Как звук превращается в цифру: что стоит за этим чудом?

Теорема Котельникова, или теорема отсчетов, лежит в основе работы аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Эта теорема утверждает, что сигнал с ограниченной полосой пропускания можно полностью восстановить, если он был преобразован в цифровую форму с частотой дискретизации, вдвое превышающей максимальную частоту в спектре сигнала.

Посмотрим на примере звукового сигнала:
Когда микрофон улавливает звук, он преобразует колебания воздуха в аналоговый электрический сигнал. Этот сигнал непрерывен, но чтобы записать его в цифровом формате, его необходимо представить в виде последовательности чисел. Здесь вступает в силу теорема Котельникова: АЦП преобразует аналоговый сигнал в дискретный, снимая отсчеты с определенной частотой, которая должна быть как минимум вдвое выше максимальной частоты звука, чтобы сохранить все детали.
Например, для звука с верхней границей спектра в 20 кГц (человеческий слуховой диапазон) частота дискретизации должна быть не менее 40 кГц. На практике используют стандартную частоту 44,1 кГц, чтобы учесть возможные искажения.

В процессе два этапа:

⏺Дискретизация — снятие отсчетов сигнала через равные промежутки времени.

⏺Квантование — округление значений отсчетов до ближайших уровней, которые могут быть закодированы в цифровой форме.

Где еще заметить теорему
Теорема Котельникова — не только о музыке, это универсальный принцип, который помогает инженерам работать с любыми сигналами. А звук — лишь одна из сфер, где теорема задает правила.

Самый вместительный SSD с новым интерфейсом: Micron представил свою разработку

Инженеры компании Micron, крупнейшего отечественного производителя микроэлектроники, разработали первый в мире SSD с интерфейсом PCIe Gen5 и ёмкостью 60 ТБ. Это высокоскоростная шина, которая разгоняет передачу данных до невероятных скоростей ⚡️

Micron уже более 30 лет занимается созданием решений для хранения данных, в том числе для серверов и центров обработки данных (ЦОДов). Ранее компания разработала энергоэффективную память NAND и SSD для высокопроизводительных вычислений.

Вот лишь несколько задач, которые решили инженеры при создании SSD ✔️
На этапе проектирования нужно было объединить рекордную ёмкость, высокую скорость передачи данных и низкое энергопотребление. Ключевым решением стало применение новейшей технологии 3D NAND и оптимизация внутреннего интерфейса SSD для работы в условиях максимальных нагрузок.

Новый накопитель идеален для применения на серверах и в ЦОДах, где требуется обработка огромных объёмов данных с минимальными задержками. Это поможет ускорить анализ медицинских данных, повысить эффективность ИИ-систем или облачных сервисов.

Что это даёт 🔧
Быстрая обработка информации и энергоэффективность снижают расходы и экологическую нагрузку. Компании смогут обрабатывать данные быстрее и экономичнее, а клиенты — получать услуги с минимальными задержками. Например, хранение и анализ медицинских изображений станут более доступными и быстрыми, что может спасти жизни.

Еще один тренд в развитии цифровой инфраструктуры.

Умный дом от Яндекса: как инженеры связывают устройства в единую систему

Интернет вещей (IoT) — это технология, которая превращает привычные устройства в участников единой цифровой экосистемы. Они обмениваются данными и взаимодействуют друг с другом, делая мир более связанным. За этим стоят инженеры-разработчики протоколов связи, алгоритмов обработки данных и архитектуры взаимодействия.

Что делает Яндекс.Станцию центральным узлом умного дома ⭐️
Алиса — самая верхушка айсберга. Главная инженерная задача — объединить устройства, использующие разные протоколы связи, в одну сеть.
Яндекс.Станция работает как центральный шлюз, используя Wi-Fi для подключения к интернету и протокол беспроводной связи Zigbee, разработанный для связи с домашними устройствами. Он потребляет меньше энергии, чем Wi-Fi, и позволяет устройствам передавать сигналы даже на большие расстояния через другие устройства-соседи. Это делает его идеальным для управления лампами, датчиками и другими бытовыми приборами, работающими на батарейках.

