного федерального министра. Это носители языка как мужского, так и женского пола. Высказывания были сделаны в рамках 138-го и 147-го пленарных заседаний, их общая длительность составила 12 минут 12 секунд.

Аудиторами было квалифицировано наличие в данных высказываниях около 80 модально-эмоциональных коннотаций (МЭК). Для дальнейшей работы были отобраны такие, в отношении которых по меньшей мере половина опрошенных высказалась однозначно: уверенность (нем. Sicherheit), самоуверенность (Selbstbewusstheit), серьезность (Ernsthatigkeit), высокомерие (Arroganz), настойчивость (Nachdruck).

Запись квазиспонтанных (нейтральных) реализаций высказыванийДля сравнения акустических характеристик

высказываний, содержащих модально-эмоциональный компонент необходимо было произвести запись нейтральных вариантов высказываний, осуществляемых носителями языка. Эти высказывания являются квазиспонтанными, так как для их произнесения дикторам была сформулирована определенная задача.

В роли «дикторов» выступили мужчины и женщины одной социальной группы – студенты и преподаватели семинара по

292


фонетике и речеведению Университета им. Мартина Лютера г. Халле, имеющие нормативное произношение и использующие нормативный вариант немецкого языка (Standardsprache). Задание звучало следующим образом: «Произнесите нейтрально ряд предложенных высказываний». «Дикторы» не были ознакомлены с видеофрагментами и контекстом предоставленных им текстов высказываний заранее, поэтому возможность наложения их субъективного восприятия той ситуации, в которой было сделано то или иное спонтанное высказывание, на записанные ими высказывания исключается. Запись квазиспонтанных нейтральных высказываний была произведена на высококачественном оборудовании для записи голоса в студии звукозаписи немецкого университета. Каждое высказывание было реализовано тремя дикторами – соответственно мужчинами или женщинами, в зависимости от пола говорящего в аутентичном высказывании.

Всего к анализу представлено 56 реализаций высказываний, из них 14 являются аутентичными и 42 – квазиспонтанными.

Акустический анализПримером акустического анализа служит подробное

описание акустических характеристик высказывания В1С (спонтанное), содержащего МЭК «уверенность» и его сравнение с нейтральными реализациями. на рис. 1 представлены темпоральные характеристики аутентичного высказывания В1С и средние показатели квазиспонтанных высказываний ∑В1Н – длительность высказывания, длительность фонационного периода, длительность интеллектуальных и эмотивных пауз, средняя длительность слога высказывания и средние показатели длительности для предъядерного, ядерного и заядерного слогов высказывания, темп речи.

293


Рис. 1. Темпоральные характеристики высказывания В1

Длительность квазиспонтанного высказывания превышает длительность спонтанного на 33%. Длительность ядерного слога не отвечает общей тенденции длительности всего высказывания и различается на 33% в пользу спонтанного высказывания. Эмотивные паузы в спонтанном высказывании отсутствуют, в то время как длительность интеллектуальных пауз квазиспонтанного высказывания превышает длительность таких пауз в спонтанном высказывании в пять раз. Темп речи как отношение количества слогов ко времени их реализации высокий в обоих случаях (6,5 сл/с в спонтанном, 5,5 сл/с

294


в квазиспонтанном высказывании), но темп речи спонтанного высказывания выше на 18%. Речь депутата отличается, таким образом, очень высоким темпом и низким количеством пауз, что, по всей видимости, связано с жестким временным регламентом для выступающих.

Динамические характеристики высказывания описывают показатели интенсивности в децибелах (Дб): максимальный и минимальный показатели интенсивности высказывания, диапазон интенсивности в высказывании, средний показатель интенсивности, средний уровень интенсивности слога высказывания, уровень интенсивности всех типов слогов – предъядерного, ядерного, заядерного. Динамические характеристики высказывания В1 и средние показатели ∑В1Н представлены на рис. 2.

Рис. 2. Динамические характеристики высказывания В1

Обращает на себя внимание различие в значениях диапазона интенсивности – в спонтанном аутентичном высказывании – это 29,4 Дб, в квазиспонтанных нейтральных

295


этот показатель на 32% превышен и составляет 38,82 Дб. Значения диапазона интенсивности взаимосвязаны в данном случае с темпоральными характеристиками – с отсутствием пауз и высоким темпом речи спонтанных высказываний. Высказывание делается практически «на одном выдохе».

Анализ мелодических характеристик высказывания выявил расхождение в тональном диапазоне фразы. Разница между максимальным и минимальным значениями частоты основного тона высказывания составила в спонтанном высказывании 93,14 Гц, в нейтральных высказываниях – 78,23 Гц, что на 19% меньше. Таким образом, данное значение тональных характеристик высказывания подтверждает «нейтральность» записанных квазиспонтанных высказываний по отношению к аутентичному высказыванию.

РезультатыВ ходе исследования в звучащей речи немецкого парламента

были выявлены модально-эмоциональные коннотации уверенности, самоуверенности, серьезности, высокомерия и настойчивости, представленные в немецкоязычном парламенте, проведен перцептивный анализ при помощи аудиторов – носителей немецкого языка, отобраны наиболее репрезентативные высказывания, содержащие данные коннотации. Все это является основой для последующего более подробного акустического анализа и уточнения полученных результатов с применением статистических методов. Результаты исследования позволяют говорить о том, что речи политиков также присущи модальность и эмоциональность, которые выражаются не только традиционными языковыми средствами – лексическими или синтаксическими, – но и просодическими.


Список литературы1. Бабенко Л.Г. Лексические средства обозначения эмоций

в русском языке. – Свердловск: Урал. гос. ун-т, 1989. – 184 с.

2. Шаховский В.И. Категоризация эмоций в лексико-семантической системе языка. Изд. 2-е, испр. и доп. – М.: Изд-во ЛКИ, 2008. – 208 с.

3. Bose I., Hirschfeld U., Neuber B., Stock E. Einführung in die Sprechwissenschat. Phonetik, Rhetorik, Sprechkunst. – Tübingen: Narr Studienbücher, 2013. – 287 S.

4. Deutscher Bundestag – Mediathek: http://www.bundestag.de/mediathek (30.06.2016).

297

личные

неимущественные

права автора

права первого

поколения

Бернская

Конвенция

право авторства

право

неприкосновенность

произведения

В настоящей статье автор с помощью

исследования признаков института лич-

ных неимущественных прав формулиру-

ет до настоящего времени не закреплен-

ное законодательно определение этого

института, а также анализирует разви-

тие личных неимущественных прав ав-

тора в европейском законодательстве,

которые изначально были закреплены

на международном уровне – в Бернской

Конвенции по охране литературных

и художественных произведений (права

«первого поколения»).

Московский государственный юридический

университет им. О.Е. Кутафина (МГЮА)

Max-Planck-Institut fuer Innovation und

Wettbewerb

Ю.В. Петрова

охрана личных неиМущественных прав автора первого поколения в странах роМано-герМанской

и англосаксонской правовых сеМей

298

ВведениеИнститут личных неимущественных прав автора является

одним из ключевых в авторском праве. Он прошел долгую историю – от появления в Бернской Конвенции по охране литературных и художественных произведений до закрепления в национальном законодательстве стран-участниц Бернской Конвенции. Несмотря на свое активное развитие понятие личных неимущественных прав автора на сегодняшний день не закреплено, что порождает доктринальные и практические споры о принадлежности тех или иных прав к личным неимущественным.

РезультатыПроанализировав доктрину европейских стран романо-

германской и англосаксонской правовых семей можно выделить следующие признаки личных неимущественных прав автора (далее также – «ЛНП»):

Признаки, общие как для отечественной, так и для зарубежной доктрины:

1. Неотторжимость от личности автора2. Направленность на охрану неимущественных интересов

автора3. Непередаваемость, неотчуждаемость

Признак, выделяемый лишь в российской доктрине: ЛНП позволяют индивидуализировать как автора, так и его произведение

Учитывая, что в российском аналоге термина moral rights – личные неимущественные права автора – уже содержится указание на два первых признака, по нашему мнению можно следующим образом определить ЛНП:

Личные неимущественные права автора – непередаваемые,


299

неотчуждаемые права автора, направленные на охрану его неимущественных интересов, позволяющие индивидуализировать как самого автора, так и его произведение. Проблемой классификации личных неимущественных прав автора занимались как отечественные, так и зарубежные цивилисты.

По нашему мнению, основные личные неимущественные права автора, наиболее широко представленные в Европе в странах романо-германской и англо-саксонской правовых семей, можно разделить на следующие группы:

− Права первого поколения (права, изначально закрепленные в Бернской Конвенции):

Право авторства

Право на неприкосновенность произведения

− Права второго поколения (права, не отмеченные в Бернской Конвенции, но получившие в закрепление в национальном законодательстве европейских стран после присоединения к Бернской Конвенции):

Право на обнародование произведение

Право на отзыв произведения

Рассмотрим как развивались ключевые личные неимущественные права автора – права первого поколения – более подробно.

Право авторства, сформулированное в статье 6bis Бернской Конвенции как право требовать признания своего авторства, было воспринято в европейском законодательстве по-разному.

Мы выделяем три модели, представленные

Охрана личных неимущественных прав автора первого поколения...

300


в законодательстве Европы, на основе которых можно будет наиболее полно определить содержание права авторства в Европе:

А) Французская модель

(Франция, Словакия, Испания, Швеция, Дания, Финляндия, Андорра, Чехия, Греция): в основе права авторства – уважение имени автора, его авторства. При этом имя автора должно быть указано на экземплярах произведения в качестве имени автора этого произведения.

Б) Английская модель

(Великобритания): законодатель охраняет право авторства в позитивном и негативном смыслах, то есть правомочие быть идентифицированным в качестве автора на произведении, а также правомочие препятствовать указанию своего имени на произведениях, автором которых данное лицо не является.

В) Немецкая модель

(Германия, Австрия, Сербия, Грузия, Армения, Молдавия, Литва): законодатель выделяет два права – право авторства и права автора на имя.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что в Европе право авторства включает следующие полномочия:

− правомочие автора требовать признания своего авторства, включающее объективный (указание в той или иной форме имени автора на произведении или при его использовании) и субъективный (признание авторства третьими лицами, а также самим автором) критерии, то есть правомочие быть идентифицированным в качестве автора произведения,

− право решать, под каким именем, анонимно ли или под псевдонимом обнародовать произведение,

301

Охрана личных неимущественных прав автора первого поколения...

− право препятствовать третьим лицам в присвоении авторства на свое произведение,

− право препятствовать указанию своего имени на произведении, автором которого он не является.

Право на неприкосновенность, изложенное в Бернской Конвенции, на наш взгляд, включает в себя две группы правомочий:

− право автора противодействовать внесению любых изменений в произведение,

− право автора на запрет любого другого посягательства, способного нанести ущерб чести или репутации автора.

Соответственно, статья 6bis Конвенции является отражением комплексного подхода, который был воспринят в законодательстве большинства европейских государств.

