ვლადიმერ ჭავჭანიძის სახელობის კიბერნეტიკის ინსტიტუტი

საქართველოს ტექნიკური უნივერსიტეტის ვლადიმერ ჭავჭანიძის სახელობის კიბერნეტიკის ინსტიტუტი დაარსდა 1960 წლის 3 ოქტომბერს საქართველოს სსრ მინისტრთა საბჭოს #690 დადგენილების საფუძველზე საქართველოს მეცნიერებათა აკადემიის კიბერნეტიკის ინსტიტუტის სახით. საქართველოს მთავრობის 2006 წლის 16 მარტის #58 დადგენილების საფუძველზე ინსტუტუტი გარდაიქმნა საჯარო სამართლის იურიდიულ პირად და ეწოდა საჯარო სამართლის იურიდიულ პირი კიბერნეტიკის ინსტიტუტი. საქართველოს მთავრობის 2010 წლის 2 მარტის #61 დადგენილების საფუძველზე ინსტუტუტს მიენიჭა მისი დამაარსებლის, აკადემიკოს ვლადიმერ ჭავჭანიძის სახელი.
საქართველოს მთავრობის 2010 წლის 9 ივლისის #185 დადგენილების საფუძველზე ინსტუტუტი რეორგანიზებულ იქნა საქართველოს ტექნიკური უნივერსიტეტის სტრუქტურულ ერთეულად-დამოუკიდებელი სამეცნიერო-კვლევითი ინსტიტუტის სახით.

• მათემატიკური კიბერნეტიკის განყოფილება
• სტოქასტური ანალიზისა და მათემატიკური მოდელირების განყოფილება
• სახეთა ამოცნობის გამოყენებითი სისტემების განყოფილება
• ბიოკიბერნეტიკული სისტემების განყოფილება
• გამოთვლითი ტექნიკის ელემენტებისა და ნანომასალების განყოფილება
• კოჰერენტული ოპტიკისა და ელექტრონიკის განყოფილება
• ინფორმაციის ჰოლოგრაფიული ჩაწერისა და დამუშავების ლაბორატორია
• ოპტიკურად მართვადი ანიზოტროპული სისტემების განყოფილება
• ოპტიკურ-ქიმიურ კვლევათა ლაბორატორია

კვლევების სფეროები:

1) კვანტური გამოთვლების ანალიზური და სირთულის თეორია;
ძირითადი კვლევები მიმდინარეობდა კომპლექსური ანალიზის ფუნდამენტური პრობლემების შესასწავლად. კერძოდ, 1) მიღებული იქნა რიმანის სფეროზე ფუქსის ტიპის განტოლებათა სისტემის მონოდრომიის წარმოდგენის ყველგან მკვრივობის საკმარისი პირობა 2) დამტკიცდა, რომ წრეწირში ჩახაზვადი კონფიგურაციები ორიენტირებული ოთხკუთხედის ფართობის კრიტიკული წერტილებია 3) გამოთვლილი იქნა ისეთი კომპლექსური მრავალნაირობის მოდულების სივრცის ეილერის მახასიათებელი, რომელიც მიიღება კომპაქტური რიმანის ზედაპირებიდან სასრული რაოდენობის წერტილების ამოგდებით.
შედეგი 1)-დან გამოდინარეობს, პირობა იმისა, თუ რა ტიპის კვანტური სისტემა იძლევა მონოდრომიული კვანტური გამოთვლებისათვის ელემენტარული გეიტების უნივერსალურ სისტემას; ხოლო შედეგები 2) და 3) იძლევა სახსრული მექანიზმების კონფიგურაციული სივრცის ტოპოლოგიურ აღწერას.

2) ფაზილოგიკის ალგებრული ანალიზი.
აღწერილია თავისუფალი ალგებრები, დახასიათებულია პროექციული ალგებრები ალგებრების მრავალსახეობებში, რომლებიც შეესაბამება ლუკასევიჩის ლოგიკას გაფართოებული უნარული კავშირებით, ბაზისურ ლოგიკას, ბიმოდალურ გიოდელის ლოგიკას. ამ პრობლემების ამოხსნა იძლევა საშუალებას ამოიხსნას უნიფიკაციის პრობლემები, რომელიც ასრულებს მნიშვნელოვან როლს თეორემების ავტომატურ დამტკიცებებში (კომპიუტერის საშუალებით), რომელიც თავის მხრივ მნიშვნელოვანია კომპიუტერულ მეცნიერებებში.

3) შემუშავებულია სწავლებით სახეთა ამოცნობის სისტემა, რომლის ფუნქციონირება არ არის დამოკიდებული სახეთა (ობიექტების) ფიზიკურ არსზე, მათი მახასიათებელი პარამეტრების რაოდენობაზე და ბუნებაზე. იგი გამოიყენება მედიცინაში, ბიოლოგიაში, გეოფიზიკაში, ეკოლოგიაში, სამხედრო საქმეში და ა.შ. სისტემა მოიცავს მასწავლ და გამოცნობის მოდელებს (მმ-ს და გმ-ს). მმ საწყისი ინფორმაციის (სი-ის) საფუძველზე განსაზღვრავს ცოდნისა და მონაცემთა ბაზებს. გმ მათი გამოყენებით გამოიცნობს ახალ ობიექტებს მოცემული კლასების სიიდან. ამჟამად ვმუშაობთ ამ სისტემის ახალ ვერსიაზე. იგი მმ-ს და გმ-ს გარდა მოიცავს სი-ის წინასწარი დამუშავების მოდელს. შემუშავებულია აგრეთვე ობიექტების მახასიათებელი პარამეტრების განსაზღვრისა და შეფასების, ობიექტების შეფასების, მიზნობრივი ჯგუფებისა და მათი წევრების შეფასების ექსპერტული სისტემები.

