10. «Энергоинформационная УНИВЕРСАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ предиктивного синтеза циклических структур объемной периодической матрицы химических элементов и их соединений» (Фундаментальный НИР в области интеллектуального конструкционного материаловедения и реконструкции биотканей)
«Периодическому Закону
будущее не грозит разрушением,
а только надстройку и развитие обещает…»
Д.И. Менделеев
Причинно-следственные механизмы антропогенного влияния на среду обитания в процессе многовекового противостояния человека с природой привели к систем-ному экономическому кризису планетарного масштаба, породив постоянно расши-ряющийся спектр глобальных угроз жизнедеятельности человека. На повестку дня возвращается чрезвычайная актуальность прорывных фундаментальных научных и креативных технологических знаний об энергии, веществе и их оцифрованной информационной трансформации.
Лаборатория конструкционной безопасности Международного института антропогенной безопасности / МИАБ представляет системно-универсальный формульный инструментарий структурного математического анализа уже известных хими-ческих элементов, прогноза и синтеза еще не открытых новых веществ, конструкционных материалов и биотканей VI-го технологического уклада.
Научной основой VI-го технологического уклада являются новые фундамен-тальные знания в области естественных наук, которые позволят создавать вещества, материалы, конструкции и сложные системы, формировать процессы, режимы и состояния, открывать новые законы, закономерности и правила, осваивать доселе недоступные поля, среды и пространства.
Все опережающие технологические решения, ориентированные на энергоэффектив-ность, ресурсосбережение и импортонезависимость, как правило, нетривиальны и обладают интеллектуальным уровнем полноценных научных исследований высшего (первого) ранга / science research, не имеющего очевидных предшественников.
Наиболее гениальные проявления интеллекта в виде концептуальных научных открытий высшего интеллектуального ранга / science investigation определяют креативные пути развития научного мышления, синтез прорывных научных парадигм, создание новых опережающих идей, теорий и моделей. Конвергенция прорывных нано-био-инфо-когни-социо-технологий позволит обществу на основе цифрового материаловедения эффективно противостоять Глобальным угрозам Земной цивилизации.
Ведущую роль среди великого множества знаний всегда занимала фундамен-тальная триада «вещество» - «энергия» - «информация об их трансформации или взаимном превращении», прежде всего, опирающаяся на физические и химические науки вкупе с IT и математикой в качестве инструментария анализа, прогноза и цифрового синтеза знаний следующего интеллектуального уровня.
Химия, как теоретическая основа материаловедения, призвана решать задачи существенного улучшения технических свойств неорганических и органических материалов, создания биоматериалов, разработки эффективных технологий их производства. Возможности наноструктурирования - введение в структуру в качестве мостиков прочности, снижения водо- и воздухопроницаемости, обеспечения электро- и сверхпроводимости, экологической безопасности со снижением энергоемкости производства, материалоёмкости и дальнейшей миниатюризацией конструкций.
Перспективные области научных приложений - разработка основ наноконструиро-вания, оптимизация составов композиционных материалов, конструкционные материалы и биоткани, интеллектуальные системы создания рациональных композиций, в т.ч. с заданными сроками эксплуатации и возможностью вторичного использования или полной утилизации. Уклад опирается на научно-техно-логический базис нанотехно-логий и клеточных биотехнологий, лазерной техники, молекулярной и нанофотоники, искусственного интеллекта, конструкционных материалов и систем, биологических тканей и органов, квантово-волновых кибертехнологий управления состояниями, развитие сверхэффективной компактной «зеленой» энергетики с интеграцией в локальные "умные" сети энергоснабжения и энергопотребления, экологически чистых водородных энергоносителей и биотоплив с отказом от углеводородных экологических проблем. Особенность и преимущество уклада в конструировании материалов и органов с заданными и управляемыми свойствами, резком снижении энергоёмкости и материалоёмкости их производства, потребления и утилизации.