Тем не менее, встречаются также примеры объективного подхода, согласно которому запрещаются любые неавторизованные изменения в произведение (Франция, Польша, Чехия. Швейцария), а также объективного подхода (например, Дания)

Между тем в отечественном законодательстве в различные исторические этапы были развиты различные концепции – в ГК РСФСР был изложен объективный подход, в Законе об авторском праве – субъективный, в действующем Гражданском Кодексе – комплексная позиция.

Учитывая вышеизложенное, можно утверждать, что в целом содержание права на неприкосновенность произведения не претерпело в европейском законодательстве таких существенных изменений, как другое право первого поколения – право авторства.


Список литературы:1. Гражданский Кодекс Российской Федерации (часть четвертая)

от 18 декабря 2006 г. 230-ФЗ // Собрание законодательства РФ. 2006. 52 (1). Ст. 5496.

2. Бернская Конвенция по охране литературных и художественных произведений от 09.09.1886 // Бюллетень международных договоров", N 9, 2003.

303

девиация

функционально-

семантическое

поле

субкатегория

лексема

устойчивое

словосочетание

фразеологизм

Рассматриваются средства выражения

и структура семантической категории

девиации в английском и русском язы-

ках. В рамках биологического компо-

нента категории девиации выделяются

ментальная и физиологическая состав-

ляющие. Категория девиации в составе

соответствующего функционально-се-

мантического поля включает в себя

ядерные компоненты ментального и фи-

зиологического характеров. Ближняя

периферия актуализируется с помощью

сленгизмов, жаргонизмов. Дальняя пе-

риферия представлена эвфемизмами.

Основными средствами выражения био-

логического компонента категории де-

виации являются лексемы, устойчивые

словосочетания, фразеологизмы.

Томский политехнический университет

Universität des Saarlandes

А.С. Пташкин

функционально-сеМантическое поле Ментального и физиологического коМпонентов категории девиа-

ции в английскоМ и русскоМ языках

304

ВведениеКогнитивисты не отрицают важности классических

категорий для математики, логики, естественных наук и юриспруденции [1; 2]. Что касается повседневной, «бытовой», категоризации, здесь их симпатии находятся на стороне прототипической теории – в силу ее стремления к психологической адекватности. Впрочем, и в повседневной жизни классические категории вполне уместны, когда речь идет о хорошо известных конкретных объектах (типа стол, перчатки, роза, кенгуру) [3; 2].

При этом термин понятийные, или семантические, категории используется как единый и вместе с тем как допускающий разные степени (ранги) обобщенности. Иначе говоря, предполагается, что понятийные, или семантические, категории могут быть более общими и более частными [4].

Субкатегории – единицы более высокой абстракции нежели концепты. Субкатегории образуют связи с категориями или могут существовать автономно [5]: It is necessary to point out that the subcategory is a speciication of Deviations, further detalization leads to concepts which are considered as the elements of subcategories [6].

ОбсуждениеПроблематика изучения понятийной категории

девиации связана с определением тех или иных явлений как девиативных (отклоняющихся от нормы). Критерии оценки неоднозначны, поскольку упомянутые явления могут быть отнесены или к плану девиации, или рассмотрены как вполне нормативные [7]. Категория девиации включает в себя четыре основных компонента: морально-этический, нормативно-правовой, биологический, технический. Биологический компонент предполагает существование двух составляющих:


305

ментальной и физиологической [8]. Это проявляется, например, в значении лексемы unhealthy – not in or exhibiting in body or mind в английском языке, и лексемы ненормальный — 1. отклоняющийся от должного, от нормы. Ненормальная худоба; 2. душевнобольной, психически неуравновешенный [9; 10].

Категория девиации характеризуется полевой структурой с ядром (центром) и периферией в составе соответствующего функционально-семантического поля. В рамках ментальной составляющей выделяются следующие ядерные компоненты: 1) это медицинские названия различных ментальных расстройств и патологий мозга; 2) языковые единицы нейтрально-книжного стиля, выражающие недостаточное развитие ментальных способностей; 3) языковые единицы нейтрально-книжного стиля, репрезентирующие различного рода психические расстройства. Ядро функционально-семантического поля биологического компонента физиологического характера категории девиации в английском и русском языках можно отнести, как и в случае с ментальным компонентом, к числу полицентрических, при этом центр физиологической составляющей характеризуется трехкомпонентным составом. Первый компонент ядра ‒ это медицинские названия различных физических расстройств. Второй компонент ‒ языковые единицы нейтрально-книжного стиля, выражающие врожденные недостатки. Третий компонент ‒ языковые единицы нейтрально-книжного стиля, репрезентирующие различного рода приобретенные при жизни травмы [11].

В рамках функционально-семантического поля биологического компонента категории девиации правомерно выделять ближнюю и дальнюю периферии. Ближняя периферия представлена неформальной лексикой, дальняя периферия включает в себя компоненты эвфемистического характера.

Функционально-семантическое поле...

306


Следует отметить, что для некоторых компонентов ядерной зоны функционального семантического поля категории девиации характерно более частотное употребление прилагательных и устойчивых словосочетаний. В частности, компонент медицинские термины в русском и английском языках представлен следующими эквивалентами: adenovirus diseases / аденовирусные болезни, Leber's disease / болезнь Лебера, Pick's disease / болезнь Пика, abstinence syndrom / абстинентный синдром, Dielt's crisis / синдром Дилта, crying cat syndrome / синдром кошачьего крика. Возможны исключения из представленного правила: Edwards syndrome / синдром «трисомия Е1», Sjoegren-Gougerot syndrom / синдром Шегрена, alcohol withdrawal Albright-McCune-Sternberg / абстинентный алкогольный синдром. Например: on the other hand, more objective methods of assessing psychological disorders have also pinned the ‘psychosomatic’ label on problems such as irritable bowel syndrome and migraine-diseases that are claimed as prime indicators of food intolerance [12]. in our series three cases of hydrocephaly were diagnosed before delivery, but another ive lethal malformations were not (trisomy 18, Vater syndrome, hypoplastic let heart syndrome, Saldini-Noonan syndrome, and sirenomelia) [12]. Возможны при ЭП и мозжечковая атаксия, поражения лицевого нерва, поперечный миелит, синдром Гийена-Барре, стеноз сильвиева водопровода с гидроцефалией [13]. Это синдром Хадчинсона-Гилфорда, при котором дети выглядят стариками с морщинистой кожей и страдают от старческих болезней: ломкость костей, атеросклероз [14].

Ближайшая к ядру периферия формируется за счет коллоквиализмов, сленгизмов, вульгаризмов: a brick short of a load, of one’s rocker, of one’s head и др. В английском языке; большая дрянь, схлопотать (болезнь), идти по болезни и др. В русском языке. Дальняя периферия включает в себя

307


эвфемизмы. Приведем в качестве примера несколько языковых единиц в английском и русском языках: диссимуляция (скрытие болезни), изойти от кровотечения (умирать), Люэтический больной (сифилитический больной), малонадежный больной (безнадежный больной), ненадёжный (безнадёжный), неполноценный (инвалид), опасный больной (угрожающий жизни) [15]; French (English, Italian, Neapolitan, Canton, Spanish, Chinese) pox (gout, disease), social (secret) disease, to catch the disease, long illness (cancer), fallen woman (a woman infected with venereal disease), soldier’s disease (opium addiction), killer disease (TB), etc. [16].

ЗаключениеХарактеризуя особенности взаимосвязи категории

девиации и её компонентов, следует отметить, что это сложная система, включающая в себя несколько функционально-семантических полей, каждое из которых может рассматриваться как субкатегория в составе исследуемой ментальной единицы или как независимая семантическая категория. Биологический компонент категории девиации включает в себя ментальную и физиологическую составляющую, средствами репрезентации которых являются соответствующие лексемы, словосочетания, фразеологические единицы.

Список литературы1. Ungerer F., Schmid H.-J. an Introduction to Cognitive Linguistics. –

London: Longman, 1996. – 306 p.

2. Скребцова Т. Г. Когнитивная лингвистика: курс лекций. – Санкт-Петербург: Филологический факультет СПбГУ, 2011. – 256 с.

3. Lakof G. Women, Fire, and Dangerous hings. What Categories Reveal about the Mind. – Chicago: he University of Chicago Press, 1990. – 112 p.

308


4. Бондарко А. В. Теория функциональной грамматики: Введение, аспектуальность, временная локализованность, таксис. – Москва: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2013. – 352 с.

5. Петроченко Л. А., Пташкин А. С., Андреева А. А. Средства выражения ментальной составляющей категории неполноценности (на материале английского языка) // Вестник Томского государственного педагогического университета. – 2014. – 4 (145). – С. 35–39.

6. Ptashkin A. Subcategory of Evolution within Deviation Category in the English Language // Mediterranean Journal of Social Sciences. – 2014. – 5 (20). – С. 2327–2331.

7. Петроченко Л. А., Пташкин А. С. Средства выражения категории девиации (на материале английского языка) // Вестник Томского государственного педагогического университета. – 2008. – 2 (76). – С. 77–80.

8. Пташкин А. С. Ментальная и физическая составляющие биологического компонента категории девиации в английском и русском языках // Международный журнал экспериментального образования. – 2015. – 12 (2). – С. 229–231.

9. Advanced English Dictionary [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://wordnet.princeton.edu (дата обращения: 15.11.2015).

10. Ожегов, С.И. Толковый словарь русского языка. – Москва: Мир и образование, 2015. – 1376 с.

11. Пташкин, А. С. Функционально-семантическое поле биологического компонента категории девиации в английском и русском языках / А.С. Пташкин. – Томск: Издательство Томского государственного педагогического университета, 2015. – 144 с.


12. British National Corpus [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.natcorp.ox.ac.uk/ (дата обращения: 13.11.2015).

13. Зверев В. В., Юминова Н. В. Проблемы кори, эпидемического паротита и краснухи // Вопросы вирусологии. – 2004. – 3. – С. 44–48.

14. Маркина Н. Как выйти за пределы Хейфлика, или все способы продления жизни // Детали мира. – 2011. – 1 (1). – С. 48–55.

15. Сеничкина Е. П. Эвфемизмы русского языка. – Москва: Высшая школа, 2006. – 151 с.

16. Rawson, H. a Dictionary of Euphemisms and Other Doubletalk. – New York: Crown Publishers Inc., 1981. – 312 p.

310

детская литература

магическая фигура

литературный

мотив

фантастическое

Нижегородский государственный

лингвистический университет

им. Н.А. Добролюбова

Universität Leipzig

Предметом исследования стало изобра-

жение магической фигуры в английской

и немецкой детской литературе второй

половины XX – начала XXI вв. Обозначе-

ние «магическая фигура» (англ. magical

igure, нем. magische Figur) используется

ввиду отсутствия в русском языке друго-

го способа объединить весь спектр поня-

тий wizard, sorcerer, magician, enchanter,

witch, Zauberer, Magier, Hexe и др. Основ-

ной чертой магической фигуры является

её способность к преображению дей-

ствительности с применением сверхъе-

стественных методов.