კვლევების სფეროები:

განყოფილება მუშაობს სტოქასტურ პროცესთა და სისტემათა ანალიზის, მოდელირებისა და მართვის, შემთხვევით პროცესთა აპროქსიმაციის, ინტერპოლაციისა და ექსტრაპოლაციის საკითხებზე.
დამუშავებულ იქნა გაუსისა და ნულოვანი მეხსიერების მქონე არაწრფივად გარდაქმნილი გაუსის პროცესების მოდელირებისა და პროგნოზირების კონსტრუქციული მეთოდები. მიღებულია სტაციონარული მიმდევრობის ოპტიმალური წრფივი პროგნოზის რეკურენტული მეთოდი, რომელიც არ მოითხოვს სპექტრალური სიმკვრივის რაციონალურობას. ამ შედეგებმა მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანეს ახალი მიმართულების – სტოქასტური ჰიდროლოგიის ჩამოყალიბებაში.
შესწავლილი იქნა გარკვეული კლასის არასტაციონარული, კერძოდ პერიოდული არასტაციონარული პროცესები, მათი თეორიისა და სტატისტიკის საკითხები, აგრეთვე ტრენდიანი პერიოდული არასტაციონარული პროცესები. დამუშავებულია ასეთი პროცესებისათვის ტრენდის გამოყოფის მეთოდიკა.
მიღებულია უიტეკერ-კოტელნიკოვ-შენონის ტიპის განზოგადოებული ფორმულები (მწკრივები და მათი ნაშთითი წევრების შეფასებები), რომელთაც მნიშვნელოვანი როლი აქვთ სიგნალთა გადაცემის თეორიაში.
მიღებულია საშუალო კვადრატული აზრით ჰეჯირების ამოცანასთან და ინვესტირების ამოცანასთან დაკავშირებული შექცეული სტოქასტური დიფერენციალური განტოლებების სისტემა სემიმარტინგალური ფინანსური ბაზრისთვის და გამოკვლეულია სისტემის ამოხსნადობისა და ერთადერთობის საკითხი.
შესწავლილია ადაპტური იდენტიფიკაციისა და მართვის კომპიუტერული მოდელირების ამოცანები არაწრფივი სტოქასტური დინამიური მართვის ობიექტებისთვის.
შესწავლილია შემთხვევით გარემოში ელექტრომაგნიტური ტალღების გავრცელების სტატისტიკური მახასიათებლები. შეიქმნა ხელსაწყო ტექნიკურ უნივერსიტეტთან ერთად (იხ. სურათი), რომელიც ერთდროულად ზომავს გაბნეული ელექტრომაგნიტური ტალღების ფაზისა და ამპლიტუდის ფლუქტუაციებს, ატმოსფეროს წნევას, ჰაერის სინოტივესა და ტემპერატურას.
კვლევის ყველა ჩამოთვლილ სფეროში სამუშაოები გრძელდება.

კვლევების სფეროები:

1) 1970 წლიდან განყოფილება იყო წამყვანი თერთმეტ სრულიად-საკავშირო სამეცნიერო-საკვლევ პროექტში. კვლევები ეხებოდა ადამიანი-ოპერატორის (კოსმონავტის, პილოტისა და ა.შ.) ფსიქო-ფიზიოლოგიური მდგომარეობის დიაგნოსტიკას მათი ბიოელექტრული პოტენციალების მეშვეობით, სამგანზომილებიანი ობიექტების ამოცნობას მათი ჰოლოგრაფიული წინასწარი გარდაქმნის გამოყენებით და წიაღისეულის პროგნოზირებას გეოფიზიკური, გეოქიმიური და კოსმოსური ინფორმაციის გამოყენებით. დავამუშავეთ ზოგადი მეთოდი, რომელიც წარმატებით იყო გამოყენებული ალმასის საბადოების პროგნოზისათვის. დავამუშავეთ საკმაოდ მაღალი სიზუსტის მქონე (96%) ალმასის საბადოების პროგნოზის რუქა იაკუტიის 120.000კვ.კმ ტერიტორიისათვის. ყველა აღნიშნული სისტემა ეფუძნებოდა სწავლებად ხელოვნურ ნეირონულ ქსელებს.
ამჟამად განყოფილების ერთი ჯგუფი მუშაობს საქართველოს ძირითადი ეკონომიკური მაჩვენებლების პროგნოზირებაზე 2011-2015 წწ-თვის 95%-იანი დამაჯერებლობის ინტერვალით.