Как устройства взаимодействуют друг с другом?
Каждое устройство в умном доме имеет встроенный модуль связи. Например:

⏺Лампы получают команды через Zigbee, где управляющий сигнал активирует определенную цепь в их микроконтроллере.

⏺Датчики движения отправляют сигналы в реальном времени на центральный узел, который интерпретирует их и запускает запрограммированные сценарии.

⏺Камеры наблюдения передают видеопотоки через локальную сеть, сжимая данные для минимизации нагрузки на сеть.
Инженеры создают прошивки для каждого устройства, чтобы они могли обрабатывать команды и взаимодействовать друг с другом через шлюз. Синхронизация происходит благодаря общим стандартам связи и алгоритмам обработки данных, заложенным на этапе разработки.

Какие еще решения скрыты в технологии? 

⏺Обработка данных в реальном времени. Система анализирует запросы пользователя и данные с устройств, синхронизируя их через облачную инфраструктуру. Например, сигнал с датчика движения активирует освещение.
⏺Шлюзы для разных стандартов. Для объединения устройств с различными протоколами связи инженеры используют мультипротокольные шлюзы, встроенные в Яндекс.Станцию. Они преобразуют сигналы из одного формата в другой.
⏺Сценарное управление. Устройства работают в связке. Так, сценарий "утро" может включать свет, поднимать шторы и запускать кофеварку.
От умного дома к умному городу 🔧
Технологии умного дома — лишь первый шаг. IoT-инженеры создают системы, объединяющие  городскую инфраструктуру: датчики на парковках, системы управления уличным освещением, управление транспортными потоками работают по схожим принципам.
Умный дом — это миниатюрная модель будущего, где инженеры связывают между собой миллионы разнородных устройств, создавая единую, гибкую и взаимодействующую экосистему.

Как инженеры сделали прибор, который позволяет управлять компьютером?

Правая рука всех пользователей компьютера — мышка. Сегодня мы расскажем, как она определяет направление движения и помогает нам пользоваться компьютером. 

Самые распространенные мыши — оптические. Они работают благодаря отражению света от поверхности: установленный под небольшим углом светодиод мыши через пластиковую линзу-призму подсвечивает поверхность, по которой двигают манипулятор. Через другую линзу, которая усиливает отраженный от поверхности свет, система получения изображений фотографирует поверхность с частотой более 1 кГц.

Чтобы определить, в какую сторону двинулась мышь, микропроцессор обрабатывает их и находит разницу между прошлым фото и нынешним. Этот алгоритм повторяется более 1000 раз в секунду ⚡️

Оптические мыши бывают светодиодные и лазерные.
В первых светодиод подсвечивает мельчайшие неровности на поверхности стола и регистрирует их. Именно поэтому на идеально гладких поверхностях светодиодные мыши работать не могут, микропроцессор не видит разницы между фотографиями до и после.

Принцип работы лазерных мышей такой же, но вместо светодиода в них стоит лазерный диод, который излучает свет с более высокой длиной волны, что позволяет мыши отслеживать более мелкие неровности и изменения. Поэтому такие мыши эффективнее на гладких и однородных поверхностях.

Когда процессор просчитал изменение расположения мыши, он преобразует данные о движении в координаты относительно экрана компьютера и передает их через интерфейс в систему. Именно благодаря этому курсор мыши и двигается по экрану 🌊

Измерить можно всё, даже активность мышц

Электромиография (ЭМГ) — это метод исследования, в котором происходит оценка электрической активности мышц. 

Датчик представляет из себя электрод с платой постобработки, который фиксирует электрические сигналы, возникающие в мышцах во время их сокращения.

Они применяются в медицинской диагностике, протезировании, реабилитации.
Разработчики медицинского оборудования все чаще внедряют неинвазивные методы, с помощью которых можно вести взаимодействие с пациентом и следить за его состоянием или создавать новый интерфейс взаимодействия.