И.С. Разина

особенности изображения Магической фигуры в совреМенной детской литературе англии и герМании

311

1. ВведениеОдним из отличительных признаков детской

литературы является постоянно изменяющееся соотношение дидактического и развлекательного аспекта. Первый может проявлять себя в элементах моральной или религиозной доктрины (поучительные истории ранней викторианской эпохи в Англии), акценте на определённых правилах поведения или соответствии принятому социальному коду, ярко выраженной педагогической цели (передача информации, рассматриваемой как необходимая, полезная). Дидактические установки в значительной степени ограничивают полёт фантазии – в первую очередь, аудитории.

В данной связи предмет нашего исследования представляет особый интерес как возможность объединить эти две, казалось бы, противоположные силы. Магическая фигура, способная влиять на события или изменять законы природы посредством привлечения волшебной энергии, активно воздействует как на воображение, так и на жизненные ориентиры читателя, выступая в той или иной роли. Т. Фронджиа подчёркивает, что сложная внутренняя организация такого персонажа является многофункциональным инструментом, позволяющим приобщить читателя к таким проблемам, как природа реальности, власть и связанная с ней ответственность, дихотомия добра и зла [1].

2. Магия как сюжетообразующий компонент фантастической детской литературыВ процессе исторического развития в западной культурной

среде возникли три основных традиции определения и изображения магии: научная, религиозная и собственно магическая [2]. Все они участвуют в конструировании реальности, поскольку выработка определения магии включает

Особенности изображения магической фигуры...

312

И.С. Разина

в себя и попытку дать определение миру в целом. В этой связи магия представляет собой человеческую деятельность на периферии реальности, на перекрёстке между реальным и вымышленным. Следовательно, детская фантастическая литература также принимает участие в формировании современной реальности.

Необходимо, однако, признать, что появление в мире постоянного источника магии, вначале поставив перед героями новые задачи, в конечном итоге ограничило бы их, лишая стимула мыслить и развиваться самостоятельно. Именно поэтому магии никогда не достаточно для решения основной проблемы в произведении, она лишь подчёркивает ценность и важность самостоятельных усилий и формирует у ребёнка веру в возможность превращения «другого», «чужого» в помощника и друга.

3. Основные тенденции в изображении магической фигурыАнализ выборки современных британских и немецких

произведений детской и юношеской фантастической литературы, где магическая фигура занимает видное место в системе персонажей, позволил выявить несколько особенно часто встречающихся тенденций её функционирования. Они проиллюстрированы на наиболее типичных примерах.

а) Револьтирующий магический помощник.

Важной функцией магической фигуры в детской литературе ещё со времён мифологии и волшебной сказки является функция волшебного помощника [3]. В настоящее время маг в данной ипостаси предстаёт как противоречивый, не однозначно положительный персонаж с серьёзными недостатками, вредными привычками и подчас маргинальным поведением. В качестве яркого примера может быть приведён

313


Скеллиг, персонаж одноимённой повести британского писателя Дэвида Амонда (Skellig, 1998) [4]. Подобный тип магической фигуры можно назвать проводником, неявно стимулирующим собственную деятельность протагониста, производя при этом отстранённое, равнодушное или даже враждебное внешнее впечатление.

б) Эксцентричность добра.

Другая тенденция, связанная с первой, – эксцентричность представителей добра в сравнении и противопоставлении с непримечательными либо поначалу располагающими к себе антагонистами. «Тётушка-ведьма» главных героев романа британки Дайаны Уинн Джонс Black Maria (1991) кажется обходительной, приветливой пожилой дамой [5]. Её магия, близкая психологической манипуляции, базируется на социальных условностях, нормах и стереотипах, заставляя взрослых персонажей находить рациональные объяснения происходящим вокруг сверхъестественным событиям. В данном контексте кажется совершенно логичным, что единственные взрослые, способные справиться с магией тётушки Марии, не придерживаются конвенциональных норм поведения. Д. Уинн Джонс иронизирует над магическими структурами, связанными с зависимостью и отсутствием выбора, подразумевающими конкретные ожидания взрослых от детей.

в) Двунаходимость магической фигуры.

Являясь представителем магического мира в мире обыденном, волшебник становится временным связующим звеном между ними и приобретает свойство, которое можно назвать двунаходимостью. Двунаходимость, однако, не вечна, и, выполнив свои функции в одном мире (обычно это роль магического помощника), он возвращается в другой. В повести Herr Röslein (2007) немецкая писательница З. Ламбек

314

И.С. Разина

обобщает данную тенденцию и доводит её до абсолюта: волшебник господин Рёсляйн работает по контракту, совершая командировки в обыденный мир, чтобы помочь детям, попавшим в трудную ситуацию [6]. Важной деталью является частичный перенос принадлежности к магическому миру на протеже волшебника. Однако уход мага неизбежен, как неизбежно взросление ребёнка.

4. Основные мотивы, связанные с магической фигурой

а) Слепота взрослых.

Психология отмечает веру в магию как одно из свойств именно детского сознания [2]. Автоматически становясь «аутсайдером» в современном ушедшем от магии обществе, волшебник оказывается своеобразным воплощением древности, героем иной парадигмы.

Л. Смит выделяет два вида детской литературы в зависимости от отношения к магии родителей главных героев: дидактическая (родители принимают существование магии или даже являются её источниками) и проблемная (родители не воспринимают магических аспектов жизни). Второй тип имеет большее распространение [7]. Это объясняется во многом тем, что детская литература до сих пор испытывает влияние романтизма.

б) Мотив субституции.

Часто встречающееся в детской литературе одиночество протагониста, чьи родители слишком заняты проблемами реального мира, чтобы уделить время ребёнку и его фантазиям, представляет собой универсальную развёрнутую метафору процесса взросления и ухода из родительского дома. Противоречивое по своей природе желание полностью освободиться от родительской опеки, но одновременно

315


сохранить с ними близкие отношения создаёт напряжённость и острые конфликты. Происходит чёткое разделение между фазами взросления. В этот момент магия, олицетворяемая волшебником, становится для ребёнка основным источником оптимизма, психологической стабильности, средством «сортировки» сложных эмоций и самоидентификации.

в) Мотив превращения.

Превращение может рассматриваться не только в буквальном, но в самом широком смысле: в связи с утратой или приобретением предметов и качеств, изменением основных свойств, сменой статуса и др. Смещение функций, бытовая ситуация не воспринимается ребёнком буквально, а переживается в фантастических формах, мифологически переосмысляется, обобщается и магически систематизируется. Такое свойство детского сознания, как попытка «объяснить одно через другое», ярко проявляется в образах фантастической детской литературы. Различные проявления мотива превращения встречаются во всех рассмотренных в рамках проекта произведениях; самыми частотными являются переезд на новое место и рождение или смерть членов семьи. Мотив в буквальном толковании может выражать наказание или являться конечной целью позитивной деятельности героев. После встречи с волшебником они «оперяются», претерпевают личностные изменения, оказываются способны взглянуть на мир под другим углом.

5. ЗаключениеПоиск места магии в мире и в детском сознании

подразумевает познание мира в целом. Результаты исследования позволяют предположить, что в настоящее время происходит смещение аксиологической оси. В современном мире высоких технологий и глобализации особо важными становятся такие

И.С. Разина

качества, как активная жизненная позиция, толерантность, способность получать нужную информацию и отделять её от ложной и второстепенной по значению, упорство в достижении цели. Меняющийся образ волшебника играет немаловажную роль в развитии этих черт и стимулировании детской активности и креативности.

Список литературы1. Frongia, T. Good Wizard/Bad Wizard: Merlin and Faust Archetypes

in Contemporary Children’s Literature // Merlin Versus Faust Contending Archetypes in Western Culture / C. Spivack (ed.). – Lewiston/New York: Edwin Mellen Press, 1992. – 28 p.

2. Becher, D. Enchanting Children. Magic, Religion and Science in Children’s Literature. – Leipzig: Uni Leipzig, 2015. – 336 S.

3. Пропп В.Я. Морфология волшебной сказки. – М.: Лабиринт, 2006. – 128 с.

4. Almond, D. Skellig. – London: Hodder Children’s Books, 2013. – 176 p.

5. Wynne Jones, D. Black Maria [Текст] / D. Wynne Jones. – London: Methuen Children’s Books, 1991. – 224 p.

6. Lambeck, S. Herr Röslein [Текст] / S. Lambeck. – Berlin: Bloomsbury Verlag, 2007. – 120 S.

317

Азиатский Боспор

Таманский

полуостров

поселение

керамика

ямы

В статье рассматриваются результаты

раскопок последних лет поселения VI –

II вв. до н.э. Голубицкая 2. Актуальность

работ обусловлена плохой изученно-

стью сельских поселений Боспора арха-

ической и классической эпох. В резуль-

тате раскопок были получены обширные

данные о хозяйственной деятельности, а

также о духовных аспектах жизни ранних

греческих поселенцев. Получили архе-

ологическое подтверждение результа-

ты палеогеографиеских исследований,

которые были осуществлены группой

российских и германских, в результате

которых установлено существование

второго пролива на востоке Таманского

полуострова. Была уточнена датировка

поселения.

Воронежский государственный

архитектурно-строительный


Eurasien-Abteilung des Deutschen

Archäologischen Instituts, Berlin

А.А. Строков

поселение голубицкая 2 и новые данные о ранней греческой колонизации таМанского полуострова

318

ВведениеВ 2006 г. был начат крупный международный

и мультидисциплинарный проект Государственного Исторического музея (Москва) и Евразийского отдела Германского археологического института (Берлин) под руководством к.и.н. Д.В. Журавлева и д-ра У. Шлотцауэра, задачей которого являлось комплексное изучение восточной части Таманского полуострова в эпоху греческой колонизации (современная территория в окрестностях г. Темрюк, Ахтанизовского лимана и дельты реки Кубань). Работа предусматривала не только археологические разведки и раскопки, но и палеогеографические, геологические, палеозоологические, геофизические и археометрические исследования. Интерес именно к этой части Боспора был обусловлен слабой изученностью данного региона [1:150]. В результате группа географов из университетов Марбурга и Кёльна (проф. Х. Брюкнер и д-р. Д. Кельтербаум) установили, что на востоке Тамани в древности пролегал еще один, параллельный Керченскому, пролив, наполненный морской водой, в то время как в отечественной науке долгое время по традиции считалось, что здесь текла пресноводная Кубань, которая затем изменила своё русло на современное [2, 3]. Данное открытие коренным образом изменило наши знания об античной эпохе на Тамани. Долгое время считалось, что восток Таманского полуострова был далекой периферией, в то время как наличие второго пролива означало наличие здесь морских торговых путей и предполагало такое же активное заселение греками данной территории, как и побережье Боспора Киммерийского (нынешнего Керченского пролива). Для дальнейшей проверки этой гипотезы были начаты масштабные разведки, а также археологические раскопки нескольких поселений, в том числе Стрелка 2 и Голубицкая 2, которые находились на разных берегах предполагаемого пролива, которые показали, что поселения были основаны в 1-й половине VI в. до н.э., на раннем этапе колонизации Тамани. на результатах


319

исследования поселения Голубицкая 2 хотелось бы остановиться подробнее.