2) განყოფილებაში საერთაშორისო გრანტების ISTC – სა და USTC-ს ფარგლებში დამუშავდა ჩაის შერჩევით საკრეფი მაღალი ეფექტურობის რობოტული სისტემა (იხ.სურათი). მიმდინარეობს მისი სამუშაო მოდელის აპარატული რეალიზაციის პროცესი.
ამჟამად განყოფილების ერთი ჯგუფის მიერ მუშავდება ჰიბრიდული ინტელექტუალური სისტემა აქტუალური გამოთვლითი ინტელექტუალური პროცედურების რეალურ დროში ამოსახსნელად. ეს არის ინდუქციური გამოყვანის პროცესორი, რომელიც საშუალებას მოგვცემს თითქმის მყისიერად და პარალელურ რეჟიმში შედარდეს შესასვლელზე მიწოდებული მრავალგანზომილებიანი ვექტორი ე.წ. "ცოდნის ბაზაში" არსებულ ყველა ვექტორს და გამოთვლილ იქნეს შედარების შედეგები გარკვეული სიდიდეების სახით. ეს სიდიდეები შესაძლებელია განხილულ იქნენ, როგორც "მსგავსების ზომები" გარემოს მიმდინარე მდგომარეობის აღწერასა და პროცესორის მეხსიერებაში მყოფ ყველა აღწერას შორის. "მსგავსების ზომის" განსაზღვრის ოპერაცია წარმოადგენს ინდუქციური ლოგიკის საბაზო ოპერაციას. მისი მეშვეობით შეიძლება აიგოს ხელოვნური ინტელექტის ისეთი მეტაპროცედურები, როგორებიცაა აღწერათა სივრცის კლასტერიზაცია, ცნებების ფორმირება, ინსაიტი, სახეთა ამოცნობა და სხვ. თანამედროვე ოპტოელექტრონიკის კარგად განვითარებული ელემენტური ბაზა, კოორდინატული ადრესაციის მქონე ოპტოელექტრონული მოწყობილობები, ინდუქციური გამოყვანის პროცესორის აპარატული რეალიზების შესაძლებლობას იძლევა. სხვადასხვა ტიპის გამოყვანის სისტემების შეთავსება და გაერთიანება ერთიან ჰიბრიდულ სისტემაში ფრიად იმედისმომცემ კვლევის სფეროს წარმოადგენს: იგი იძლევა ინტელექტუალური სისტემების შემდგომი თაობის განვითარების შესაძლებლობებს.

3) განყოფილებაში აგრეთვე შემუშავებულია ციფრული გამოსახულების სეგმენტაციის მეთოდი დამყარებული მოდების ძიების ხერხზე სიმკვრივის ფუნქციის სტატისტიკური შეფასების გამოყენებით. მეთოდი არ მოითხოვს მონაცემების საწყის კლასიფიკაციას და კლასების რაოდენობის წინასწარ ცოდნას. სეგმენტაციის შედეგი არ არის დამოკიდებული მომხმარებლის მხრიდან რომელიმე შესასვლელი პარამეტრის შერჩევაზე. სეგმენტაციის წარმოდგენილი მეთოდი კარგ შედეგებს იძლევა სხვადასხვა ტიპის ციფრულ გამოსახულებებზე გამოყენებისას ორიგინალური გამოსახულებისა და სეგმენტირებული გამოსახულებების ერთმანეთთან სიახლოვის თვალსაზრისით.
ქვემოთ მოცემულია სხვადასხვა ტიპის ციფრულ ვიზუალიზებულ გამოსახულებებზე სეგმენტაციის მეთოდის გამოყენების შედეგები:

ორიგინალური გამოსახულება	სეგმენტირებული გამოსახულება

ბიოკიბერნეტიკული სისტემების განყოფილება

კვლევების სფეროები:

1) ინფორმაციის გადამუშავება და შენახვა ნეირონების მიერ გარეშე ელექტრომაგნიტური ველების ზემოქმედების პირობებში

“ელექტრომაგნიტური სმოგი” არის ახალი ტერმინი და ასახავს იმ რეალობას, რომელშიც იმყოფება თანამედროვე ცივილიზებული ადამიანი. ადამიანის ხელით შექმნილი მოწყობილობები ასხივებენ ელექტრომაგნიტურ ველებს რომელთა სიხშირე რამდენიმე ჰერციდან რამდენიმე ასეულ მეგაჰერცამდეა. ბოლო ათწლეულში მთელს მსოფლიოში გავრცელდა ფიჭური კავშირგაბმულობა, რომელიც ძირითადად 900 და 1800 მეგაჰერც სიხშირეზე მუშაობს. აქედან გამომდინარე დიდი აქტუალობა შეიძინა როგორც საბაზო სადგურების მიერ გამოსხივებული ელექტრომაგნიტური ველების, ასევე თვით მობილური ტელეფონების მიერ გამოსხივებული ელექტრომაგნიტური ველების ადამიანის ტვინზე ზემოქმედების პრობლემამ. კვლევები ამ მიმართულებით მიმდინარეობს მსოფლიოს მრავალ ლაბორატორიაში.
ჩვენს მიერ დადგენილი იქნა, რომ ცაკლეული ნეირონის ხანგრძლივი დასხივება მობილური ტელეფონის ელექტრომაგნიტური ველით აუარესებს ნეირონის მიერ ინფორმაციის შენახვის უნარს.
სურათებზე: ელექტრომაგნიტური ველის ზემოქმედება ნეირონის მიერ ინფორმაციის შენახვის უნარზე.
ა) გვიჩვენებს ნეირონისათვის ინფორმაციის გადაცემისა და წაკითხვის სქემას. ST მიკროელექტროდის მეშვეობით ნეირონს მიეწოდება ინფორმაცია. მეორე მიკროელექტროდით ხდება ნეირონის მიერ გადამუშავებული ინფორმაციის წაკითხვა.
ბ) დაუსხივებელ ნეირონს ინფორმაციის შესანახად დასჭირდა 21 ნაბიჯი - 23 წამი. ნაბიჯები იმპულსების სახითაა გამოსახული.
გ) მობილური ტელეფონის ელექტრომაგნიტურ ველში 1 საათის განმავლობაში დასხივებულ ნეირონს იგივე ინფორმაციის შესანახად დასჭირდა 108 ნაბიჯი - 3 წუთი და 48 წამი.

ა)	ბ)	გ)

2) დელფინის სონარში ექოსიგნალების დამუშავების ექსპერიმენტული შესწავლა და ბიო-მიმეთიკური ანალოგის კომპიუტერული მოდელირება.