Сотрудники МЭИ и основатели компании
«Сутура Медтехнологии» Степан Чуйкин и Павел Анучин работают над созданием многоканальной системы для бионических протезов рук — Sutura MYOband. Уникальность разработки в том, что она вынесена за пределы самого устройства, и за счет этого ее можно устанавливать на разные протезы.

А в Самарском государственном медицинском университете ученые работают над созданием «умного» миографа MioSprut — бионического диагностического устройства с программным комплексом для занятий спортом, фитнесом, а также для реабилитации.

Вот так физические явления помогают людям изобретать новые технологии ❤️

ИТЭЛМА: технологии для автомобилей и за их пределами

Компания «ИТЭЛМА» — ведущий российский разработчик и производитель автомобильной электроники и компонентов. Компания развивает технологии и активно пополняет штат молодыми специалистами. Расскажем об их профилях и недавних кейсах.

Что делает ИТЭЛМА?

⏺ Разработка и производство автомобильной электроники: включает системы управления двигателем, приборные панели, блоки управления и другие компоненты.
⏺ Интеллектуальные системы для транспорта: в том числе системы помощи водителю и автоматизированные системы управления.
⏺ Инновационные технологии для сельского хозяйства: автопилоты и другая автоматизация.

Новинки, которыми гордится ИТЭЛМА ⚡️

⏺ Первый российский автопилот для сельхозтехники: система автоматического управления для сельскохозяйственных машин повышает эффективность и точность выполнения полевых работ.

⏺ Отечественная система ESP для автомобилей: в прошлом году начали производство системы курсовой устойчивости (ESP) для автомобилей Lada.

⏺Интеллектуальная система заряда электробусов: платформа для быстрого заряда батареи электробусов без развёртывания контактной инфраструктуры.

Компания открывает новые направления и ищет талантливых выпускников-инженеров.
Следите за вакансиями и проектами от них.

Как российские ученые спасают жизни с помощью 3D-печати

Направление 3D-печати костных имплантатов активно развивается в России и помогает спасать жизни людей и восстанавливать их здоровье ❤️

Идеальное соответствие моделей костей анатомии пациента, биосовместимость материалов и быстрое заживление — основные причины стремительного прогресса в данной технологии. 
Усилия российских ученых и врачей дарят людям шанс на комфортную жизнь даже в самых тяжёлых ситуациях. С каждым днём историй с хорошим концом становится всё больше. 

В 2018 году в Перми у 10-летней девочки был диагностирован синдром Клеменса-Бона, вызывающий патологию костной ткани. Благодаря 3D-печати ей была создана и имплантирована модель нижней челюсти, позволившая восстановить функциональность и внешний вид. 

В 2020 году в Москве хирурги использовали 3D-печатный имплантат черепа, чтобы восстановить поврежденную часть черепа у пациента, получившего травму головы. 
В Санкт-Петербурге пациенту с дефицитом костной ткани в области тазобедренного сустава был имплантирован 3D-печатный трансплантат, созданный из биосовместимого материала.

3D-печать в медицине используется в разных регионах России, а со временем она поможет спасти ещё больше жизней 🌊

Как инженеры вызывают дождь

Проблема добычи воды, к сожалению, не канула в прошлое. Но если раньше люди надеялись на шаманов, то сейчас преобладает инженерный подход. Провоцировать осадки можно искусственным путем с помощью различных «агентов».

Алексей Смирнов, российский инженер и изобретатель, впервые описывает это в авторском свидетельстве на изобретение под названием «Дистанционный электромагнитный способ изменения погоды» в 1986 году.
Сейчас этот проект носит название «Урания».

В 1989 г. изобретатель организовал Лабораторию прикладной геокосмической физики и вместе с двумя коллегами, инженером-океанологом Станиславом Николаевым и инженером-механиком Владимиром Алимовым, приступил к экспериментам 🔧

Генератор формирует электромагнитные сигналы определенной формы и частоты, антенна направляет пучок этих сигналов в расчетную зону ионосферы Земли, где они создают условия для изменения погоды в заданном районе земного шара. Это позволяет перераспределять атмосферную влагу туда, где её мало, или удалять оттуда, где воды в избытке.