Поселение Голубицкая 2Непосредственно перед раскопками была проведена

геомагнитная разведка, которая показала наличие укреплений в виде рва и вала, что и подтвердили начатые здесь раскопки (участок «Раскоп 1»). Ров имел ширину около 8 м. и глубину до 3,2 м., вал же был почти полностью уничтожен в результате активного сельскохозяйственного использования этой территории. Строительство данной системы укреплений датируется VI в. до н.э., то есть ранней фазой колонизации Тамани греками, что противоречит общепринятой теории мирной колонизации Боспора [4: 124–125; 5: 107–108].

Однако другим важным и интереснейшим вопросом, который был поставлен перед коллективом проекта, было изучение и реконструкция быта и образа жизни греческих колонистов. Ранее интерес археологов и историков привлекали прежде всего крупные античные города, названия и история которых были известны по письменным источникам. Для исследования внутренней части поселения были заложены раскопы 2 и 5, работами на которых руководит автор данного проекта. В районе, где был разбит участок 2, геомагнитная разведка показала наличие аномалии, которая была интерпретирована как остатки «сырцовой» (сделанной из глиняных кирпичей) конструкции. к сожалению, в ходе раскопок каких-либо остатков построек зафиксировано не было, однако были получены другие важные результаты. Был зафиксирован т.н. «объект 3», представлявший собой большую неглубокую яму (более 3 м. В диаметре), в центре которого расчищена завалившаяся конструкция из сырцовых кирпичей. «Объект 3» предварительно интерпретируется как полуземлянка, однако возможно это был какой-либо хозяйственный комплекс, так как в заполнении ямы были

Поселение Голубицкая 2 и новые данные о ранней греческой колонизации...

320


обнаружены многочисленные обожженные фрагменты амфор, шлаки, бракованные керамические изделия. Если говорить о возможной реконструкции жилых помещений древних греков в VI-V вв. до н.э., то по этому вопросу существует ряд диаметрально противоположных мнений. Некоторые исследователи полагают, что греки, создавшие великую цивилизацию, просто не могли обойтись без каменных общественных зданий и кирпичных домов с черепичной крышей, поэтому вряд ли они могли бы жить в полуземляночных лачугах [6:130]. Данные раскопок поселения Голубицкая 2 пока не могут подтвердить данное мнение, каких-либо монументальных сооружений обнаружено не было. Однако на всех раскопах, иногда в виде целых скоплений, были найдены фрагменты глиняной обмазки со следами прутьев на внутренней стороне. Судя по всему, постройки поселенцев Голубицкой 2 представляли собой саманные конструкции из прутьев или жердей, обмазанных глиной, слегка заглубленных или скорее установленных непосредственно на дневной поверхности. Данный типа строительства применялся во многих культурах вплоть до XX в. [7].

Были исследованы многочисленные хозяйственные ямы, в некоторых из которых были обнаружены наиболее ранние материалы, датируемые 1-й четвертью-серединой VI в. до н.э. – фрагменты ионийских сосудов в т.н. «стиле диких козлов» (wild goat style), чаш типа Knickrandschale и bird bowls [8]. Был изучен и ряд уникальных производственных комплексов, особенно это касается раскопа 5. В одной из ям зафиксирован сброс керамического производства (бракованные сосуды, шлаки). Здесь же, на 5-м участке, обнаружены и следы металлургического производства – тигель, а также две формы для литья. Одна из них совсем небольшая, скорее всего применялась для изготовления ювелирных изделий. Другая – крупная, по предварительной атрибуции могла использоваться для отливания бронзовых статуэток. В сезоны 2014-2015 г. была исследована яма-склад

321


амфорной тары (около 17 археологически целых амфор) таких центров, как Фасос, Хиос, псевдо-Пепарет и др., которая может говорить о торговых связях поселения.

В яме 27 раскопа 5 были обнаружены два ритуальных захоронения собак. Следует отметить, что находки скелетов собак отнюдь всегда могут означать о наличии сакральных действий с их телами. В основном совокупность полученной при раскопках информации может свидетельствовать лишь о том, что умершее животное было сброшено в мусорную яму (более подробно о теоретических аспектах данного вопроса см. [9:29-31]). о культовой составляющей можно говорить лишь при наличии нескольких признаков. Прежде всего это находки полных скелетов, а также явно умышленное помещение трупов животных на свое место, о чем может говорить положение скелета. Именно такую ситуацию мы имеем в яме 27 раскопа 5. Очевидно, что животные были уложены в яму умышленно и единовременно. Находки подобных захоронений собак известны на многих боспорских поселениях античного времени. о назначении данного ритуала мы можем только догадываться. В античном мире жертвоприношение собаки с дальнейшим ее захоронением в определенном месте интерпретируется в русле нескольких возможных трактовок: например, как ритуал очищения либо как строительная и охранная жертва, когда собаку закапывали недалеко от вновь построенного здания или городской стены [10: 63–65]. В нашем случае мы не можем говорить с уверенностью о целях принесения в жертву этих собак. Возможно, косвенным свидетельством охранной жертвы является то, что они лежали в яме с двух сторон у ее стенок. Тем не менее, каких-либо наземных сооружений, которые эти собаки могли бы «сторожить», нами найдено не было, а заполнения ямы 27 не содержало каких-либо примечательных находок.

322


ЗаключениеАрхеологические исследования поселения Голубицкая 2

дали интереснейшие результаты:

1. Ранняя датировка одтверждает точку зрения о наличии второго пути колонизации Боспора вдоль вновь открытого пролива на востоке Таманского полуострова.

2. Укрепления поселения были возведены сразу же по прибытию колонистов, что говорит о тяжелых условиях выживания первых греков на берегах Понта Эвксинского (Черного моря).

3. Получены интересные данные о материальной и духовной культуре греческих колонистов.

Дальнейшее продолжение работы в рамках проекта, вне всякого сомнения, принесет целый ряд новых интереснейших открытий.

Список литературы1. Журавлев Д.В., Шлотцауэр У. Некоторые итоги работ

Боспорской археологической экспедиции в 2006 – 2013 гг. // Государственный исторический музей и отечественная археология. к 100-летию отдела археологических памятников. М.: Изд-во ГИМ, 2014. – С. 150–186.

2. Kelterbaum D., Brückner H., Porotov A., Schlotzhauer U., Zhuravlev D. Geoarchaeology of Taman Peninsula (Kerch Strait, South-West Russia) – the Example of the Ancient Greek Settlement of Golubitskaya 2 // Die Erde. Vol. 142. Issue 3, 2011. – P. 235–258.

3. Brückner H., Kelterbaum D., Marunchak O., Porotov A., Vött A. he Holocene sea level story since 7500 BP – Lessons from the Eastern Mediterranian, the Black and the Azov Seas // Quaternary International 225, 2010. – P. 160–179.


4. Журавлев Д.В., Шлотцауэр У., Кельтербаум Д., Поротов А.В. Новые данные о греческой колонизации Таманского полуострова // Пятая Кубанская археологическая конференция. Краснодар, 2009. – С. 122–128.

5. Schlotzhauer U. New houghts about Early Fortiications in the Cimmerian Bosporus // Азиатский Боспор и Прикубанье в доримское время. М.: Изд-во ГИМ, 2016. – С. 101–108.

6. Кузнецов В.Д. Заметки по греческой колонизации Боспора // Причерноморье в античное и раннесредневековое время. Ростов-на-Дону: Научно-методический центр археологии ЮФУ, 2013. – С. 127–131.

7. Knoll F., Klamm M. Baustof Lehm – seit Jahrtausenden bewährt // Kleine Hete zur Archäologie in Sachsen-Anhalt. 12. Halle (Saale), 2015. – 205 S.

8. Kerschner M., Schlotzhauer U. a New Classiication System for East Greek Pottery // Ancient West and East. 4. 2005.

9. Scheibner A. Der Hund in der mitteleuropäischen Eisenzeit. Wirtschatliche, rituelle und soziale Aspekte. Rahden/Westf: Verlag Marie-Leidorf GmbH, 2013. – 189 S.

10. Mazzorin J. d. G., Minniti C. Dog Sacriice in the Ancient World: a Ritual Passage? // Dogs and People in Social, Working, Economic or Symbolic Interaction. Oxford: Oxbow Books, 2006. – P. 62–66.

324

медиация

права и свободы

человека

правовая система

правовая культура

публично

правовые споры

В работе освещается проблематика

определения круга споров о правах че-

ловека, в которых возможно использо-

вание медиации как правозащитного

инструмента, а также причин ее приме-

нимости или неприменимости. на при-

мере медиации при строительстве

Франкфуртского аэропорта рассмотре-

но использование медиации в публично

правовых спорах.

Южный федеральный университет

Universität Hamburg

К.И. Тимошенко

Медиация в МеханизМе защиты прав человека

Медиация в механизме защиты прав человека

325

ВведениеВопрос о возможностях медиации в сфере защиты

субъективных прав и свобод носит дискуссионный характер. Существует множество теоретических исследований, посвященных проблеме использования посреднических процедур (в частности, медиации) для урегулирования споров о правах человека[1]. к сожалению, большая часть научно-исследовательских работ в области посреднических процедур и их использовании в спорах о правах человека не уделяет внимания проблематике определения круга споров о правах человека, где возможно использование медиации как правозащитного инструмента, а также причин ее применимости или неприменимости, которых значительно больше на практике, чем это обычно указывается.

Области применения медиацииКруг сфер общественной жизни, где медиация может

применяться для защиты прав человека, в значительной степени зависит от целого ряда факторов. Первый из них – это правовая система [2]. В странах общего права, как правило, различие между частноправовыми и публично правовыми отношениями менее заметно, нежели в странах континентального права. В результате чего наблюдается расширение перечня правовых споров, урегулирование которых возможно при помощи медиации. Так, например, в Австралии данная внесудебная процедура может быть применена к следующим видам споров: споры, вытекающие из торговой практики и потребительских правоотношений; трудовые, налоговые и корпоративные споры; споры, связанные с правами на интеллектуальную собственность; споры, связанные с нарушением прав человека; споры, регулируемые морским правом [3].

В противоположность этому, медиация может быть

326


применена в России гораздо в более узкой области, а именно в семейных, трудовых и других гражданско-правовых спорах (часть 2 статьи 1 ФЗ «Об альтернативной процедуре урегулирования споров с участием посредника (процедуре медиации)»). Кроме того, существуют также исключения даже из этого краткого перечня вопросов: она не может быть использована при коллективных трудовых спорах и спорах, которые затрагивают или могут затронуть права и законные интересы третьих лиц или интересы государства (часть 5 статьи 1 ФЗ «Об альтернативной процедуре урегулирования споров с участием посредника (процедуре медиации)»).