წყალქვეშა საგნების ავტომატური დეტექტირებისა და ამოცნობის პრობლემა პირდაპირაა დაკავშირებული საზღვაო ობიექტების (პორტების, სანავთობო პლატფორმების, წყალქვეშა კომუნიკაციების და სხვა) ეფექტიანი დამცავი სისტემებით აღჭურვის უაღრესად აქტუალურ ამოცანასთან.
ჩვენ გამოვიყენეთ ახალი მეთოდები, რის შედეგად გამოკვლეულ იქნა დელფინის ექოლოკაციური სისტემის მოქმედების მექანიზმი. დადგინდა, რომ დელფინს გააჩნია საგნიდან არეკვლილი ექო-სიგნალების სერიაში ნიშან-თვისების საშუალო მნიშვნელობის შეფასების უნარი.
მოვახდინეთ ამ მექანიზმების მათემატიკური ფორმალიზება და დავამუშავეთ ექოსიგნალების გარჩევისა და ამოცნობის კომპიუტერული მოდელი, რომლის გამოცდამ კომპიუტერში მოდელირებულ ექოსიგნალებზე და რეალურ ექოსიგნალებზე აჩვენა, რომ ჩვენი მოდელის ეფექტიანობა სრულიად შედარებადია დელფინის სონარის ეფექტიანობასთან. მნიშვნელოვანია ის გარემოება, რომ მეთოდი ხასიათდება უაღრესად დიდი სიზუსტით და უზრუნველყოფილია ძალზე ეკონომიური (დროის დამზოგავი) ალგორითმებით.

კვლევების სფეროები:

1) მასალათა ზომების ნანომეტრებამდე შემცირება იწვევს სრულიად ახალი, უნიკალური თვისებების გაჩენას, რაც თავის მხრივ კვანტურ და სხვა ახალ პრინციპებზე მომუშავე ხელსაწყოების შექმნის საშუალებას იძლევა. ასეთი უნიკალური ნანოხელსაწყოები უკვე გამოიყენება მეცნიერებაში, ტექნიკასა და ბიოსამედიცინო სფეეროებში და მათი პროგრესის საფუძველს შეადგენს.
ჩვენი ამჟამინდელი კვლევები მიმართულია ისეთი ახალი ნახევარგამტაული ნაერთების ნანომავთულების მისაღებად, რომლებიც გამოყენებულნი იქნებიან წყლის ფოტოელექტროქიმიური დაშლის კატალიზატორებად და მზის გამოსხივებით წყალბადის პირდაპირი მიღების საშუალებას მოგვცემენ. ჩვენს მიერ შექმნილი ნახევარგამტარული ნანომავთულების საფუძველზე ვქმნით აირების ზემგრძნობიარე სენსორების მოქმედ ანალოგებს.
სურათებზე წარმოდგენილია გერმანიუმის ნიტრიდის კატალიზატორის ნანომავთულები, გადაღებული ატომარული გარჩევისუნარიანობით (მარცხენა სურათები) და In2Ge2O7 ნაერთის ნანომავთულების რასტრული ელექტრონულ მიკროსკოპული სურათები (მარჯვნივ). 2) შექმნილია ზედენადი ჰელიუმით შევსებულ ფოროვან გარემოში აკუსტიკური ტალღების გავრცელების თეორია. მიღებული განტოლებები გამოყენებულია აეროგელებისათვის. ვ. ვერკინის სახ. დაბალი ტემპერატურის ინსტიტუტსა (უკრაინა) და დელავერის უნივერსიტეტის (აშშ) ფიზიკა-ასტრონომიის განყოფილებაში დადგმული ექსპერიმენტები ასაბუთებენ ხსენებული თეორიის სამართლიანობას. ასევე მუშავდება ბიოსამედიცინო დანიშნულების ახალი კლასის ნანომასალების დამზადების ტექნოლოგია.

კვლევების სფეროები:

1) კიბოს დიაგნოსტირების კონვენციური მეთოდები დაფუძნებულია ბიოლოგიური ქსოვილის საეჭვო უბნების ვიზუალურ დაკვირვებაზე. მას მოსდევს ქსოვილის დამაზიანებელი ბიოფსია, ბიოფსიის მასალის მრავალსაფეხუროვანი დამუშავება და მიკროსკოპით მომქანცველი სუბიექტური გამოკვლევა. ამრიგად, კიბოს დიაგნოსტიკა იწვევს ბიოქსოვილის სერიოზულ დაზიანებას და მოითხოვს ადამიანური, მატერიალური და დროითი რესურსების დიდ დანახარჯს.
საქართველოს ტექნიკური უნივერსიტეტის კიბერნეტიკის ინსტიტუტის მეცნიერთა ჯგუფი (ზ. მელიქიშვილი, თ. მედოიძე და ზ. ჯალიაშვილი) მუშაობს ბიოლოგიური ქსოვილის პათოლოგიების, მათ შორის ნეოპლაზიების, გამოვლენის ისეთ ინოვაციურ მეთოდზე როგორიცაა ლაზერით ინდუცირებული ფლუორესცენციის სპექტროსკოპია (laser induced fluorescence spectroscopy - LIFS). ჩატარებული კვლევების შედეგად შექმნა დანადგარი – ლაზერული კანცეროსკოპი (ნახ. 1). შემოთავაზებული დანადგარი და ტექნოლოგია, რომელიც ლაზერის ნანოწამიანი იმპულსებით ბიოქსოვილებში გამოწვეული ფლუორესცენციის სპექტრების ანალიზს ეფუძნება, მათი სხვადსხვა პათოლოგიების გამოვლენის მძლავრ საშუალებას იძლევა. განსაკუთრებით უნდა აღინიშნოს კიბოს დიაგნოსტირება (ნახ. 2) და დიაგნოზის შემდგომი დიფერენცირება კიბოს სახეობების მიხედვით. მოცემული დანადგარი და ტექნოლოგია საშუალებას იძლევა: (i) ქსოვილის პათოლოგია მყისიერად იქნეს აღმოჩენილი, (ii) პაციენტის გასინჯვისას ან ქირურგიული ოპეარციის მიმდინარეობისას ჩატარდეს ქსოვილების საეჭვო არეების მონიტორინგი რელური დროის რეჟიმში. მეთოდის არაინვაზიურობა ლაზერის გამოსხივების პარამეტრების შერჩევით მიიღწევა.

