Ученые ЛЭТИ – о приоритетных R&D направлениях, научном заделе и перспективах развития

Ученые ЛЭТИ – о приоритетных R&D направлениях, научном заделе и перспективах развития

Руководители пяти приоритетных направлений R&D разработок Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» рассказали о перспективах их развития.

10.02.2020 1733

В Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» определены пять приоритетных научно-образовательных направлений, в которых вуз стремится занять ведущие позиции в России и в мире, обладает кадровым потенциалом и научным заделом, имеет перспективы развития. Такими направлениями являются «Искусственный интеллект», «Человеко-машинный интерфейс», «Портативные медицинские системы и комплексы», «Передовые беспроводные технологии», «Электротехнологии и электроэнергетика».

Каких достижений в рамках приоритетных направлений добились ученые СПбГЭТУ «ЛЭТИ», что готовы предложить для научно-технологического прорыва, какие вузы и предприятия являются ключевыми партнерами университета, какими видятся перспективы в развитии приоритетных научно-образовательных областей – на эти вопросы в интервью для сайта университета ответили руководители R&D направлений.

Искусственный интеллект

Руководитель направления – кандидат технических наук, заведующий кафедрой математического обеспечения и применения ЭВМ (МО ЭВМ) Кирилл Владимирович Кринкин:

– Искусственный интеллект как научное направление развивается в ЛЭТИ уже более 40 лет. Тематика основных исследований, начиная с 1970-го по 1990 год, включала пороговую логику, нейронные элементы, коллективное поведение автоматов, применение систем ИИ в автоматизированном проектировании, распознавание образов и сигналов. В 1991 году в ЛЭТИ был создан институт моделирования и интеллектуализации сложных систем, в рамках которого проводились фундаментальные и прикладные исследования в области ИИ. В 1990-2000-х годах проводились исследования в области интеллектуальных самовосстанавливающих систем на основе нечетких моделей, нейронных сетей в управлении. Системы с криптографическими медами обеспечения безопасности внедрены в промышленной и банковской сферах.

ЛЭТИ имеет большой задел в области применения искусственного интеллекта в управлении беспилотным транспортом. Значимые успехи связаны с участием ученых и аспирантов кафедры МО ЭВМ в олимпиаде по применению искусственного интеллекта для автономного транспорта, которое принесло двукратную победу на соревнованиях в рамках мировых конференций ICRA и NeurIPS. Активно развивается сотрудничество с АО «НИИАС» – структурным подразделением ОАО «Российские железные дороги» – в рамках консорциума, созданного с целью создания систем для беспилотного локомотива.

Ученые университета имеют опыт в построении архитектуры нейрочипов. Совместно с коллегами из Института мозга человека им. Н.П. Бехтеревой РАН и Института физиологии им. И.П. Павлова РАН нам удалось достичь заметных результатов в данном направлении.

«Искусственный интеллект как научное направление развивается уже более 40 лет. За это время его определение постоянно менялось. Последние годы терминология несколько исказилась и многие считают, что искусственный интеллект – это то же самое, что и методы машинного обучения с применением нейронных сетей. Но это не так – это очень широкая область научных исследований, включающая в себя много направлений. Сегодня применение технологий искусственного интеллекта необходимо для создания конкурентоспособного продукта. Это сквозная технология, элементы которой применяются в биомедицине, беспилотном транспорте, образовании, связи и других областях».

Руководитель направления Кирилл Владимирович Кринкин

Санкт-Петербург славится хорошей математической школой. В СПбГЭТУ «ЛЭТИ» работает лаборатория алгоритмической математики, у которой налажено тесное взаимодействие с Петербургским отделением математического института им. В.А. Стеклова РАН и зарубежными учеными из университетов, таких как Université de Lille (Франция), University of Waterloo, Université de Montréal (оба – Канада), ETH Zurich (Швейцария), University of Leicester, University of Salford (оба – Великобритания), University of Haifa (Израиль).