Второй фактор, оказывающий влияние на применение медиации – это правовая культура. Правовая культура представляет собой отношение человека к существующим правовыми нормами и тем законами, которые планируются быть принятыми в ближайшем будущем [4]. Сфера применения, равно как и популярность различных правовых институтов (в том числе медиации) напрямую зависит от сложившейся в государстве правовой культуры.

Следующим фактором, оказывающим воздействие на количество споров, к которым может быть применена медиация, это страна, где произошел правовой спор. Даже в пределах единой правовой системы подходы законодателей к использованию медиации разительно отличаются. Например, Германия и Россия входят в число стран романо-германской правовой системы (системы континентального права), однако диапазон областей, где медиация может быть применена в Германии значительно шире [5, 6].

Четвертое, что влияет на применимость медиации к конкретным правовым спорам – это природа данной процедуры. Активная популяризация медиации в течение

327


последних двадцати лет является результатом ее неоспоримых преимуществ, таких как: экономия денег и времени; отсутствие для участников процедурных ограничений, что выражается, например, в свободном выборе времени и места встречи; существование возможности нахождения решения сразу для нескольких, даже разных по характеру, споров одновременно в течение одной той же процедуры посредничества; ее конфиденциальность и других.

Однако даже, несмотря на все преимущества медиации, она далеко не в любых ситуациях может быть эффективна. Например, если спор касается восстановления начисленной, но не выплаченной заработной платы, то проще, быстрее и продуктивнее будет воспользоваться судебной защитой, чем пытаться помириться с работодателем. Медиация невозможна вовсе в ситуациях, когда урегулирование правового спора в судебном порядке делает возможным создание нового прецедента для упрощения процесса защиты прав человека в будущем. Также при грубом нарушении прав личности, когда для привлечения виновных к ответственности необходима сила государственного принуждения, использование любых альтернативных процедур разрешения правовых споров будет невозможным.

Медиация в публично правовых спорахОдин из наиболее актуальных вопросов в области

применения медиации для защиты прав человека касается возможности ее применения в публично правовых спорах. В правовой практике существуют примеры успешного применения медиации в публичных правоотношениях в таких странах, как Германия, Австралия и некоторых других. Например, данная процедура была успешно использована для урегулирования спора с участием органа публичной власти при

328


создании проекта строительства Франкфуртского аэропорта [7]. Такого рода сложные реформационные процессы неизбежно сопровождаются обострением социальных противоречий, зачастую перерастающих в открытые противостояния – социальные конфликты.

Процесс переговоров во Франкфурте курировался тремя посредниками, а также специально созданной посреднической группой в течение полутора лет [8]. Рекомендации, прописанные в конечном соглашении, конечно, не имеют обязательной юридической силы. Тем не менее, они были приняты во внимание настолько, насколько это было возможно, представителями Франкфуртского аэропорта и государственных органов в процессе принятия окончательного проекта строительства.

Особенность любого большого проекта инфраструктурного развития является тот факт, что он так или иначе затрагивает интересы большого числа субъектов (органов государственной власти, заинтересованных общественных групп, отдельных лиц и так далее). Тесное переплетение подобных интересов приводит к ситуации, когда ущерб от неразрешенных вовремя конфликтов очень велик. Участие представителей органов государственной власти в подобного рода спорах является обязательным.

При наличии публично-правового спора с количеством участников более двух решение о том, что спор может быть медиабельным должны принимать должностные лица органов государственной власти субъектов федерации. Созданное медиативное соглашение должно быть подписано соответствующим министром субъекта федерации или любым другим должностным лицом с той же юрисдикцией. Впоследствии ответственность за оба решения будет «лежать на плечах» этих государственных служащих.


329

ЗаключениеВ последнее время особое значение приобретают механизмы

саморегулирования, когда субъекты правоотношений получают возможность самостоятельно устанавливать правила поведения и контролировать их соблюдение в процессе разрешения споров. Медиация может быть полезна для защиты прав человека. При этом круг споров, для разрешения которых она может быть применима, довольно широк, и в нем особое место занимают многосторонние публично-правовые споры, которые имеют огромное экономическое и социальное значение, затрагивая интересы множества субъектов.

Рассмотренный нами пример успешной медиации при расширении аэропорта, с одной стороны, доказывает возможность и необходимость применения медиации для наилучшего учета интересов спорящих сторон при принятии решения. с другой стороны, кейс-стади дает определенную пищу для размышлений о том, что успешное применение медиации требует значительной подготовки, усилий и учета предшествующего опыта (медиация в процессе реализации проекта расширения Франкфуртского аэропорта не была первой в правовой практике Германии). Соответственно, дальнейшее использование медиации для защиты прав человека требует не только продолжения теоретической проработки данного вопроса, но и накопления практического опыта.

Список литературы1. William G. O’Neill, Mediation and Human Rights. Geneva: Centre

for Humanitarian Dialogue, 2002. Available at http://www.hdcentre.org/uploads/tx_news/168MediationandHumanRights.pdf (date of the application: 20.12.2015).

2. Klaus J. Hopt, Felix Stefek, Mediation: principles and regulation in comparative perspective. Oxford, 2013. 1347 p.


3. Federal Court of Australia’s web page. Available at http://www.fedcourt.gov.au/case-management-services/ADR/mediation (дата обращения: 20.12.2015).

4. David Nelken, Using he Concept of Legal Culture. Available at https://www.law.berkeley.edu/iles/Nelken_-_Using_the_Concept_of_Legal_Culture.pdf (date of the application: 29.01.2016).

5. Mediationsrecht / hrsg. von Horst Eidenmüller; Gerhard Wagner. Köln: Otto Schmidt, 2015. 527 p.

6. Courts Constitution Act (Gerichtsverfassungsgesetz). Available at http://www.gesetze-im-internet.de/englisch_gvg/englisch_gvg.html#p0132 (date of the application: 27.12.2015).

7. Hans-Martin Niemeier, Expanding airport capacity under constraints in large urban areas: the German experience // ITF Round Tables Expanding Airport Capacity in Large Urban Areas. OECD Publishing, 2014. 172 p.

8. R. Hujer, S. Kokot: Frankfurt Airport's Impact on Regional and National Employment and Income – Some New Results Using an Improved Version of the Extended Model for Interregional Input-Output-Analysis. Frankfurt am Main, 2000. 48 p.

331

Nullartikel

Nullpräposition

stehende präpositional-

nominale Wortverbindungen

Grammatikalisierung

elliptische Konstruktionen

Staatliche Nationale Forschungsuniversität

Belgorod

Friedrich-Schiller-Universität Jena

Im folgenden Artikel wird Wegfall

von Komponenten der stehenden

präpositional-nominalen Wort-

verbindungen betrachtet, z.B. von der

Präposition, dem deiniten Artikel, dem

Substantiv, der Adjektiv und anderen

Determinierern. Wir gehen davon aus,

dass Nullartikel und Nullpräposition in der

Struktur einer stehenden präpositional-

nominalen Wortverbindung von ihrem

höheren Grammatikalisierungsgrad

zeugen. Gleichzeitige Existenz von

Wortverbindungen mit einem Artikel bzw.

einer Präposition und Wortverbindungen

mit Nullartikel bzw. Nullpräposition führt

zur semantischen Diferenzierung.

nullelemente In Der struKtur von stehenDen präposItIonal-nomInalen WortverbInDungen

E.N. Shirlina

332

1. EinführungViele Autoren setzen Nullelement mit dem Fehlen eines

sprachlichen Elements gleich: „Nullplural oder endloser Plural“ [3]. in diesem Fall dürte „Null“ lediglich als elegante Rede- und Schreibweise dienen [1]. Allerdings besteht zwischen dem Fehlen eines Sprachzeichens und „Null“ ein wesentlicher Unterschied: So, wenn das Substantiv im Plural „die Arbeiter“ als eine Pluralform mit Nullsuix betrachtet wird, wird es in das Pluralsystem des Deutschen neben den Flexionsklassen mit explizitem Suix eingeordnet und stellt somit keine Ausnahme dar [1].

Uns interessieren allerdings in erster Linie nicht terminologische Unterschiede, sondern Voraussetzungen für den Wegfall einer Komponente stehender Wortverbindungen und seine Folgen.

Ofensichtlich hat den Begrif „Null“ in der Linguistik nicht dieselbe Bedeutung wie in exakten Wissenschaten. „Null“ bedeutet Fehlen oder Wegfall eines Elements, der signiikant ist, weil er dem expliziten Ausdruck grammatischer Bedeutung gegenübergestellt wird.

Unter möglichen Gründen des Autretens von Nullelementen können folgende genannt werden:

1. Bestreben nach der Befreiung von sprachlicher Redundanz (z.B. überschreitende Funktionen von Kasus und Präpositionen);

2. Sprachökonomie (elliptische Konstruktionen, deren Bedeutung leicht aus dem Kontext zu erschließen ist);

3. Gegenüberstellung expliziter Formen und Nullformen, die eine bedeutungsunterscheidende Funktion hat.

Der Begrif „Null“ wird bei der Beschreibung von verschiedenen Sprachebenen gebraucht. in der Linguistik gibt es Termini wie „Nullphonem“, „Nullmorphem“, „Nullartikel“, „Nullpronomen“, „Nullnegation“ usw.

E.N. Shirlina

333

In der Struktur von stehenden präpositional-nominalen Wortverbindungen kommen folgende Nullelemente vor:

1. Nullartikel (aus der Sicht – aus Ø Sicht);

2. Nullpräposition (am Ende der Woche – Ø Ende der Woche);

3. Nullnomen (im allgemeinen Sinne – im Allgemeinen Ø);

4. Nulladjektiv, Nullpronomen oder ein anderer Nulldeterminierer (seit vielen Jahren – seit Ø Jahren).

2. NullartikelAm häuigsten kommt in stehenden präpositional-nominalen

Wortverbindungen Nullartikel vor. Präpositionen ohne Kasusrektion werden ot mit Substantiven mit Nullartikel und Nulldeterminierern gebraucht: à, per, pro, je usw. [2]. Christer Lindqvist stellt fest, dass die Präpositionen außer, statt und ausgenommen manchmal auch mit Nominalphrasen gebraucht werden, deren Kasus nicht durch Rektion, sondern durch Kongruenz bestimmt wird [5].

Tibor Kiss beschreibt präpositional-nominale Wortverbindungen mit Substantiven im Plural ohne Artikel (z.B., „unter Androhung“). Fehlen des Artikels in solchen Wortverbindungen wird nicht als Verstoß gegen die Regeln betrachtet, sondern als unabdingbares Merkmal der Konstruktionen [4]. Deswegen werden sie von einigen Forschern zu idiomatischen Konstruktionen gezählt und aus der eigentlichen grammatischen Beschreibung ausgeklammert.

Nicht jedes Substantiv kann ohne Artikel mit einer Präposition gebraucht werden. Als Beispiel führt Kiss synonymische Substantive „Voraussetzung“ und „Prämisse“ an. Während die Wortverbindung „unter Voraussetzung“ möglich und sogar sehr gebräuchlich ist, kann das Substantiv „Prämisse“ keine artikellose Konstruktion

Nullelemente in der Struktur von stehenden präpositional-nominalen...

