Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Высокая скорость сближения острия и поверхности на участке начального взаимодействия и ограниченная частота записи АСМ-данных приводят, с одной стороны, к потере значимых точек на кривой взаимодействия и, следовательно, неправильной интерпретации результатов. С другой стороны, ускоренное движение острия делает невозможным применение простых статических моделей. В настоящем проекте для расшифровки бесконтактного и начального контактного вязкоупругого взаимодействия острия с поверхностью предлагается использовать алгоритмы машинного обучения. Данные для обучения генерировали, используя динамическую модель бесконтактного/контактного взаимодействия сосредоточенной массы на пружине с поверхностью вязкоупругого материала с учетом адгезии и возможного наличия на поверхности мягкого неоднородного слоя. Вязкоупругость описывали моделью Кельвина-Фойгта. Варьировали параметры зонда (радиус острия, жесткость и резонансная частота балки), поверхности образца (константа бесконтактного взаимодействия, модули упругости верхнего слоя и подложки, коэффициент вязкости, толщина слоя), а также параметры эксперимента: в случае индентирования – скорость сближения основания зонда и поверхности и частота записи АСМ-данных; в случае двухпроходной амплитудной модуляции – амплитуда свободных колебания зонда, добротность, нормированная амплитуда взаимодействия с поверхностью, смещение основания по отношению к поверхности на втором проходе. Найдены оптимальные алгоритмы машинного обучения, а также оптимальные наборы входных параметров из кривых взаимодействия зонд-образец, при которых достигается наименьшая ошибка предсказания; в эти параметры входят не только изгибы, но и скорости изгиба кантилевера в соответствующих опорных точках модельной (в случае обучения) либо экспериментальной (в случае практического применения) кривой взаимодействия зонд-образец. Применение разработанных алгоритмов дало возможность определить физико-механические свойства поверхности (константа Гамакера, модуль упругости, коэффициент вязкости). Найденная точка контакта позволяет построить истинный рельеф поверхности (наблюдаемый в эксперименте рельеф зависит от усилия, с каким острие давит на поверхность), а в ряде задач оценить толщину поверхностного мягкого слоя, скрывающего внутреннюю структуру полимера, а также является точкой отсчета в определении механических свойств.