По прогнозу научных аналитиков, преимущества Индустрии 4.0, VI-го и последующих технологических укладов наиболее эффективно оцениваются степенью достижимости креативного экосбалансированного кластерного триединства:
а) существенное снижение ресурсоёмкости (энергетические, материальные и трудовые интеллектуальные ресурсы) исследований и производства конструкци-онных материалов в техносфере;
б) непрерывное конструирование новых функциональных материалов и реконст-рукция совместимых тканей органов с заданными и управляемыми свойствами (техно- и биосфера);
в) доступность возобновляемой энергии природного синтеза, достаточной для продолжения жизнедеятельности живого мира планеты (биосфера).
Три выделенных кластера можно считать фундаментальнообразующими в смысле исправления нарушенного многовековой революционной антропогенной деятель-ностью человека и общества экологического баланса в среде обитания.
Все разрабатываемые в центрах инженерных компетенций МИАБ опережающие технологические решения, так или иначе, основаны на новых материалах или связаны с инновациями в области конструкционного материаловедения. Становится обычной практикой, когда для обеспечения требуемых тактико-технических харак-теристик создаваемого объекта или инновационной системы целевым образом разрабатываются материалы со специальными функциональными свойствами или заданными эксплуатационными параметрами. Адаптивные материалы приближают эпоху встроенного интеллекта машин, механизмов и сооружений, органов и живых систем.
Разработанная учеными МИАБ универсальная структура Объемной периодической матрицы химических элементов с её прогнозно-аналитическими возможностями может стать эффективным инструментом интеллектуального материаловедения. Индустрия 4.0 системно ориентирована на прорывные фундаментальные знания и опережающие технологические решения в области антропогенного конструкционного материаловедения и интеллектуального конструирования биотканей для живых органов. В этом материальная основа VI-го техуклада. К 2030 г доля NBICS-технологий займет 40% мирового валового продукта.
Активный интерес и отклики помимо многопараметрической модели универсальной Объемной периодической матрицы / ОПМ химических элементов вызвала Блочная закономерность парного единообразия орбитальных структур в качестве основы развития интеллектуальных представлений о материи. Полнота собранных в ОПМ настоящих и будущих знаний обеспечит в рамках Индустрии 4.0 возможность цифрового описания энергетических моделей кинетики атомных и молекулярных взаимодействий во всех разделах теоретической химии и цифрового виртуального синтеза новых химических структур разного жизненного цикла в материаловедении VI-го технологического уклада.
Предложенный авторским коллективом новый пространственный энергетический дизайн периодической ОПМ химических элементов, безусловно, непривычен, требует от пользователей объемного воображения и потому сложнее существующих плоских табличных форм. При этом, ОПМ информационно полностью соответствует и даже превосходит все виды табличных представлений, основанных на открытии Академика Д.И.Менделеева. Появилась практическая возможность устранить недостатки, сформулированные Нобелевским лауреатом академиком Н.Н. Семеновым в части незаполненных клеток таблиц, их несистемности и асимметричности, а также вынесенности за пределы таблиц целых семейств химических элементов.
Кстати, теоретически семейства вынесенных за пределы таблиц f-элементов III-й группы имеют нелинейную тенденцию к увеличению, при которой в последующих блочных периодах ещё не открытых элементов III-й группы количество вынесенных за пределы табличных форм семейственных g- и h-элементов превысит число элементов внутри самой Периодической таблицы.
Структурный анализ открытых учеными 118-ти химических элементов позволил сформулировать закономерность наличия в естественной периодической последова-тельности свойства блочности - парной идентичности орбитальных структур сопряженных в блоке нечетного и четного периодов. Блочность следует всем общепринятым в химии законам, закономерностям и правилам, включая правило Маделунга. Идентичность структуры парных блочных периодов не противоречит закономерному росту количества элементов в периодах с сохранением орбитальной структуры внутри блока. Исключительно важным обстоятельством является Закон циклического наращивания электронов от нижнего незаполненного орбитального подуровня к следующему ближайшему незаполненному подуровню в направлении внешних незаполненных орбитальных подуровней незавершенных уровней.