334

E.N. Shirlina

bilden: „unter der Prämisse“ [4]. Mögliche Gründe bestehen darin, dass „Voraussetzung“ im Unterschied von „Prämisse“ ein deverbales Substantiv darstellt, außerdem ist „Prämisse“ eine Entlehnung [4].

Während Substantive ohne abhängige Präpositionalphrase autreten können, kommen präpositional-nominale Wortverbindungen mit diesen Substantiven im Kontext immer mit einer abhängigen Präpositionalphrase vor („der Verzicht“ – „unter Verzicht auf die Transporte“) [4]. Diese Tatsache beweist, dass nicht das Substantiv ein Komplement bei sich hat, sondern die ganze Wortverbindung.

Dass die nominale Komponente präpositional-nominaler Wortverbindung nicht immer ihre Bedeutung verliert beweist unter anderem ihre Fähigkeit, modiizierende Wortbildungselemente hinzuzufügen: „unter Androhung“ – „unter Strafandrohung“ – „unter Folterandrohung“ – „unter Sanktionsandrohung“ [4]. in Gebrauch und Bedeutung von Wortverbindungen „unter Androhung“ und „unter der Androhung“ gibt es keine Unterschiede. Allerdings trit das nicht auf alle Wortverbindungen zu: z.B. präpositional-nominale Wortverbindungen „an Hand“ und „an der Hand“ sind homonym. Wegfall des Artikels hat zur Univerbierung und Übergang zu den Präpositionen (anhand) geführt.

Die präpositionale Komponente der Wortverbindung wird auch nicht völlig desemantisiert. Dies kann mit einer Ersatzprobe bewiesen werden: z.B. „in Gefahr“ – „außer Gefahr“ (Antonymie).

Claudio di Meola unterscheidet stehende präpositional-nominale Wortverbindungen nach dem Grad der Grammatikalisierung: den niedrigsten haben Wortverbindungen aus drei Komponenten (in Anlehnung an, vom Standpunkt aus, aus Mangel an usw.), einen höheren – Verbindungen mit deinitem Artikel (auf dem Wege, in den Grenzen, von der Dauer usw.), einen noch höheren – Wortverbindungen, die sowohl mit, als auch ohne

335


Artikel gebraucht werden können (auf (der) Ebene, aus (der) Sicht, nach (dem) Vorbild usw.), den höchsten Grammatikalisierungsgrad haben die Wortverbindungen, in denen der Artikel mit der Präposition verschmolzen ist oder fehlt (am Rande, in Form, ohne Mitwirkung, zu Zeiten, zum Preis usw.) [2].

3. NullpräpositionDie auf den ersten Blick paradoxalsten Fälle sind Nullartikel und

Nullsubstantiv. Unseres Erachtens kann man solche Konstruktionen wie „(Wohnung) Nähe Bahnhof “, „Richtung Bahnhof “, „Zeit seines Lebens“, „Mitte Nachmittag“, „Ende der Woche“, „Anfang des Monats“ als stehende Wortverbindungen mit Nullpräposition betrachten. Als Beweise dienen synonymische Konstruktionen mit Präpositionen: „in der Nähe vom Bahnhof “, „am Ende der Woche“ usw., ähnliche Konstruktionen mit Präpositionen in verwandten Sprachen (z.B. im Englischen: at the end of the month, in the direction of the station) und Erscheinen der Präposition und des Artikels bei Vorhandensein eines Attributes: in der unmittelbaren Nähe des Bahnhofs.

Es sei erwähnt, dass nicht in jeder Wortverbindung präpositionale Komponente weggelassen werden kann. Dafür sind einige Voraussetzungen notwendig:

1. Präpositionale Wortverbindung darf nicht die Funktion der verbalen Ergänzung erfüllen.

2. Es gibt lexikalische Beschränkungen, welche die nominale Komponente betrefen: Substantive sollen zu bestimmten thematischen Gruppen gehören (z.B. Bezeichnung eines Zeitpunktes oder Zeitabschnittes: this year, one morning etc.; dt.: eines Tages).

3. Vorhandensein bestimmter Determinierer (this/that/one morning, last year; dt.: diesen Sommer, letztes Jahr).

4. Es gibt Beschränkungen, welche die präpositionale

336

E.N. Shirlina

Komponente betrefen: Nicht jede Präposition kann weggelassen werden (ater that day, before that day, since that day etc.) [6].

Fehlen der Präposition kann auch mit der Zirkumposition verbunden sein (von … wegen > wegen). Eine weitere Voraussetzung für Wegfall der Präposition ist die Ähnlichkeit ihrer Funktionen mit denen des Kasus: dieses Jahr – in diesem Jahr.

Wie unsere Studie ergeben hat, werden im Deutschen die gebräuchlichsten mehrdeutigen Präpositionen „in“ und „an“ weggelassen. in den analysierten stehenden Wortverbindungen kommt Nullpräposition anstelle der Präposition „in“ vor. Dabei wurde Diferenzierung lexikalischer Bedeutungen von Wortverbindungen mit Präposition und elliptischen Konstruktionen ohne Präposition festgestellt:

1. Die 34-Jährige schilderte den Vorfall wie folgt: Sie ging von der Rickenstraße her kommend in die Richtung der Bahnhofsunterführung.

2. Alle wandten die Köpfe in Richtung der Terrassentür.

3. Simon, 15 Monate alt, startet mit Beginn der Bach-Suite in Richtung Bühne los, erklimmt sie und setzt sich direkt vor den Cellisten (Christoph Stradner).

4. Auch ein paar Schritte Richtung Norden, unweit der Reichsbrücke, inden sich Überbleibsel des Hochwassers.

5. Dort hat das Bürgertum in einem Volksentscheid eine ohnehin halbherzige Schulreform in Richtung mehr Bildungsgerechtigkeit gestoppt.

6. Er war quer durch ein Blumenbeet getrampelt in Richtung auf Gordons Haus.

7. Der Sound freilich weist weniger Richtung Zukunt als vielmehr Richtung 80er-Jahre-Rock.

337


Bei der Analyse dieser Beispiele können folgende Etappen der Entwicklung der präpositional-nominalen Wortverbindung „in (die) Richtung“ festgestellt werden: freie Wortverbindung mit deinitem Artikel und Kasusrektion (1), präpositional-nominale Wortverbindung mit Nullartikel und Kasusrektion (Genitiv) (2), stehende präpositional-nominale Wortverbindung ohne Kasusrektion (3), präpositional-nominale Wortverbindung mit Nullpräposition (4); Entstehung einer übertragenen Bedeutung (Gebrauch mit abstrakten Substantiven) (5), Entstehung präpositionaler Rektion (in Richtung auf) (6); präpositional-nominale Wortverbindungen mit übertragenen Bedeutung ohne präpositionale und Kasusrektion (7).

Somit zeugen Nullartikel und Verlust der Kasusrektion vom hohen Festigkeitsgrad der Wortverbindung und Nullpräposition erfüllt bedeutungsunterscheidende Funktion in Wortverbindungen mit konkreten Substantiven und weist auf eine neue Tendenz in der Entwicklung der Wortverbindung hin – Entstehung einer neuen denominalen Präposition „Richtung/richtung“.

Im Deutschen gibt es bereits Präpositionen, die auf diesem Weg entstanden sind: nach Laut > laut, in Krat > krat. Es gibt noch ein anderes Modell, das im heutigen Deutsch allerdings nicht mehr produktiv ist: namens (mit Namen), mittels (mit dem Mittel), mangels (aus Mangel an), zwecks (zum Zweck), seitens (von Seiten), betrefs (in (dem) Betref) [2].

4. Andere NullelementePräpositional-nominale Wortverbindungen mit Nullsubstantive

und Nulldeterminierern stellen elliptische Konstruktionen dar. in solchen Wortverbindungen wie „im Allgemeinen“, „im Einzelnen“, „im Großen und Ganzen" geht es um syntaktische Nominalisierung: Verlust des Substantivs führt zur Substantivierung der Adjektive, die allerdings nur im Rahmen der Wortverbindung zu beobachten ist.

E.N. Shirlina

5. ZusammenfassungElliptische Konstruktionen mit Nullpräposition und häuig

auch mit Nullartikel stellen ein Ergebnis der Entwicklung der Wortverbindung, aber nicht das Endstadium. Es sei angenommen, dass vollständiger formeller Übergang der Wortverbindungen zu Funktionswörtern möglich ist (Kleinschreibung).

Literaturverzeichnis1. Bergenholtz, H., Mugdan, J. Nullelemente in der Morphologie.

In: Morphologie. – Berlin, New York: DE GRUYTER, 2000. – S. 435 – 450.

2. Di Meola, C. Die Grammatikalisierung deutscher Präpositionen. – Tübingen: Staufenburg-Verlag, 2000. – 288 S.

3. DUDEN – Grammatik der deutschen Gegenwartssprache. 4., völlig neu bearbeitete und erweiterte Aulage. – Mannheim: Bibliographisches Institut, 1984. – 804 S.

4. Kiss, T. Produktivität und Idiomatizität von Präposition-Substantiv-Sequenzen. In: Zeitschrit für Sprachwissenschat, 26. Jg., 2007, Het 2. – S. 317 – 345.

5. Lindqvist, C. Zur Entstehung von Präpositionen im Deutschen und Schwedischen. – Tübingen: Max Niemeyer Verlag, 1994. – 324 S.

6. Wollmann, Alfred. Präpositionalphrasen im Englischen. Eine Einführung. – Tübingen: Gunter Narr Verlag, 1996. – 256 S.

339

Feedback

professionelle

Kommunikation

Russisch-Deutsch

psycholinguistische

Untersuchung

Kommunikations-

situation

nonverbale

Parameter

Feedback ist in der professionellen

Kommunikation unentbehrlich.

Sprechsprachliche Realisation

von Feedback sowie nonverbale

Ausdrucksmerkmale lassen sich in der

Rhetorik und in der Phonetik untersuchen.

Die Ergebnisse solcher Untersuchungen

ermöglichen es, das Feedback als Sprech-

und Handlungsmuster in der Fremdsprache

(Russisch/Deutsch) zu didaktisieren.