ნახ. 1. კიბერნეტიკის ინსტიტუტის ლაზერული კანცეროსკოპი	ნახ. 2. ლაზერული კანცეროსკოპით გამოვლენილი კიბოს (cancer) და მიმდებარე (adjacent) ქსოვილების ფლუორესცენციის სპექტრები.

2) მოლეკულების სინათლით მართვადი აგრეგაციები ორგანულ ნაერთებში

საინფორმაციო ტექნოლოგიებში, ფოტოგრაფიაში, სინათლის გამომსხივებლებში და სხვა მოწყობილობებში გამოყენების პერსპექტიულ კანდიდატებს წარმოადგენს მოლეკულების აგრეგაციები. ეს მოვლენა დღეისათვის მეცნიერების ინტენსიური კვლევის საგანს წარმოადგენს.
ოპტიკური ანიზოტროპიის სინათლით ინდუცირების და პოლარიზაციული სპექტროსკოპიის მეთოდების გამოყენებით სამცნიერო ჯგუფში მიმდინარეობს სინათლით მართვადი აგრეგაციების როგორც ფუნდამეტური, ასევე გამოყენებითი კვლევები. ეს თემატიკა მუშავდება ეროვნული სამეცნიერო ფონდის მიერ დაფინანსებული საგრანტო პროექტის ფარგლებშიც.
მაგალითის სახით მე–2 და მე–3 ფიგურებზე წარმოდგენილია ჩვენს მიერ ერთ შემთხვევაში ცდაზე რეალიზებული აგრეგაციების ფოტოდაშლის და ფოტოინდუცირების სადემონსტრაციო სურათები. სურათები გადაღებულია მიკროსკოპიდან ჩაკეტილ პოლარიზატორებში. ფიგ. 2-ზე ჩაბნელებული რგოლი წარმოადგენს არაპოლარიზებული სინათლის მოქმედებით აგრეგაციების ფოტოდაშლის ადგილის გამოსახულებას, ხოლო ისრით მითითებული წრე წარმოადგენს აგრეგაციების დაშლის ადგილზე წრფივად პოლარიზებული სინათლით ფოტოინდუცირებული აგრეგაციების გამოსახულებას. სპონტანურად ინდუცირებული აგრეგაციებისგან განსხვავებით (იხ. უკიდურესი გარე რგოლი), ფოტოინდუცირებულ აგრეგაციებს აქვთ ერთნაირი ორიენტაციის ოპტიკური ღერძები. ამის მაჩვენებელია ის, რომ ფიგ. 3-ზე, რომელიც ფიგ. 2-ზე გამოსახული მდებარეობიდან ფირის გარკვეულ კუთხეზე მობრუნების შემდეგაა გადაღებული, ეს ადგილი სრულადაა ჩაბნელებული.

ფიგ. 1	ფიგ. 2	ფიგ. 3

3) ნანონაწილაკების ზეგავლენა მაღალტემპერატურული ზეგამტარი მასალების თვისებებზე

1986 წელს მაღალტემპერატურული ზეგამტარობის აღმოჩენიდან მოყოლებული, მაღალტემპერატურული ზეგამტარი მასალების თეორიულმა და ექსპერიმენტულმა კვლევებმა სწრაფი განვითარება ჰპოვეს და მიაღწიეს ინდუსტრიულ დონეს. კრიტიკული დენის სიმკვრივისა და ზეგამტარი ფაზის წარმოქმნის გაუმჯობესება ამ მასალებში წარმოადგენს უმთავრეს პრობლემას, რომლის გადაჭრა შესაძლებელს გახდიდა მაღალტემპერატურული ზეგამტარი მასალების ფართომასშტაბიან გამოყენებას ზეგამტარ სადენებში, ფირებში, მაგნიტებში და ა.შ.
ამ მიმართულებით ძალზედ დამაიმედებელი შედეგები იქნა მიღებული კიბერნეტიკის ინსტიტუტის მეცნიერთა ჯგუფის მიერ. მათ მიერ ბოლო წლებში გამოქვეყნებული შედეგების თანახმად ზეგატარი მასალების ჯეროვანი დოპირების შედეგად შესაძლებელია კრიტიკული დენის სიმკვრივის 1.5-ჯერ გაზრდა იტრიუმის ბაზაზე სინთეზირებულ ზეგამტარ მასალაში და კრიტიკული ტემპერატურისა და ზეგამტარი ფაზის წარმოქმნის მკვეთრად გაუმჯობესება ბისმუტის შემცველ ზეგამტარ მასალებში. მოტივირებული ამ შედეგებით, კიბერნეტიკის ინსტიტუტის ზეგამტარობის ჯგუფი აპირებს ახალი მიდგომის გამოყენებას, კერძოდ, ზეგამტარი სისტემების დოპირებას ნანონაწილაკებით (უნიკალური, ფირმა “FRITSCH”-ის ნანო-დიაპაზონის საფქვავი უკვე შეძენილია).
კიბერნეტიკის ინსტიტუტის ზეგამტარობის კვლევის ჯგუფში წარმატებით მიმდინარეობს შოთა რუსთაველის ეროვნული სამეცნიერო ფონდის ორი საგრანტო პროექტი. წარდგენილია პროექტი უკრაინის სამეცნიერო-ტექნოლოგიურ ცენტრში. ჯგუფს სამეცნიერო კონტაქტები აკავშირებს შეერთებული შტატების, ინგლისის, საფრანგეთის, იტალიის, ესპანეთისა და ბულგარეთის წამყვან სამეცნიერო ცენტრებთან.