Предельное заполнение электронами нижних орбитальных подуровней выводит их из области циклического наращивания в область химически пассивных электрон-ных оболочек заполняемых энергетических уровней. Взаимосвязь открытых свойств цикличности и периодичности требует своего научного осмысления. Открытые законы и закономерности позволяет дедуктивно обоснованно распространять признанные законы и закономерности образования известных химических элементов в нормальных условиях на прогноз ещё неизвестных физико-химических элементов любых энергетических уровней, теоретически моделировать химические процессы и состояния в критических физических условиях Земли и Космоса.
Анализ блочного структурирования химических элементов позволяет уточнить функциональное отличие фундаментального свойства периодического закона химических элементов Д.И.Менделеева относительно всеобщего механизма циклического линейно-квантового развития гомеостаза природно-антропогенных систем А.М. Ляпунова.
Рассмотрение функциональных особенностей структурирования химических элементов дает основание утверждать, что всеобщий механизм циклического линейно-квантового развития гомеостаза природно-антропогенных систем распространяется, в том числе, на периодический закон системы химических элементов. Из этого следует, что блочное структурирование химических элементов с учетом функ-циональных особенностей структуры ядра, циклического развития энергети-ческих уровней и периодичности валентных орбиталей может быть эффективным прогнозно-аналитическим инструментарием интеллектуального конструкционного и биологического материаловедения.
Обоснованную выше необходимость дифференцирования понятий и свойств периодичности и цикличности для прогнозно-аналитических целей, по-видимому, целесообразно привести к математической модели физико-химического содержания: понятие периодичности следует соотнести с валентностью как химическим свойством активного элементообразования молекул из однородных и разно-родных химических элементов за счет валентных электронов внешних запол-няемых орбиталей. В то же время, понятие цикличности следует соотнести с квантовой симметрией структурирования интегрального энергетического потен-циала физических элементов за счет пассивных электронов внутренних заполняемых орбиталей.
За полтора века научного подвига Д.И. Менделеева химическая наука добилась огромных успехов, присутствуя через материаловедческие приложения во всех сферах научной инженерной деятельности и жизнедеятельности общества в целом. Ученые-физики с элитарных квантовых позиций результативно углубились в ядерные исследования и открытие новых химических элементов, абстрагируясь от познания электронных структур и энергетических моделей оболочек атомов.
Ученые-химики также с элитарных позиции молекулярных взаимодействий атомов добились поразительных успехов в дюжине химических наук, обслужи-вающих развитие конструкционного материаловедения и биологических тканей. Инженерам-химикам всего мира доступны несметные секреты практических знаний.
Но при всем кажущемся благополучии, общество продолжает эпидемически прогибаться под непосильным грузом глобальных химико-технологических, экологических, биологических и коммунальных угроз земной цивилизации в ожидании прорывных фундаментальных решений. Даже цифровая революция Индустрии 4.0, главный тренд интеллектуального развития и мирового экономи-ческого лидерства, существенно зависит от прорывных решений в химической области знаний. Поразительно, но в области фундаментальных химических знаний в профессиональном сообществе химиков притупился интерес к развитию теории структуры периодичности химических элементов, созданию адекватных природ-ному синтезу моделей ядер атомов и их электронных оболочек.
Ожидают создания пространственно-временные гомеостатические модели анализа и синтеза вещества, методы природоподобного получения безопасной энергии, эффективный инструментарий изучения механизмов трансформации энергии и вещества.
Сто лет ушло на безуспешные попытки «улучшить» Периодический Закон, «надстройку и развитие» которого завещал Академик Д.И. Менделеев и аргументированно поддержал Нобелевский лауреат Академик Н.Н. Семёнов. От ядерщиков сначала пришла «теория» ограниченности перечня химических элементов в природе, которую позже сменила «теория островов устойчивости» будущих элементов...
