В теории управления все большую роль будет играть исследование нелинейных систем. Здесь можно ожидать прогресса в области синтеза нелинейных управлений, появления новых типов обратной связи, исследований хаоса, синхронизации, других специфических нелинейных эффектов. Все большее распространение получат модели гибридного управления, включающие логические и непрерывные компоненты. Особую роль будет играть сетевое и интеллектуальное управление авиационно-космическими, морскими и наземными объектами, в том числе – интеллектуальное планирование действий в беспилотных аппаратах. Широчайшие перспективы открываются для применения идей управления в биотехнологиях, биоинформатике, медицине. В частности, в системах управления в медицине все большую роль должны играть интеллектуальные экспертные системы, способные управлять лечебным процессом, повышать качество медицинских диагнозов и освобождать врачей от большого объема рутинной работы. Очень важны модели управляемых эколого-экономических систем.
К разработкам в области критических технологий Российской Федерации относится технология создания и управления новыми видами транспортных средств, где будет необходимо достичь нового уровня автоматизации и распределения функций между оператором и системой управления, а в автономных движущихся объектах – нового уровня универсальности и интеллектуальности. Это же актуально и для управления технологическими процессами.
Необходимо развивать оптимальное адаптивное управление, позволяющее активно устранять априорную неопределенность, обеспечивать высокую точность управления при сложных многокомпонентных ограничениях, при изменениях конфигурации, в критических и закритических режимах, при неустойчивости объекта на основных и нештатных режимах, при упругости его конструкции, при повреждениях или отказах части органов управления и элементов конструктивной схемы. Нужно развивать также теорию робастных систем управления, осуществляющих пассивное парирование влияния неконтролируемых факторов.
В области навигации и наведения движущихся объектов должна развиваться теория навигационных и гироскопических систем, основанная на комплексировании инерциальных навигационных систем со спутниковыми радионавигационными системами, корреляционно-экстремальными системами навигации и наведения по физическим полям, обзорными системами с распознаванием образов и ориентиров. В области задач управления системами междисциплинарной природы (организационно-техническими, медико-биологическими, эколого-экономическими и др. системами) будут развиваться экспертно-классификационные, экспертно-статистические и так называемые «активные» модели управления.
Будут играть важную роль системы интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений (от предприятия до государственных органов), в частности, так называемые когнитивные системы, которые способны вести мониторинг текущей ситуации, включая обработку текстовой информации, давать прогнозы развития ситуации на основе включения экспертных знаний, рекомендации по принятию решений. Такие системы особенно важны для целей стратегического планирования в условиях неопределенности, когда нет возможности получить достоверные количественные прогнозы. Они дают характеристику общих тенденций развития и указывают на возможные побочные последствия принимаемых решений.
Химия и наука о материалах являются базисом для эффективного развития всех без исключения наук естественного профиля и различных отраслей промышленности, энергетики, сельского хозяйства, медицины и экологии. Очевидно, что развитие и интенсификация исследований в этой области естествознания призваны обеспечить устойчивое социально-экономическое развитие страны в ближайшей и отдаленной перспективе.
В Отделении сосредоточены ведущие ученые страны и имеется развитая инфраструктура, а также значительная материальная база в виде институтов, центров коллективного пользования, научно-образовательных комплексов и отдельных лабораторий. Это позволило, несмотря на ряд материально-техни-ческих и финансовых трудностей, получить за последнее время важные результаты.
Исследования в области теоретической химии, развития методологии органического и неорганического синтеза, новых методов физико-химических исследований касаются проведения комплексных эксперимен-тальных и теоретических исследований, позволяющих получать фундаментальные научные знания о химических превращениях и химических свойствах веществ, создавать новые химические процессы, технологии и перспективные материалы, включая наноматериалы. В качестве наиболее крупных достижений в этом направлении можно отметить следующие. Во-первых, создана общая методология синтеза нового оптоэлектронного наноматериала, превосходящего по интенсивности эмиссии и стабильности все известные аналоги. Синтезированные флуорофоры перспективны для создания сверхчувствительных наносенсоров для маркировки биомолекул, детектирования взрывчатых и наркотических веществ. Во-вторых, предложен и реализован новый принцип создания наноэлектро-механических систем («наномускул»), позволяющий разрабатывать стабильные и высокоэффективные молекулярные машины и переключатели. В-третьих, синтезированы кремнийорганические соединения и разработаны методы их самоорганизации, открывающие перспективы создания сложных микросистем с уникальными полупроводниковыми свойствами.