4) ერთ-ერთი აქტუალური და პერსპექტიული მიმართულება ფოტონიკაში არის ფოტონური სტრუქტურების შემუშავება არაორგანული მინის საფუძველზე. ამ მიმართულების პერსპექტიულობა განისაზღვრება მინის ფიზიკური და ქიმიური თვისებებით: მაღალი ერთგვაროვნება, კარგი ოპტიკური თვისებები, მახასიათებლებლების სტაბილურობა, მინი-შემადგენლობის შეცვლის შესაძლებლობა ქიმიური მეთოდებიტ, იაფი წარმოება და სხვ. მინის უნიკალური თვისებაა მისგან ოპტიკური ბოჭკოს გამოწელვა. განსაკუთრებულ ყურადღებას იმსახურებს ის ფაქტი, რომ ფოტოფიზიკური მოვლენები ფოტონურ სტრუქტურებში არსებითად განსცხვავდებიან ანალოგიური მოვლენებისგან ჩვეულებრივ მასალებში. გარდა ამისია, ზოგიერთ ოპტიკურ მოვლენებს არ გააჩნია ანალოგი კლასიკურ ოპტიკაში.
განყოფილების ერთი ჯგუფის მიერ შექმნილია ფოტონური სტრუქტურების ექსპერიმენტალური ნიმუშები. კერძოდ:
ა) ოპტიკური გამოსახულების კონტრასტის მთლიანად ოპტიკური ზესწრაფმოქმედი გადამრთველი (პატენტი GEO 2006 3965 B)>br> ბ) მთლიანად ოპტიკური კომუტატორი (პატენტი GE P 2007 4850 B)
გ) ფოტონური ცილინდრული ლინზა

კვლევების სფეროები:

1. ინოვაციური პოლარიმეტრული მეთოდის შემუშავება დროის რეალურ მასშტაბში ოპტიკური დისტანციური ზონდირებისა და ობიექტების ამოცნობისათვის

• ობიექტების მიერ არეკვლილი სინათლის პოლარიზაციის მდგომარეობის განაწილების, პოლარზაციის ხარისხის და ასევე ამ განაწილების დისპერსიის ანალიზი
• არეკვლილი სინათლის პოლარიზაციის პარამეტრების კავშირი ობიექტების ფიზიკოქიმიურ და გეომეტრიულ თვისებებთან

• ძირითად მაანალიზებელ ელემენტად გამოიყენება მაღალი დიფრაქციული ეფექტურობის მქონე ინტეგრალური პოლარიზაციულ-ჰოლოგრაფიული დიფრაქციული ელემენტი.
• ობიექტების ამოცნობის სიჩქარის, უტყუარობისა და სიზუსტის ზრდა.
• ამგვარ ელემენტების ბაზაზე შექმნილი მოწყობილობა იქნება კომპაქტური, იაფი და მარტივი, რაც განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია საფრენ აპარატებზე დამონტაჟებისათვის.
• მეთოდი მეტად მნიშვნელოვანია ეკონომიკის, ეკოლოგიის, ასევე სამხედრო და ტერორიზმთან ბრძოლის გამოყენების სფეროებისათვის.

• ოპტიკური კომუტაციის ახალი მეთოდი მაღალეფექტური გადაპროგრამირებადი დინამიური პოლარიზაციული მიკროჰოლოგრამების მატრიცის საფუძველზე.
• გადასართავი ინფორმაციული კონის საჭირო მიმართულებით გადახრა ხდება გადაპროგრამირებად ჰოლოგრამაზე დიფრაქციის ხარჯზე, ჰოლოგრამის სივრცული სიხშირისა და მის პერიოდში ანიზოტროპიის განაწილების შესაბამისად.

• შემავალი და გამავალი ოპტიკური არხების სრული და არაბლოკირებადი კომუტირება საკომუნიკაციო ქსელებში და მომავლის ოპტიკურ კომპიუტერებში.
• განსხვავებული ტალღის სიგრძისა და პოლარიზაციის მქონე კონების სეპარირებისა და გადართვის შესაძლებლობა.
• ინფორმაციული, 1550 ნმ ტალღის სიგრძის ინფრაწითელი კონის გადართვის შესაძლებლობა.
• მმართველ აქტინური სინათლის წყაროდ უწყვეტი კომპაქტური მცირე სიმძლავრის მქონე დიოდის ლაზერების გამოყენების შესაძლებლობა.
• ერთდროულად 10⁴-10⁵ დამოუკიდებელი არხების არაბლოკირებადი კომუტირების შესაძლებლობა საერთო წარმადობით 10-20 ტერაბიტ/წმ.
• თანამედროვე ოპტიკური კაბელების გამტარუნარიანობა და კომუტირების სიჩქარის მინიმუმ ორჯერ გაზრდის შესაძლებლობა ინფორმაციის პოლარიზაციის მდგომარეობის მიხედვით დამატებითი კოდირებისა და სელექციის ხარჯზე
• შესაძლებლობა WDM ტექნოლოგიისა და ლამბდა-კომუტაციის გამოყენების შემთხვევაშიც ჰოლოგრამების ფართო, მუშა სპექტრული დიაპაზონის ხარჯზე.