Международное сообщество химиков в качестве современной трактовки коротко-периодной 8-группной таблицы Д.И. Менделеева настойчиво администрирует длинно-периодическую 18-группную таблицу IUPAC с вынесенными за пределы семействами Лантаноидов и Актиноидов. Предложенный учеными МИАБ аппарат структурного анализа циклических механизмов образования химических элементов, ни в коем случае не претендуя на новизну фундаментального уровня, из простых инженерных посылов показывает бесперспективность трансформации Периодической таблицы Д.И. Менделеева в длиннопериодическую форму IUPAC.
Но все это похоже на ритуальный танец в ожидании озарения.
Аналитический инструментарий Ядерно-оболочечного (орбитального) анализа для проектирования (прогнозирования) структуры неизвестных пока элементов периодической системы в пределах 119 – 168 элементов 8-го периода и в пределах 169 – 218 элементов 9-го периода блочной структуры Е, а также в пределах 219 – 290 элементов 10-го периода и в пределах 291 – 362 элементов 11-го периода блочной структуры F и последующих блоков оказался единственным в настоящее время структурным подходом и аналитическим инструментарием формирования Закона эволюции структур химических элементов и соединений с интеллек-туальной перспективой машинного дизайна новых химических соединений, прежде всего, наноматериалов техносферы и тканей биосферы.
С учетом главенствующей роли материаловедения в Индустрия 4.0 и последующих технологических укладах, уместно поддержать убедительный с точки зрения научно-технологического лидерства вывод: кто раньше других освоит интеллектуальный цифровой аналитический инструментарий антропогенного синтеза конструк-ционных материалов и биотканей для органов, тот может стать недосягаемым лидером технологических укладов во всех сферах жизнедеятельности человека.
Научный руководитель Проекта - Академик Анатолий А. Сперанский.
10.“化学元素及其化合物的大型周期矩阵循环结构的预测合成的通用生物能信息模型”。该模型是智能结构材料学和生物组织重建领域的科学研究基础。
“元素周期律在未来也不会有被推翻的威胁，只会不断地发展和完善。”