Летом 2019 года СПбГЭТУ «ЛЭТИ» учредил Инновационный институт искусственного интеллекта, кибербезопасности и коммуникаций им. А.С. Попова для реализации совместных научных исследований и образовательных программ в сфере искусственного интеллекта с Институтом лидерства и инноваций Майкла Дукакиса (Бостон, США). Благодаря связям с Бостонским глобальным форумом (Boston Global Forum) и Мировым обществом искусственного интеллекта (AI World Society) мы получили доступ к мировым образовательным и научным ресурсам.

«Цель ЛЭТИ – встроиться в мировую исследовательскую повестку и создать на базе университета центр компетенций по фундаментальным исследованиям в области искусственного интеллекта и его применению в промышленности».

Руководитель направления Кирилл Владимирович Кринкин

Опыт ученых ЛЭТИ, опирающийся на сильную научную школу в области искусственного интеллекта, а также обширная сеть контактов с российскими и зарубежными академическими и индустриальными партнерами являются хорошим фундаментом для продвижения результатов исследований в мировом исследовательском контексте. Для студентов и аспирантов ЛЭТИ открываются хорошие возможности принять участие во фронтирных исследованиях. В области индустриального применения искусственного интеллекта в ЛЭТИ сформирован портфель проектов с ПАО «Газпром нефть», ПАО «Сбербанк», ОАО «Российские железные дороги», Администрацией Ленинградской области и другими партнерами.

«В XXI веке человечество достигло, казалось бы, недостижимой высоты и смогло создать новый интеллект – искусственный. И здесь ученые ЛЭТИ шагают среди лучших представителей мировой научной мысли. Мы создаем искусственный интеллект для того, чтобы у человечества появился верный и бескорыстный помощник, позволяющий победить неизлечимые ранее заболевания, сделать жизнь безопасной и комфортной, освободить время для творчества».

Директор департамента науки СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Сергей Анатольевич Тарасов

Человеко-машинный интерфейс

Руководитель направления – кандидат технических наук, заместитель заведующего кафедрой лазерных измерительных и навигационных систем (ЛИНС) по научной работе Сергей Юрьевич Шевченко:

– СПбГЭТУ «ЛЭТИ» имеет солидные компетенции в области разработки сенсоров функционального состояния человека и алгоритмической обработки информации с таких датчиков, которые не заметны на одежде и не доставляют дискомфорт.

Одна из тематик направления «Человеко-машинный интерфейс» – это «умная одежда», примером которой является футболка с интегрированными датчиками пульса и давления, шагомером и другими устройствами, позволяющими регистрировать различные параметры в режиме реального времени. Разработка выполняется в интересах отрасли здравоохранения ранней диагностики на основе изменения совокупности ключевых параметров.

Сегодня развитие медицины идет в направлении системного анализа состояния организма человека, по результатам которого возможно проводить коррекцию его самочувствия, используя передовые фармакологические решения на основе адресной доставки лекарств и нефармакологические подходы. «Умная одежда» позволит предсказать критические состояния пациентов и помочь врачу принять решение о назначении препаратов, процедур и операций. С помощью специального интерфейса врач сможет подавать управляющее воздействие на капсулу, установленную в одежде, которая будет доставлять микродозы лекарства к определенным органам или частям организма. Это очень перспективное направление, актуальное в том числе с точки зрения фармакологии.

В этой связи направление «Человеко-машинный интерфейс» тесно контактирует с направлением «Портативные медицинские системы и комплексы». Мы разрабатываем датчики, наши коллеги – устройства, связанные с персонализированной и удаленной медициной, а также системой поддержки принятия решений врача. Кроме того, «умная одежда» потребует высокоскоростной беспроводной передачи данных и элементов искусственного интеллекта для обработки больших массивов биоданных и выработки рекомендаций для врача. Здесь наш университет имеет конкурентное преимущество, поскольку реализовать такую систему можно за счет внутренних коллабораций с представителяями другими приоритетных научных направлений ЛЭТИ.