კვლევების სფეროები:

1) ქოლესტერული თხევად კრისტალური სტრუქტურები და პოლიმერში ინკორპორირებული მეტალური ნანონაწილაკებისა და ორგანული საღებავების კომპოზიციები, როგორც გაუმჯობესებული მახასიათებლების მქონე ნივთიერებები ოპტიკური ინფორმაციის ჩაწერისათვის

პოლიმერში ინკორპორირებული მეტალური ნანონაწილაკები და საღებარები წარმოადგენს უნიკალურ კომპოზიციებს რომლებშიც ნანომაშტაბურ დონეზე სინერგეტიკულად არის გაერთიანებული პოლიმერები და მისი შემავსებლები. ჩვენს მიერ გამოკვლეულია ახალი ტიპის პოლიმერ-ნანონაწილაკური კომპოზიციები და შემოთავაზებულია მათი გამოყენება ოპტიკური ინფორმაციისჩაწერის, დამუშავებისა და შენახვის სისტემებში. აღნიშნულ სტრუქტურებში გარკვეული სახეობის ორგანული ლუმინესცენციური და არალუმინესცენციური საღებარების შეყვანით მოხდა მათი თერმომგრძნობიარე კომპოზიციებად გარდაქმნა

თემომგრძნობიარე ორგანული საღებავი. ფერ-ტემპერატურული დამოკიდებულება

ა)

ბ)

თხევად კრისტალებში არსებული დეფექტები დიდ ინტერესს იწვევს, როგორც ფუნდამენტალური, ისე გამოყენებითი ხედვის თვალსაზრისით. ჩვენს მიერ შესწავლილია თხევადკრისტალური ბუშტოვანი სტრუქტურები, რომლებიც, შეიძლება განხილული იქნას როგორც მიკრო ლინზების ერთობლიობა, რომლებიც იმართება ელექტრულ ველში.

ბუშტოვანი სტრუქტურების ერთობლიობა, როგორადაც ის გამოიყურება ოპტიკური მიკროსკოპის გამოყენებით

a)

b)

ამრეკლავი თხევადკრისტალურ ქოლესტერულ დისპლეის გააჩნია მთელი რიგი უპირატესობები ჩვეულებრივებთან შედარებით, რაც გამოიხატება მოხმარებული ენერგიის დაბალი სიმძლავრით და მზის გამოსხივებისადმი მაღალი მდგრადობით. ამრეკლავი თხევადკრისტალური დისპლეის გამოყენებისათვის საკმარისია გარემოს განათება და არ საჭიროებს შიდა განათებისმოწყობილობებს.

ფერადი თხევადკრისტალური ამრეკლავი დისპლეი

2) თერმულად და ოპტიკურად სტიმულირებული ლუმინესცენცია დასხივებულ ნახევარგამტარულ ნანოსტრუქტურებში (დოზიმეტრიაში გამოყენების თვალსაზრისით)

კვლევების პროგრამა შეიცავს:
1. შემდეგი ტიპის ნახევარგამტარული ნანოსტრუქტურების დამზადებას:
   ა) მყარ მატრიცაში განთავსებული კვანტური წერტილები და კვანტური ფხვნილი
   ბ) მათ საფუძველზე თხელი ფირებისა და სტრუქტურების დამზადება
2. მიღებული სტრუქტურების დასხივება რენტგენული, გამა და ულტრაიისფერი გამოსხივებით
3. დასხივებული ნიმუშების ლუმინესცენციის ინტენსივობის გაზომვა, რაც პირდაპირაა დაკავშირებული რადიაციის მირებულ დოზასთან
4. რადიაციის დოზიმეტრის ბაზური ელემენტის პილოტური ნიმუშის დამზადება

ჩვენი დოზიმეტრის უპირატესობები: უფრო დიდი კვანტური გამოსავალი უკვე არსებულ კომერციულ ბაზურ ელემენტებთან შედარებით და ატმოსფერული ქიმიური და რადიაციული ზემოქმედებების მიმართ მდგრადობა
აღნიშნული კვლევები უშუალო კავშირშია საქართველოში გარემოს რადიაციული მონიტორინგის საკითხებთან.