——德米特里·伊万诺维奇·门捷列夫
在人类与自然对抗的数百年历史进程中，人类活动对生存环境影响的因果机制导致了全球范围内的系统性经济危机，对人类活动的全球性威胁也在不断扩大。因此迫切需要实现能源、物质及其数字信息转换领域的基础科学知识突破和技术知识的创新。
国际人类安全研究所（MIAB）的结构安全实验室提供了一个基于系统通用公式的工具包，用于对已知的化学元素进行结构性数学分析，以及预测和合成第六次科技革命尚未探明的新型物质、结构材料和生物组织。
第六次科技革命的科学基础为在自然科学领域中的新基础知识。这将有助于创造物质、材料、结构和复杂系统，推动创造流程、模式和条件的形成，发现新定律、客观规律和规则并开发迄今为止无法触及的领域、介质和空间。
所有重视能源高效利用、资源节约和摆脱进口依懒性的先进技术解决方案都独具特色，且都达到了前所未有的最高等级科学研究的智能水平。
智慧的最完美表现形式为最高智能水平的概念性科学发明，其诞生取决于科学思维的创新性发展道路，突破性的科学范式合成，以及新型先进思想、理论和模型的建立。纳米、生物、信息、认知和社会技术的融合将有助于人类社会基于数字材料学有效抵御地球文明所受到的全球性威胁。
“物质”、“能量”、“有关其变化或相互转化的信息”三要素在众多知识中一直占据着主导地位。三要素说主要基于物理、化学学科以及作为将更高的智能水平知识进行分析、预测和数字合成工具的IT和数学。
化学作为材料学的理论基础，旨在解决大幅提升无机和有机材料的技术性能、制造生物材料及开发其高效生产技术等问题。纳米结构化的应用范围：可以提升结构强度，降低水和空气的渗透性，确保导电性和超导性，通过降低生产能耗、材料消耗和进一步结构微型化以保证环境安全。
纳米结构化在以下领域有科学应用前景：研究纳米结构化基础、优化复合材料成分、结构材料和生物组织及具有一定使用寿命和可以二次利用或充分回收的合理复合材料智能合成系统。这一结构以纳米技术、细胞生物技术、激光设备、分子和纳米光子学、人工智能、结构材料和系统、生物组织和器官、用于状态监管的量子波网络技术等科技为基础，以发展超高效紧凑型绿色能源，将生态环保型氢能源和生物燃料融入当地供能耗能智慧网络，从而避免碳氢化合物所造成的生态问题。这一结构的独特之处和优势在于能设计具有固定且可控特性的材料和部件，可以大幅降低生产、消耗及回收过程中的能源和材料消耗。
据科学分析专家预测，三位一体集群创新生态平衡的可行度可以最有效地评估工业4.0、第六次科技革命和后续技术结构的优势：如：
1）大幅减少结构性材料研发和生产的资源消耗（包括能源、材料和智慧劳动力资源）（智能圈）；
2）不断设计新型功能性材料，重建具有特定及可控性能的兼容性器官组织。(智能圈和生物圈)；
3）实现可再生的自然合成资源，以保证地球上一切生物生命活动的可持续性（生态圈）。
以上划分的三种集群可以为改善数百年来人类颠覆性活动对生态环境平衡的破坏奠定基础。
在MIAB工程能力中心开发的所有先进技术解决方案，都基于新材料，或与结构材料学领域的创新有关。 为了确保所创建对象或创新系统所需的战术和技术特性，有针对性地开发具有特殊功能特性或指定操作参数的材料已成为一种普遍的做法。自适应材料加速推动了具有内建智能特性的装置、结构、器官和生命系统时代的到来。
由MIAB科学家开发的大容量化学元素周期矩阵的通用结构及其预测和分析功能，可以成为智能材料科学的有效工具。工业4.0系统地针对人造结构材料科学和活体器官组织设计领域提出突破性基础知识和先进技术解决方案。这是第六代科技革命的物质基础。到2030年，纳米、生物、信息、认知和社会（NBICS）技术的份额将占世界总产值的40％。
除了化学元素的通用周期矩阵/ OPM的多参数模型外，作为物质智能概念发展基础的轨道结构的成对均匀性的块规律也引起了人们的兴趣和响应。在OPM中收集的当前和未来知识的完整性将在工业4.0框架内，对第六代科技革命的材料学中的理论化学，以及不同生命周期新型化学结构的数字虚拟合成所涉及的所有领域内原子和分子相互作用的动力学能量模型进行数字化描述。
作者团队提出的化学元素周期性OPM模型的新型空间和能量设计无疑是不寻常的，需要大量用户想象力，因此相比现有的平面表格形式更加困难。同时，基于门捷列夫的发现，OPM在信息上完全对应甚至超过了所有类型的表格表现形式。 在实践上为修正诺贝尔奖获得者谢苗诺夫在表格中的空白单元及其非系统性和不对称性，以及将某些元素族移出族表等方面的不足之处提供了可能。
此外，从理论上讲，从表中移除的的第三族f区元素呈非线性增长的趋势，在这种情况下，在仍未发现的第三族元素的后续区块周期中，从表中取出的g和h族区元素数量将超过元素周期表本身包含的元素数量。