Стоит отметить, что в перспективе в технологию «умной одежды» мы планируем внедрить нефармакологическую коррекцию состояния здоровья. У ЛЭТИ есть опыт разработки способов такой коррекции на основе терагерцовых технологий. Сегодня мы уже имеем отдельные элементы «умной одежды», которые надо объединить в единую систему с применением технологий гибкой печатной электроники и апробировать.

В числе других тематик данного направления – «умная кожа», когнитивные технологии на основе сращивания нейронов с оптоволокном, управление биообъектами.

Портативные медицинские системы и комплексы

Руководитель направления – кандидат технических наук, доцент кафедры биотехнических систем (БТС) Анна Юрьевна Глазова:

– Сегодня перед человечеством стоят глобальные вызовы в области здравоохранения. Один из них связан с созданием медицинских технологий, которые были бы доступны человеку, где бы он ни находился. Дело в том, что в рамках клиники пациенту оказывается вся необходимая помощь, однако проблемы начинаются, когда он выходит за пределы медучреждения. В этой связи необходим переход на новую концепцию здравоохранения – 4П-медицину, основанную на принципах персонализации, предикции, превентивности и партисипативности.

По направлению «Портативные медицинские системы и комплексы» у СПбГЭТУ «ЛЭТИ» имеется мощный задел. За последние 5 лет опубликовано более 200 статей и трудов конференций, индексируемых в международной наукометрической базе данных Scopus, имеется пул научных групп, которые работают в этом направлении. Один из наших проектов – система удаленного мониторинга состояния человека – должен стать «точкой сбора» потенциала наших наработок. ЛЭТИ также обладает уникальными компетенциями в области создания сенсоров для мониторинга состояния человека, носимой электроники, алгоритмов анализа и цифровой обработки сигналов. Университет ведет активное сотрудничество в этих областях с ведущими медицинскими организациями страны. Например, в Национальном медицинском исследовательском центре имени В.А. Алмазова был проведен мониторинг более 500 женщин в рамках исследования по гестационному сахарному диабету.

Системы удаленного мониторинга пациентов с хроническими заболеваниями, медицинский прибор для терапии онкологических заболеваний, цифровой портативный рентгенодиагностический комплекс для неонатологии – эти и другие разработки, выполненные в ЛЭТИ в интересах системы здравоохранения, были положены в основу принятия решения о выборе направления «Портативные медицинские системы и комплексы» в качестве одного из научно-образовательных приоритетов развития университета.

Ключевыми для СПбГЭТУ «ЛЭТИ» являются два трека – это носимая электроника и портативная рентгенотехника. В перспективе мы намерены создать портативный высокоразрешающий рентгеновский томограф, а также комплекс «умной одежды» для мониторинга показателей жизнедеятельности человека. Данный проект реализуется на пересечении разных направлений. Группы направления «Человеко-машинный интерфейс» разрабатывает сенсоры. Наработки ученых ЛЭТИ в области искусственного интеллекта помогут улучшить уже существующие наши уникальные алгоритмы обработки кардиосигналов. Также нам пригодятся компетенции коллег в области беспроводных технологий, мы планируем выйти на сотрудничество с одной из телекоммуникационных компаний.

Передовые беспроводные технологии

Руководитель направления – кандидат технических наук, заместитель декана факультета радиотехники и телекоммуникаций (ФРТ) по научной работе Олег Александрович Маркелов:

– В век цифровизации любые технологии передачи данных выступают в сознании простого обывателя как сервис. Все пользуются смартфонами и гаджетами, не подозревая, что информацию нужно сформировать, обработать и передать. Одна из задач современной науки – это разработка технологий передачи большого объема данных на большее расстояние и с максимальной скоростью. Данная задача подчеркивает актуальность исследований в области беспроводных технологий, которые ведутся в ЛЭТИ.