3) დადგენილია ვეიგერტის ეფექტის მექანიზმი აზოსაღებარებში, რომლის საფუძველზე, ჰოლოგრაფიული ჩაწერის დინამიკის კვლევისას დაკვირვებული იქნა თვითჩაწერის ფაქტი, როცა, უკვე რეგისტრირებულ ჰოლოგრამაში, ადგილი აქვს ხელმეორედ ჩაწერის ინიცირებას მხოლოდ ერთი სხივის მეშვეობით. მიღებულია ახალი ტიპის, სხვადასხვა ანიზოტროპიული სტრუქტურის მქონე, ჰოლოგრაფიული დიფრაქციული ოპტიკური ელემენტები: ზონური ფირფიტები და რასტრები, რომლებიც ახორციელებენ სინათლის ველის რთულ ტრანსფორმაციას, ხასისთდებიან ასიმეტრიულობით ცირკულარულად პოლარიზებული სინათლის გავრცელების მიმართულების მიმართ, ახორციელებენ გამოსახულებების გარდაქმნის ოპერაციებს. მიღებულია ასევე ჰოლოგრაფიული ქირალური სტრუქტურები, რომლებიც იქცევიან როგორც ქოლესტერული თხევადკრისტალური ფენები, მაგრამ უპირატესობა აქვთ სტაბილურობის და სპექტრული მახასიათებლების თვალსაზრისით. განხორციელებულია წრფივი პოლარიზაციის სრული რეგისტრაცია და აღწარმოება ზოგად შემთხვევაში. განხორციელებულია პოლარიზაციულ ჰოლოგრაფიული ჩაწერა არაპოლარიზებული სინათლის მეშვეობით, რამაც მნიშვნელოვნად გაამარტივა ჰოლოგრაფიული ინტერფერომეტრიისა და ფოტოდრეკადობის ამოცამენი.
მიმდინარეობს კვლევები და პრაქტიკულად ინიცირებულია ჰოლოგრაფიის ახალი მიმართულება, რომელიც ითვალისწინებს აქტიური ჰოლოგაფიული ელემენტის რეალიზაციას. კერძოდ, როგორც ცნობილია ჩვეულებრივი ჰოლოგრამა, წამოადგენს პასიურ დიფრაქციულ ელემენტს, როცა გამოსახულების რეკონსტრუქცია ხორციელდება დიფრაქციის საფუძველზე. ჰოლოგრაფიული ჩაწერისათვის ლაზერული გარემოს გამოყენების შემთხვევაში შესაძლებელია გამოსახულების რეკონსტრუქცია ლაზერული გენერაციის საფუძველზე. ამ შემთხვევაში ჰოლოგრამა წარმოადგენს არა პასიურ დიფრაქციულ ელემენტს, არამედ განაწილებული უკუკავშირის მქონე რთულ ლაზერულ სტრუქტურას - ჰოლოგრაფიულ ლაზერს, რომელიც გამოსახულების გენერაციას ახორციელებს.

4) ბოჭკოვანი ელემენტების მიღება და კვლევა. დამუშავებულია და გამოკვლეულია ბოჭკოვანი ლაზერი მრავალკომპონენტიანი ნეოდიმიანი მინის საფუძველზე, რომელიც უფრო იაფია ვიდრე არსებული ბოჭკოვანი ლაზერი კვარცის მინის საფუძველზე. ამავე დროს მისი დროითი მახასიათებლები ელექტროსიგნალებით მართვადია გარე პიეზომოდულაციის გამოყენებით.
ასეთი ბოჭკოვანი ლაზერის გამოყენება შეიძლება ინფორმაციის ოპტიკურ და ბოჭკოვან-ოპტიკურ სისტემებში და აგრეთვე ტელემეტრული ანტენების კომპონენტებად.

კვლევების სფეროები:

1) ფოტოქრომული სპიროპირანები ნანოტექნოლოგიისათვის

მოლეკულური კომპიუტერებით არსებულის ჩანაცვლება თანამედროვე მეცნიერების და ტექნიკის _ კერძოდ, ნანოტექნოლოგიების ერთ-ერთი ძირითადი ამოცანაა.
მოლეკულურ კომპიუტერში სილიკონური ტრანზისტორების ნაცვლად ე.წ. “ინტელექტუალური მოლეკულები” მაგ. სპიროპირანები მუშაობენ. ï”ინტელექტუალურ” ანუ ბისტაბილურ მოლეკულებს შეუძლიათ არსებობა ორ, თერმოდინამიკურად მდგრად, ფიზიკურად და ქიმიურად განსხვავებულ მდგომარეობაში. ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადართვა შესაძლებელია გარე ფაქტორების: სინათლის, სითბოს, ელექტრული და მაგნიტური ველების და სხვა ზემოქმედებით. “ინტელექტუალურ” მოლეკულებს ახსოვთ თავიანთი ისტორია და შესაბამისი ბრძანების მიღებისას უბრუნდებიან საწყის მდგომარეობას. ასეთი ბისტაბილური, გადართვის უნარის მქონე მოლეკულები ფაქტობრივად ნანოგანზომილების 2-ბიტიანი სისტემაა, რომელიც სილიკონური ტრანზისტორის ფუნქციას ასრულებს მოლეკულურ დონეზე.
სპიროპირანები ორფოტონიანი შთანთქმის მაღალი კვეთის გამო, ერთ-ერთ ყველაზე საინტერესო მასალად ითვლება. ოპტიკური სამგანზომილებიანი მეხსიერების ელემენტის პირველი სქემა სწორედ ამ ნაერთებზე შეიქმნა.
ჩვენს ჯგუფს აქვს მრავალწლიანი გამოცდილება ფოტოქრომული ნაერთთა სინთეზისა და კვლევისა.
ამ წლების განმავლობაში ჩვენს მიერ სინთეზირებული და შესწავლილია რამდენიმე ასეული ფოტოქრომული ნივთიერება. მიღებულია სპიროპირანების ახალი ტიპები, აზაინდოლის რიგის სპიროპირანები რომელთა მგრძნობიარობა ულტრაიისფერი სინათლის მიმართ (0,5.10^-3 ჯ/სმ²) აღემატება ცნობილი ანალოგებისას (1.10^-3 ჯ/სმ²).
კომპოზიციების პრაქტიკული გამოყენების მიზნით, აქტიური ელემენტი განთავსდა მყარ გარემოში - პოლიმერულ მატრიცაში, რომელიც დამზადდა მიროკაფსულირების ჩვენს მიერ გაუმჯობესებული ტექნოლოგიით. ფირებს აქვთ მაღალი ფოტოსტაბილურობა და ფერ-კონტრასტული მახასიათებლები.

სურ. სპიროპირანით დოპირებულ თხევადკრისტალურ პოლიმერში ჩაწერილი ინფორმაცია.