К числу достижений фундаментального характера можно также отнести теоретические исследования возможностей использования полимерных глобул в качестве нанореакторов, прогнозирование фазового поведения расплавов и растворов полимеров, открытие гиперактивирующего воздействия магнитных полей на спин-селективный катализ. На основе этих исследований разработан метод адресной доставки изотопов в клетки миокарда крыс, страдающих от медикаментозной гипоксии.
Современные проблемы химии материалов, включая наноматериалы, являются важнейшим направлением современного материаловедения. Исследования по этому направлению сосредоточены на разработке физико-химических основ получения композиционных, металлических, полимерных, керамических материалов, теории пластичности, прочности, синтезу фотопроводящих, фотохромных материалов, изучению самоорганизации наноструктурированных и пористых материалов и сорбентов. В этой сфере существенные результаты получены при создании новых алюминий-скандиевых лигатур, применение которых позволяет повысить эксплуатационные свойства особо прочных алюминиевых сплавов; разработке методов синтеза и направленного регулирования электронной структуры и магнитных свойств нанографенов и нанографитов; синтезе новых гетероциклических фульгидов и этенов, перспективных соединений для создания устройств оптической записи информации и ячеек памяти; создании высокоэффективных селективных органических флуоресцентных и фотопереключаемых хемосенсоров; разработке технологии получения активных кварцевых волоконных световодов, легированных висмутом, и проектировании волоконных лазеров, генерирующих оптическое излучение в новом спектральном диапазоне от 1300 до 1520 нм.
К числу достижений фундаментального характера можно также отнести разработку теоретических представлений о механизме высокотемпературного окисления металлов и создании на их основе технологий окислительного конструирования тонкостенной керамики; создание фотоэлектрических, нелинейно-оптических и фоторефрактивных полимерных композитов из поливинилкарбазола и комплексов фталоцианината рутения, высокие фоторефрактивные характеристики которых позволяют использовать их в медицинской диагностике и телекоммуникационных технологиях; создание на основе нанопористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена биосовместимых нанокомпозитов с уникальными антифрикционными показателями, близкими свойствам природного состава; разработку метода формирования наночастиц палладия, платины и оксидов железа внутри гранул сверхсшитого нанопористого полистирола, и создание технологии получения эффективных магнитных сорбентов для глубокой очистки воды от токсичных веществ.
Следует подчеркнуть, что за 2008 г. существенные результаты получены и в области практического материаловедения. Так, с целью получения высокочистых монокристаллов кремния, разработаны методы синтеза, глубокой очистки и анализа моноизотопных силанов; для создания износостойких порошковых материалов разработана технология превращения фуллереновой фазы чугуна в частицы алмазной фазы. Создан новый высокопрочный сплав на основе системы Al-Zn-Mg-Cu-Zr, содержащий микродобавки серебра и скандия, и разработана технология изготовления из него кованых и прессованных полуфабрикатов деталей внутреннего силового набора перспективных самолетов. Применение нового сплава позволит повысить весовую эффективность конструкции на 10% и увеличить ресурс работы деталей перспективных самолетов в 1,5 раза.
На основе нанотехнологий созданы новые композиционные материалы: антифрикционные, вибропоглощающие и электроизоляционные, эксплуата-ционные характеристики которых улучшены в два-три раза. На их основе организовано производство узлов трения гидротурбин, судовых гермопроводов и опорных амортизирующих реле для главных силовых установок кораблей и подстанций городского электротранспорта.
К числу достижений фундаментального характера в области научных основ экологически безопасных и ресурсосберегающих химико-технологических процессов можно отнести следующие. Во-первых, синтез новых мономеров норборненового типа и разработку технологии получения на их основе поликарбосиленов – перспективных материалов для газоразделительных мембран. Во-вторых, создание металлоустойчивого катализатора крекинга мазута, который кроме цеолитного носителя, алюмооксидного связующего и структурного модификатора – глины, включает смешанный оксид магния-алюминия в качестве «ловушки» тяжелых металлов. В-третьих, разработку новых нанострукту-рированных металл-углеродных катализаторов дегидрирования углеводородов.
С использованием таких катализаторов достигнута 100-процентная конверсия циклогексана в бензол при 100-процентной селективности. В-четвертых, получение новых эффективных экстрагентов для гидрометаллургии, гальванических производств, технологии производства синтетических волокон, утилизации отработанных золотосодержащих электролитов гальванотехники, глубокого доизвлечения золота из сбросных растворов аффинажа.