Среди приложений научных результатов направления «Передовые беспроводные технологии» – связь, интернет вещей и мультисенсорные сети. Наша область тесно связана и с другими направлениями исследований ЛЭТИ, например, сейчас идет работа над проектом создания систем удаленного мониторинга состояния человека, в рамках которых необходимо обеспечить связь сенсоров, прикрепленных на тело человека, с удаленным сервером медицинского учреждения, образуя таким образом единую сеть информационного обмена.

Другой пул проектов посвящен сетям связи нового поколения – 5G NR. Данная технология обеспечивает очень высокую скорость передачи данных, что весьма востребовано при создании шлемов виртуальной и дополненной реальности, которые, например, внедряются в симуляторы обучения пилотов, а также используются в медицине.

ЛЭТИ имеет признанный коллегами и индустриальными партнерами задел в области антенной техники, радиофотоники, СВЧ-техники, электронной компонентной базы твердотельной и вакуумной электроники. В конце августа 2019 года ректор СПбГЭТУ «ЛЭТИ» В.Н. Шелудько подписал меморандум о создании научно-образовательного центра мирового уровня в области сетей 5G и перспективных сетей 2030.

Мы готовы к решению актуальных задач в области формирования и обработки сигналов, обеспечения электромагнитной совместимости и безопасности устройств для человека, обеспечения надежности передачи данных, повышения энергоэффективности систем и устройств беспроводной связи.

Электротехнологии и электроэнергетика

Руководитель направления – кандидат технических наук, доцент кафедры систем автоматического управления (САУ) Денис Михайлович Филатов:

– Опыт и компетенции СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в области электротехники позволяют решать такие важные задачи, как повышение энергоэффективности и надежности систем электропривода, систем индукционного нагрева и плавки, а также систем, связанных с альтернативной энергетикой.

Мы планируем создать интеллектуальный энергоэффективный электропривод мощностью 100-300 кВт, который будет использоваться в электротранспорте – от крупных грузовых автомобилей до небольших судов.

Сейчас мы активно взаимодействуем с ведущими российскими автомобилестроительными предприятиями, такими как ГАЗ и КАМАЗ. В сотрудничестве также заинтересована компания Zongshen – крупный китайский производитель электротранспорта.

Разработки выполняются на новейшей элементной базе. Транзисторы на основе карбида кремния позволяют получить качественно новые характеристики по частотам переключения, повысить КПД, уменьшить габариты и тепловыделение силовых преобразователей.

ЛЭТИ имеет большой задел для реализации проектов в области электротехники и электротехнологий. Инжиниринговым центром микротехнологии и диагностики (ЦМИД) создана новая отечественная элементная база на карбиде кремния. Сегодня на 70% готов лабораторный образец преобразователя мощностью 200 кВт. В разработке находится проект лаборатории для проведения исследований и испытания электропривода в интересах автомобильной промышленности и судостроения. Проводится много работ по системам управления электромеханическими объектами, разрабатываются энергоэффективные электротехнологические комплексы индукционного нагрева и плавки, позволяющие реализовывать различные технологические процессы с оптимальной энергоемкостью. Проводятся исследования в области альтернативной энергетики, в том числе разработка интеллектуальных статических преобразователей, позволяющих повысить качество электроэнергии, вырабатываемой ветрогенераторами и солнечными батареями.

«Физики и лирики, программисты и философы, электронщики и специалисты в области биомедицинских технологий объединились в Инновационном институте искусственного интеллекта, кибербезопасности и коммуникаций им. А.С. Попова и R&D-лабораториях СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Роботизированные транспортные средства, умные и компактные медицинские системы, здания и вещи в них, соединенные в единую сеть 5G+ и управляемые искусственным интеллектом – это уже совсем не фантастика, а осязаемое будущее, которое сотрудники университета постараются сделать реальностью в самое ближайшее время».

Директор департамента науки СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Сергей Анатольевич Тарасов