Воронежский государственный

педагогический университет


Т.Ю. Шурупова

feeDbacK In Der münDlIchen KommunIKatIon russIsch-Deutsch

340


1. Zum Begrif „Feedback“Die Erforschung von Feedback bildet bereits seit Beginn

des 20. Jahrhunderts ein großes und vielfältiges Forschungsfeld. Heutzutage sind das Feedback, sein Ausdruck und die Wirkung nicht nur der Untersuchungsgegenstand der allgemeinen Psychologie, sondern werden aktiv in der Betriebspsychologie analysiert und eingesetzt. Ot wird das Feedback mit Lob oder Kritik verwechselt. Das Feedback ist eine Mitteilung darüber, wie unser Verhalten, ot berulich, bei dem anderen ankommt. Das Feedback als ein Instrument des konstruktiven Bewertens hat einen sachlichen Hintergrund und durchdringt somit professionelle Kommunikation jeglicher Art. Im Unterschied zum Kompliment und Lob wird das Feedback weniger mit dem „emotionalen Geschenk“ des Adressaten assoziiert, da zum einen diese Form der Bewertung auch negative Ereignisse oder z.B. schlechte Qualität der Arbeit aufdecken kann (konstruktives „negatives“ Feedback) und somit nicht direkt im Feld der Positivität sein kann. Zum anderen ist das Feedback im Gegensatz zum Lob und Kompliment am wenigsten emotional belastet. Nichtsdestotrotz enthält das positive Feedback Elemente von Lob und Kompliment, u.a. auch in spechsprachlichen Realisationen. Das Feedback wird jedoch als solches von dem Kompliment und Lob leicht unterschieden, da es eine striktere Struktur hat und sehr eng mit der Kommunikationssituation verbunden ist. Ein wichtiges situationsbezogenes Merkmal vom Feedback besteht darin, dass es meistens geplant und absichtlich benutzt wird, um in einem professionellen Umfeld ein praktisches Ergebnis zu benutzen (Optimierung/Verbesserung/Akkumulierung der gelungenen Erfahrung usw.). Somit ist das betonte Ziel des Feedbacks hervorzuheben.

Das Feedback kann verschiedene Rollen haben, wie London folgendermaßen zusammenfasst:

Feedback in der mündlichen Kommunikation Russisch-Deutsch

341

"Feedback steuert Verhalten, es motiviert und beeinlusst küntige Leistungsziele, es steigert die Fähigkeit, Fehler selbständig zu erkennen, es fördert individuelle Lernprozesse und die persönliche Selbsteinsicht. Allerdings führt Feedback nicht per se zu positiven Efekten, sondern es spielen Merkmale der Feedback-Botschat, des Feedback-Gebers und Empfängers sowie Merkmale des Kontextes eine Rolle" (London 2003, S.14).

In Anlehnung an die Deinitionen von Kluger und DeNisi (1996) und die Assessment Center Guidelines (2009) wird das Feedback von Gunkel (2013) verstanden als die Rückmeldung der Einschätzungen von Leistungen, Fähigkeiten und Entwicklungsfeldern im Hinblick auf aktuelle und mögliche zuküntige Aufgaben (Gunkel 2013).

Das Feedback muss laut Kanitz (2014) folgende 10 Qualitätskriretien erfüllen: Ein Feedback muss demzufolge konkret, informativ, respektvoll sein. Des Weiteren muss es relektieren; beschreibend und persönlich sein, vom Zeitpunkt her angemessen, Tabu-hemen ausschließen; angemessene Ortswahl für das Feedback; angemessener Grad der Öfentlichkeit beim Feedback; Körpersprache beachten.

Durch das aus der Kybernetik stammende Regelkreiskonzept bekam das Feedback seine Bedeutsamkeit für das menschliche Lernen. Wissenschatliche Studien zu Feedback kommen zahlreich aus dem Forschungsgebiet der Wirtschatswissenschaten, und zwar Management allgemein oder Personalmanagement (Gunkel 2013, Jöns/Walter 2005, 2007). Im Vordergrund der Studien stehen vielfältige Feedbackinstrumente und -prozesse in Organisationen, die Möglichkeiten des Einsatzes vom Feedback im Arbeitskontext, was die Relexions- und Lernprozesse im Unternehmen fördert und zur Verbesserung im interpersonellen und professionellen Verhalten beitragen sollte (vgl. Jöns/Walter 2005). Ungeachtet dessen, dass das Feedback im engeren Sinne als „eine beabsichtigte, verbale Mitteilung

342


an eine Person, wie ihr Verhalten oder die Auswirkung ihres Verhaltens wahrgenommen oder erlebt worden sind“ (ebd.) deiniert wird, gibt es sehr wenige bis kaum Studien zu den sprechsprachlichen und nonverbalen Ausdrucksmitteln eines Feedbacks. Es werden meistens die sozialpsychologischen Merkmale eines Feedbacks beschrieben sowie die Struktur bzw. Bestandteile eines Gesprächs. Da das Feedback als universelle Kategorie der Berufssphäre gilt, wird kaum auf interkulturelle Unterschiede eingegangen, was aber für den Kontext eines Fremdsprachenunterrichtes (z.B. Sprachenpaar Russisch/Muttersprache – Deutsch/Fremdsprache) von großer Bedeutung wäre. Ot hat man als Lehrende damit zu tun, dass die russischen Studierenden von dem Begrif „Feedback“ allein im Russischen nur wenig oder kaum Vorstellung haben. Hinzu kommt, dass es im Deutschen mit sprachspeziischen und anderen sprecherischen Realisationen zum Ausdruck kommt.

Da die Sprechweisen de Bewertung (auch Lob und Kompliment) sind generell schwierig auseinander zu halten. Die Grenzen sind unscharf, die Unterschiede scheinen nur dezent zu sein, außerdem handelt es sich nicht selten um eine Verschmelzung der drei Sprechweisen beim Ausdruck. in meiner Untersuchung habe ich einen Fragebogen entwickelt, durch den der Begrif „Feedback“ anhand folgender Merkmale beschrieben werden sollte: 1) das zu bewertende Merkmal (vgl. Mironovschi 2009); 2) Situation bzw. beteiligte Interaktanten; 3) Häuigkeitsgrad; 4) Inhalt/Beispiele (vgl. Diskursergänzungsfragebogen bei Nixdorf 2002, Gissatullina 2008, Probst 2003); 5) Reaktion auf die Sprechweise, die im Russischen und Deutschen aus Zustimmung, Dank, Ablehnung, Gegenfeedback, Schweigen konstituiert ist; 6) Merkmale der Sprechweisen: verbale Mittel, paraverbale Mittel, phonetische Mittel oder alle Mittel zusammen.


343

2. Psycholinguistische Untersuchung zu Feedback im Russischen und DeutschenAn der Befragung haben 11 russische und 14 deutsche

ProbandInnen teilgenommen. Die Befragung verlief in den institutionellen Situationen (Seminar, Übung, Kolloquium). Der Die Fragebögen für das Russische und das Deutsche waren fast identisch, wobei der russische Fragebogen noch eine zusätzliche Frage über das Feedback „Was verstehen Sie unter Feedback“ („Что Вы понимаете под фидбэком?») hatte. Die Notwendigkeit, dieser Frage einzuführen, stammt aus der Literaturrecherche der russischen Quellen zu Feedback, wo man den Begrif als solches nur selten trit. Zum Anderen musste ich mich in den Fachseminaren häuig mit folgender Situation auseinandersetzen: Nach einer Bitte, dem Vortragenden ein Feedback zu geben, musste ich im fünten Semester zuerst erläutern, was der Begrif bedeutet. Das Wort фидбэк kommt im russischen Sprachgebrauch als etwas Selbstverständliches nur in den Unternehmen vor, die ein internationales Arbeitsumfeld haben. Ersetzt wird es ot durch обратная связь (die Rückmeldung), was im alltäglichen Sprachgebrauch jedoch noch andere Bedeutungen tragen kann. Die erhobenen Daten bestätigten diese Vorüberlegung: Ca. 35% der Probanden konnten entweder keine Deinition vorschlagen oder haben das (meistens Studierende) mit einer konkreten Erfahrung in ihrem Leben verbunden: z.B. Feedback ist ein Kommentar zu meinem Vortrag zum hema... Nichtsdestotrotz charakterisieren die meisten russischen Probanden das Feedback als eine Rückmeldung, Interaktion mit einem Opponenten, einem Zuhörer oder einem Leser, als eine Analyse der vergangenen Handlungen, der gemachten Arbeit, als ein Gutachten oder eine Referenz.

Ergebnisse der Befragung des zu bewertenden Merkmals zeugen von rasanten Unterschieden im Russischen und Deutschen bei dem Feedback, denn die Merkmale, die dadurch bewertet werden, haben einen diferierenden Wert im Russischen und Deutschen. Im

344


Russischen kommen Fehlangaben (wie bei Äußerem, Kleidung oder intellektuellen Fähigkeiten); am meisten werden die Denkweise/der Gesichtspunkt gewählt. Im Deutschen wird das Feedback zur Bewertung berulicher Leistungen und der Denkweise, sowie der Charaktereigenschaten und der intellektuellen Leistungen benutzt.

In der nächsten Tabelle werden die Ergebnisse über das Verhältnis zwischen den Interaktanten beim positiven Bewerten zusammengefasst.

Tabelle 1. Kommunikationssituationen für Feedback

im Russischen und Deutschen

Interaktanten Positives Feedback

R (11) D (14)

Freund → Freund 2 12

Kollege → Kollege 5 14

Chef → Mitarbeiter 6 14

Mitarbeiter → Chef 5 14

Professor → Student 4 14

Student → Professor 5 14

Mann → Frau 3 14

Frau → Mann 3 14

Frau → Frau 3 14

Mann → Mann 3 14

Hier lässt sich im Deutschen eine fast hundertprozentige Auswahl aller Interaktantengruppen beim Feedbackausdruck bemerken. Es sei denn, der Begrif „Feedback“ hat im deutschen Sprachkontext ein breites Umfeld und wird in mehreren bzw. allen Kommunikationssituationen als Bewertung benutzt.


345

Für das Feedback gibt es in den russischen Fragebögen in einigen Fällen komplett fehlende Angaben, was früher bereits begründet wurde. Somit sind auch Beispiele für das Feedback aus persönlicher Erfahrung der russischen Probanden nicht umfassend dargestellt: nachträgliche Information zum gehaltenen Vortrag, bestimmte Handlungen, die Reaktion auf ein Projekt im Studium, Bewertung, Kommentar, das Gutachten. Resultierend kann man behaupten, dass man das Feedback im Russischen trotz fehlender Angaben bei der Befragung generell mit einer institutionellen Situation verbindet, wo auf die Qualität ein besonderer Wert gelegt wird und wo es um eine eher weniger emotionale, sondern sachliche Bewertung geht. Im Grunde genommen beweisen diese Beispiele, dass man die Erscheinung an sich kennt. Die Schwierigkeit könnte das Wort фидбэк darstellen. Trotzt seiner anerkannten Bedeutung in dem Bereich der Wirtschat in Russland erwarten die meisten Studierenden laut Befragung an seiner Stelle die Begrife wie „Kommentar“ oder “Gutachten“ oder gar „Meinung zu...“. Im Deutschen zeigen die Beispiele auch eine stark betonte beruliche oder fachliche Miteinbezogenheit des Feedbacks in das professionelle Umfeld: Vortrag an der Universität, Arbeitsleistung in der Doktorarbeit, Seminarleitung, Qualität der Hausarbeit, Mitarbeit an einem Projekt, Forschungsfortschritt, Sprechweise, Interpretation von Texten.