Засуха 1992 г. грозила неурожаем картофеля в Каширском районе. Дожди, вызванные «Уранией», решили проблему. В том же году над засушливыми полями Казахстана искусственно вызванные осадки достигали 150% климатической нормы, что привело к рекордному урожаю.

Сегодня подобные технологии помогают справляться с последствиями изменения климата и предотвращать засухи, оставаясь инструментом в борьбе за устойчивое сельское хозяйство

Товары с маркетплейса скоро поедут к нам без водителей

В 2025 году Яндекс готовит к запуску автономные грузовики на трассах М-11 и М-12. Эти беспилотные автомобили на базе платформы Shacman X6000 будут перевозить сухие грузы, а к концу года компания начнëт доставку рефрижераторов.

Первый успех уже был: в октябре из Москвы в Тулу грузовик доехал сам без происшествий.

А как же лихачи на трассах?
Как отмечает Дмитрий Плотников, руководитель проекта, «система управления автомобилем умеет распознавать дорожную разметку и сигналы светофоров, а также прогнозировать поведение других участников движения.» Помогают сенсоры и свои алгоритмы обработки информации.

Что это даёт?
Беспилотные грузовики помогают справляться с нехваткой водителей, ускоряют доставку и делают дороги безопаснее 🔧

Интересно, что с экономической стороной вопроса?

Образовательный интенсив от команды «Генератора» в лагере Спутник 🌊

Приглашаем студентов МЭИ на выездной интенсив, который состоится 1 — 2 марта 📆

Кто мы?

Сфера нашей команды — организация больших и популярных инженерных событий (мы делаем Фестиваль радиоэлектроники), а также поиск интересных историй в технической сфере и создание полезных для карьеры материалов.

Что мы готовим на интенсив?

👩‍💻 Мастер-классы и задания в зависимости от профиля: по дизайну, фото, видео, работе с текстом или организации мероприятий.
👩‍🎓 Интерактивные сессии, живые обсуждения современных медиа и событий, веселые истории из нашего опыта.
👥 Новые знакомые из разных институтов.

Кроме самого обучения это возможность расширить свою сеть контактов. Вы встретите людей из разных областей науки, образования и медиапроектов, что может стать началом новых совместных проектов, идей и дружбы.

Присоединяйтесь к нам! Станьте частью сообщества инженеров, организаторов событий и медийщиков.

✉️ Заполняй отборочную анкету участника до 23:59 5 февраля:

https://forms.yandex.ru/u/679160e04936397f99b061cf/

Если найти своего научного руководителя, можно и горы свернуть, и сосульки переиграть ❄️

Магистрант Питерского университета аэрокосмического приборостроения (ГУАП) Даниэле Казадио с поддержкой преподавателя разработал устройство для предотвращения образования наледи на карнизных свесах крыш многоквартирных домов.



Принцип действия
Устройство состоит из циркуляционного насоса и системы нагревательных пластиковых труб, которые устанавливаются вдоль ливнестоков и желобов. Теплый воздух, собравшийся в вентиляционных шахтах зданий, направляется по трубам под карнизами крыш, предотвращая образование льда и сосулек.

Это может сработать?
В отличие от существующих систем, которые растапливают снег резко, новая технология использует тепло домовой вентиляции, что обеспечивает плавное таяние снега. Система снижает эксплуатационные затраты, продлевает срок службы крыш и фасадов. И самое главное — обеспечивает нашу безопасность.

Вдохновение на разработки может поджидать в самых неожиданных областях. Ищите идеи вокруг!

Больше полутора триллионов рублей вложено в науку в прошлом году по линии государства. А к 2030 году цифра должна достигнуть 2% от ВВП

ТОП-3 самых успешных меры поддержки науки по мнению самих ученых:
1️⃣ госзадание на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы,
2️⃣ программа для университетов «Приоритет 2030»,
3️⃣ гранты, премии и стипендии молодым ученым.

Самое время заниматься исследованиями и разработкой — сейчас ⏰