对科学家发现的118种化学元素进行的结构分析有助于确定区块属性在自然周期序列中存在的规律性——即在奇数和偶数周期群中轨道结构的有对一致性。整体性遵循所有公认的化学定律、规律和规则，包括马德隆定律。成对区块周期结构的一致性与保持块内轨道结构的同时周期内元素数量的合理增长并不矛盾。周期中的元素数量自然增加。极为重要的情况是电子沿着不完整电子层的外部未填充电子亚层的方向，从未填充的低电子亚层到下一个最近的未填充电子亚层的循环累积定律。
电子对低电子亚层的填充达到极限后，其会被驱使离开循环累积区域，进入已填充能级的化学无源电子壳层区域。公开的法则和规律使我们能够演绎、合理地将已知化学元素在正常条件下形成的公认法律和规律性扩展到任何能级的仍然未知的物理化学元素的预测，理论上模拟地球和空间临界物理条件下的化学过程和状态。
通过对化学元素的区块结构进行分析，有可能阐明门捷列夫化学元素周期定律的基本性质与利亚普诺夫自然-人类系统内动态平衡的循环线性量子发展的普遍机制之间的功能差异。
对化学元素结构功能性特征的思考使我们有理由确信，自然-人类系统内动态平衡的循环线性量子发展的普遍机制还适用于化学元素系统的周期性定律。由此得出的结论是，考虑到原子核结构的功能特征，能级的周期性发展以及化合价轨道的周期性，化学元素的区块结构可以成为智能结构材料学和生物材料学的有效预测和分析工具。
根据上述论证，要达到预测分析的目的就必须区分周期性和循环性的概念。这样，就可以合理地推导出理化数学模型：周期性的概念应该与化合价相关，因为化合价是由依靠外部填充轨道的价电子形成的同类和异类化学元素的分子活性元素构成的化学性质。同时，循环性的概念应与由于内部填充轨道的无源电子而构造物理元素的整体能量势的量子结构对称性相关。
一个半世纪以来，通过材料学在科学工程和社会生活各个领域的整体应用，门捷列夫的科研发现使得化学取得了长足的进步。物理学家们从电子结构和原子壳层能量模型的认识中得出抽象概念，从精心挑选的量子位置出发，卓有成效地深入到核实验研究和新化学元素的发现中。
化学家们也从分子内原子间相互作用的角度出发，在服务于结构材料学和生物组织发展的十二个化学学科中取得了惊人进步。向全球化学工程师揭示了无数实践知识的秘密。
虽然一切看似顺利，但社会仍继续遭受着来自化学技术、生态、生物和公共方面的对于地球文明的难以承受的威胁，我们期待能有突破性的根本的解决方案。甚至是智能化发展和世界经济的主流趋势——工业数字革命4.0在很大程度上都取决于化学领域的突破性解决方案。但令人惊讶的是基础化学领域的资深化学家对化学元素周期率结构理论的发展，以及等同于自然合成的原子核及其电子层模型的创建逐渐失去了兴趣。
我们期待能创建出用于物质分析与合成的时空稳态模型，以环保方式获取安全能源的方法，以及用于研发能量和物质转换机制的有效工具。
一百年来科学家们一直在进行完善元素周期规律的研究工作，这是俄罗斯院士门捷列夫期望后代科学家继续构建和推进的研究，同样也是俄罗斯院士谢苗诺夫坚定支持的研究工作，但是这种尝试始终没有成功。核物理学家们首先提出了关于自然界中化学元素目录有限性的理论，后来被未来元素的“稳定岛理论”所取代。
国际化学家学会既在现今的条件下解释了门捷列夫研究的8族短周期元素周期表，同时又推进了国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）提出的18族长周期元素周期表（包括元素周期表主族之外的镧系元素和锕系元素）。波格丹诺夫国际人类安全研究所提出了对化学元素的周期性形成机制结构性分析的手段，而这种手段运用简单的技术手段证实了将门捷列夫元素周期表向国际纯粹与应用化学联合会的长周期形式转换的是没有可能性的。
不过这些努力都成为了曙光来临前的必经之路。
原子壳层结构分析法主要是对周期表中目前未知的一些化学元素的结构进行设计（预测），包括原子壳层结构为E的第八周期的119到168号元素、第九周期169到218号元素，原子壳层结构为F的第十周期219到290号元素和第十一周期291-362个元素，以及接下来更多周期的未知元素。上述方法被证明是目前唯一可以用于建立化学元素的进化法则，并将其与现代新化合物（主要包括技术圈的纳米材料和生物圈的生物组织）机械设计的智能前景相结合的结构方法和分析工具。
鉴于材料学在工业4.0和其他技术领域的主导性作用，我们可以从科技领导地位的角度坚定地支持以下结论：哪个国家最先掌握人工合成结构材料和器官生物组织的智能数字分析工具，该国就能够在所有人类活动的技术领域成为别国难以望其项背的领军者。
该项目的负责人—阿纳托利·阿列克谢耶维奇·斯比兰斯基院士。