Desweiteren wurden die Daten über die Reaktionen auf das Feedback ausgewertet. Es war eine mehrfache Wahl möglich. Die Reaktion auf das Feedback ergab im Russischen folgendes: Fehlende Angaben dazu gab es in 5 Fragebögen, 4 Probanden haben sich für die Zustimmung entschieden und 2 – für den Dank. Die deutschen Probanden würden nach einem Feedbackempfang danken (10), aber auch zustimmen (9), sich freuen (4), ein Gegenfeedback geben (4) und erweitern, ergänzen, begründen (2).

Die Ergebnisse über die Wahrnehmung der Ausdrucksmittel von Feedback ähneln sich im Russischen und im Deutschen sehr.

346

Vorwiegend treten verbale, paraverbale (wie Lächeln, Distanz) und phonetische Mittel (v.a. Intonation) in einem engen Zusammenhang. Beim Lob jedoch werden in beiden Sprachen noch extra die phonetischen Mittel im Zusammenspiel mit den paraverbalen Mitteln hervorgehoben, für das Feedback – die verbalen.

3. FazitDem Feedback wird in der professionellen Kommunikation

eine große Bedeutung zugeschrieben. Die Lehrwerke für Deutsch als Fremdsprache bzw. Deutsch für Beruf schließen mittlerweile mehrere hemenbereiche ein, die die sogenannten Sotskills betrefen. Das Feedback bietet Möglichkeit zur Untersuchung in der gesprochenen Sprache und in den nonvebalen Parametern. Rhetorische Auseinandersetzung mit den Ausdrucksmerkmalen von Feedback im Russischen und Deutschen können dazu beitragen, die beruliche Kommunikation Russisch-Deutsch zu optimieren.

Literaturverzeichnis1. Gissatullina, L.T. (2008): Rechevoj akt „kompliment“ kak

neotjemlemyj komponent sovremennoj kommunikazii. In: Vestnik TGGPU, Reihe „Philologie“, Het 12, S. 27-29.

2. Gunkel, Laura (2013): Akzeptanz und Wirkung von Feedback in Potenzialanalysen. Eine Untersuchung zur Auswahl von Führungsnachwuchs. München: Springer VS.

3. Jöns, Ingela / Walter, Bungard (2005): Feedbackinstrumente im Unternehmen.Grundlagen, Gestaltungshinweise, Erfahrungsberichte. Wiesbaden: Gabler.

4. Kanitz v., Anja (2014): Feedbackgespräche. Freiburg: Haufe-Lexware.

5. London, Manuel (2003): Job Feedback: Giving, Seeking and Using Feedback for Performance Improvement. Mahwah, New Jersey / London: Lawrence Erlbaum Associates Publishers.



6. Mironovschi, Lilia (2009): Komplimente und Komplimenterwiderungen im Russischen und im Deutschen: ein interkultureller Vergleich. Frankfurt am Main [u.a.]: Peter Lang.

7. Nixdorf, Nina (2002): Hölichkeit im Englischen, Deutschen und Russischen: ein interkultureller Vergleich am Beispiel von Ablehnungen und Komplimenterwiderungen. Marburg: Tectum-Verlag.

8. Probst, Julia (2003): Ein Kompliment in Ehren... Aspekte eines „hölichen“ Sprechaktes in mehreren Sprachen. In: ZiF 8. Jahrgang Nummer 2/3. <https://zif.spz.tu-darmstadt.de/jg-08-2-3/beitrag/Probst1.htm>. (17.06.2016)

9. Weisbach, Christian-Rainer / Sonne-Neubacher, Petra (1994): Professionelle Gesprächsführung München: Dt. Taschenbuch-Verlag [u.a.].

348

" М и х а и л л о М о н о с о в "

агроэкосистемные услуги 51

азотный метаболизм 76

антропогенная нагрузка 181

биосистема 59

буккальный эпителий 181

васкулогенез 229

взаимодействие белков 76

взаимодействие генов 206

гидрогель 229

глутаминсинтетаза 76

голоцен 143

гуминовые вещества 87

двулучепреломление 43

дети 181

дифракционно-интерференционный метод 132

дифракционный автоколлиматор 132

дифракционный индикатор линейных перемещений 132

дифференциальные уравнения в частных производных 59

дифференциальные уравнения с запаздывающим аргументом 115

диффузия 126

диэлектрические свойства 34

жизненный цикл 168

ИК Фурье-спектроскопия 69

имитационное моделирование 27

импедансная спектроскопия 34

индукционная плавка 213

интегральная микросхема 34

интегрированная интеллектуальная система управления жизненным циклом продукции 168

кариологические показатели 163

квадратурное питание элементов антенны 27

квантование в расширенном фазовом пространстве 223

квантование гравитации 223

квантовая геометродинамика 205

копенгагенская интерпретация квантовой теории 223

круговая поляризация 27

легкоразлагаемое органическое вещество 87

литье под давлением 43

машинное обучение 197

мёртвый зоопланктон 87

Указательключевых слов

349

Указатель ключевых слов

метаболомика 197

металлические стекла 126

метод меченых атомов 126

микролегирование 126

микроядра 181

миллиметровый диапазон частот 34

многоапертурный щелевой дифракционный интерферометр 132

многомерные методы 197

многомировая интерпретация 205

нелинейная динамика 115

нелокальные граничные условия 59

непрерывная разливка расплава 213

общий азот 51

оксидная керамика 213

онтологический инжиниринг жизненного цикла 168

онтология 168

оптический контроль 132

органическое вещество 33

ортогональные моды 27

осаждение из газовой фазы 69

остаточные напряжения 43

плоская антенна вытекающей волны 27

полимерная линза 43

полногеномный анализ ассоциаций 197, 206

полосы сдвига 126

проблема времени 205

ПЭГилированный фибрин 229

разностные уравнения 59

регуляция 76

реконструкция температур 143

Российская Арктика 143

сложная техническая система 150

спектрофотометрия 69

странные аттракторы 115

структура землепользования 51

субоксид кремния 69

Таймыр 143

теория бифуркаций 115

тест гетерогенность дисперсии 188

технологические факторы 43

тканевая инженерия 229

тонкие пленки 69

трехмерное кокультивирование клеток 229

трудноразлагаемое органическое вещество 87

тяжелые металлы 51

угловые и линейные измерения 132

управление жизненным циклом продукции 168

усадка 43

хаотические колебания 115

хирономидный анализ 143

холодный тигель 213

цитогенетический статус 181

численные методы 59

электронно-пучковая плазма 69

350


эпистаз 206

эффект затравки 87

app stores 118

big data 118

defects 83

degree of freedom 188

evolutionary algorithm 152

Fabry-Perot ilter 84

freeway 152

genetic algorithms 20

image processing 161

industrial cameras 161

Kansei engineering 20

KORA 197

Lactobacillus 76

LASSO 197

layer-by-layer assembly 103

mechanism 188

metal surfaces 161

metrical synthesis 188

mHealth 118

mobile apps 118

model-based interface design 20

monolayers 103

nanodimesional coatings 103

neural networks 20

ontologies 20

optical vortex 94

optical waveguide 94

optimization 152

photoassistance 103

queuing system 152

reverse engineering 118

RIDGE 197

sapphire crystals growth 83

SiGe технология 34

simulation 83

software development 118

surface quality 161

texture features 161

traic low 152

" и М М а н у и л к а н т "

абдеритизм 264

Азиатский Боспор 317

архив 280

Бернская Конвенция 297

биосоциальное направление 256

Бременский университет 280

визуальные исследования 249

виртуальная коммуникация 242

Германская Демократическая Республика 249

девиация 303

детская литература 310

дискурс 249, 288

звучащая речь 272

идеология 249

интернет-статус 272

история России 280

керамика 317

когнитивный подход 264

комиссивы 242

лексема 303

лингвокультурология 272

351


литературный мотив 310

личные неимущественные права автора 297

магическая фигура 310

макиавеллизм 264

медиация 324

межкультурные коммуникации 264

механицизм 264

модальность 288

модель адресата аргументации 248

немецкоязычный парламент 272

политическая антропология 264

поселение 317

права и свободы человека 324

права первого поколения 297

право авторства 297

право на неприкосновенность произведения 297

правовая культура 324

правовая система 324

просодия 288

публично правовые споры 324

распределенность языка 272

реальная политика 264

Русское зарубежье 280

сокращенные лексические единицы 242

социализм 249

субкатегория 303

Таманский полуостров 317

уверенность 288

устойчивое словосочетание 303

фантастическое 310

фразеологизм 303

функционально-семантическое поле 303

экология языка 272

эмиграция 280

эмоциональность 288

эффорданс 272

ямы 317

elliptische Konstruktionen 331

Feedback 339

Grammatikalisierung 331

Kommunikations-situation 339

nonverbale Parameter 339

Nullartikel 331

Nullpräposition 331

professionelle Kommunikation Russisch-Deutsch 339

psycholinguistische Untersuchung 339

stehende präpositional-nominale Wortverbindungen 331

Научное издание

Сборник материалов научного семинара стипендиатов программ

«Михаил Ломоносов» и «Иммануил Кант» 2015−2016 года

Materialien zum wissenschatlichen Seminar der Stipendiaten der Programme

«Michail Lomonosov» und «Immanuel Kant» 2015/2016

12 (2016)

Издание подготовленоГерманской службой академических обменов (DAAD)

119313 Москва, Ленинский проспект 95а

Сборник статей включен в национальную базу данных "Российский индекс научного цитирования" (РИНЦ)

Редактор Д. Круглов

＠＠＠ＱＱＮＰＱＮＲＰＱＷＮ＠＠ＶＰￗＸＸＯＱＶＮＮＭＮ＠Ｎ＠ＲＱＬＵＶＮ＠ＮＭＮ＠Ｎ＠ＱＴＬＳＷＮ

＠ＲＰＰ＠Ｎ＠Ｎ＠＠ＳＷＴＰＮ＠＠ＱＱＲＴＸＲＮ

＠ﾫﾻＬ＠ＱＱＷＳＴＲＬ＠Ｎ＠Ｌ＠Ｎ＠Ｌ＠Ｎ＠ＱＷＭＬ＠＠ＳＲＴＮＮＯＺ＠ＨＴＹＵＩＳＳＴＭＸＲＭＶＵ［＠Ｎ＠ＨＴＹＵＩＳＳＶＭＰＳＭＱＱＮ

ｅＭｭ｡ｩｬＺ＠ｦｬ＠ｩｮｴ｡｀ｭ｡ｩｬＮｲｵ［＠ｗ･｢ｓｩｴ･Ｚ＠ｷｷｷＮｦｬ＠ｩｮｴ｡Ｎｲｵ

＠ﾫＸ＠＠ﾻＮＱＰＹＳＱＶＬ＠Ｎ＠Ｌ＠＠Ｌ＠Ｎ＠ＴＲＬ＠Ｎ＠ＵＮ

Ｎ＠ＨＴＹＵＩＲＲＱＭＸＹＭＸＰ

Германская служба академических обменов (DAAD)Сборник...

Documents

Transcript of Германская служба академических обменов (DAAD)Сборник...