Первый электротехнический. Как в «ЛЭТИ» создают инновационные технологии
Некоторые петербургские научные даты можно отмечать в европейском, а то и в мировом масштабе. Например, 135-летие «ЛЭТИ» – одновременно и годовщина высшего электротехнического образования в Европе. Первое такое учреждение появилось у нас по указу Александра III. Но, похоже, вузу сегодня уже мало только статуса первого электротехнического.
ФОТО АВТОРА
Утиные истории
Самая большая лаборатория беспилотных технологий – в Цюрихе. Вторая по размерам (она называется «интеллектуальных мобильных систем») – в Петербурге, в СПбГЭТУ. Об этом вряд ли подумаешь, глядя на часть этой лаборатории: с виду – детский аттракцион. Игрушечный город с сетью дорог. Машинки-роботы – помесь тележек и марсоходов, пассажиры и пешеходы – резиновые утята.
Платформу Duckietown, или Утиный город, разработали пять лет назад в Массачусетском технологическом институте. С тех пор на ней набивают руку школьники и студенты всего мира, и написана не одна научная работа. Такие «игрушки» приближают человечество к автомобилю шестого уровня автономности, притом что человечество еще не выбралось из нулевого уровня.
Ну круиз-контроль, ну система антиблокировки колес. Это беспилотностью не считается. Адаптивный круиз-контроль, когда машина подстраивается под скорость потока, – всего-навсего первый уровень. Шестой – это когда сел и поехал без водителя и хоть спи всю дорогу.
На «утиной» платформе отрабатывают технологии для реальных авто. Все дорожные ситуации не предугадаешь и в алгоритм не заложишь, поэтому система учится сама методом проб и ошибок. В общем, как и человек. Но беспилотный автомобиль не только сам набирается опыта, но и пополняет «базу знаний» других беспилотных коллег.
Машинки ездят по мини-городу автономно, без команд извне. Съезжаясь на перекрестке, должны распознать дорожные знаки, друг друга, безопасно разъезжаться.
Мечта о шестом уровне пока, мягко говоря, далека от воплощения, считает Кирилл Кринкин, директор Международного инновационного института искусственного интеллекта, кибербезопасности и коммуникаций им. А. С. Попова. Был бы мир идеален, с повсеместной хорошей разметкой дорог, освещением, без дождя-ветра, вменяемым поведением горожан, – тогда да.
– ...но неопределенностей слишком много. Поэтому разработчики думают о создании не столько полностью автономных систем, сколько «умной» инфраструктуры.
Автономные элементы (машины, светофоры и прочее) должны коммуницировать и, что самое сложное – при обновлении программ не сходить с ума и не сводить с ума других участников движения.
Пока разговариваем, одна из машинок демонстрирует несовершенство мира: медленно, пьяненько наезжает на светофор. Аспирант Константин Чайка объясняет: солнце зашло за облака, чуть изменилось освещение – и вот уже для машинки дорожная разметка из белой стала желтоватой и сбила с толку.
Вообще-то и для нас с вами белая разметка при смене освещения меняет оттенок, просто мозг уяснил, что она белая, и «не верит глазам». А робот в этом смысле – упертый. Но, например, недавно петербургские студенты вместе со школьниками предложили разработку: использовать для распознавания разметки не только цвет, но и другие параметры – форму, расположение.
Университет уже выигрывал международные соревнования Artificial Intelligent Driving Olympics, но беспилотные авто – только один пример работы вуза «в автономности». Еще один – сотрудничество с РЖД: уже начались тестирования беспилотной «Ласточки».
По инерции
Тему автономии подхватывает лэтишный инжиниринговый центр «Навигация и управление движением». Испытательный стенд высотой с одноэтажку калибрует инерциальные навигационные системы. Без них не обойтись, если никак не сориентироваться по спутнику (ну или как в старину, по звездам). Инерциальной системе, чтобы измерить параметры движения, не нужно внешней помощи или ориентиров. Все свое: гироскоп реагирует на изменения угла наклона тела к поверхности; акселерометр – измеряет так называемое кажущееся ускорение.
Автономная система навигации пригодится хоть самолету, хоть подлодке, хоть космическому аппарату, хоть автомобилю. Хоть человеку. Положим, не тогда, когда вы в городе Кудрове ищете дом приятеля (тут сработает спутниковая навигация), а когда выполняете спецоперацию, спутниковой связи нет, а свое местоположение нужно знать точно.
Юрий Филатов, директор инжинирингового центра, приводит примеры: сложно получить спутниковый сигнал под водой, в густом лесу, на улице с высокими зданиями, внутри помещения. Кроме того, спутниковая навигация дает не все параметры.
ФОТО АВТОРА
Стенд в инжиниринговом центре – для калибровки навигационных систем крупных объектов. Например, круизного лайнера. Укрепляем на стенде навигационную систему, стенд имитирует качку – а мы проверяем, верно ли система ориентируется.
Такую калибровку заказывают компании-разработчики и установщики навигационных систем. В числе партнеров – от «Электроприбора» до ракетно-космической корпорации «Энергия».
Лекарство – по адресу
Лекарственное вещество должно быть в такой концентрации, чтобы лечить, но при этом желательно не калечить. Это называется «терапевтический диапазон», или «терапевтическое окно». Или, как еще говорят, «коридор безопасности». Вписаться в него непросто. Путь таблетки, например, к сердцу лежит именно что через желудок, и по дороге пилюля расходует драгоценный материал. Приходится закладывать больше материала, но не слишком, чтобы не навредить. Или еще один пример, классический – антибиотики: спасают от патогенов, но «ковровыми бомбардировками» выкашивают и полезное.
Выход – упаковать лекарство в наноконтейнер и доставлять в нужный орган. Во-первых, это позволит уменьшить дозу: не надо закладывать запас на потери «по дороге». Во-вторых, наноконтейнером можно управлять, чтобы вещество высвобождалось медленно и действовало в том самом коридоре безопасности. Лечебный эффект есть, токсического – нет.
Работу наноконтейнеров с лекарством в биологических тканях изучают на мультифотонном микроскопе. Это недавнее приобретение вуза. В Петербурге такой – редкость. Исследования ведут вместе с центром Алмазова, Первым медом, Химфарм-академией.
– Мы подбираем технологию не столько под лекарство, сколько под конкретный орган, – объясняет доцент кафедры микро- и наноэлектроники Юлия Спивак.
Органы придирчивы не только к составу лекарства, но и к «упаковке». В нашем случае – к наноупаковке: какой формы должен быть этот контейнер – кубик, шарик, пластинка, палочка. Или какого размера. Например, в печень лекарство доставит и довольно крупная частица, размером от 200 нанометров до единиц микрон. С селезенкой сложнее. Основной кровоток идет через печень, а там на страже клетки Купфера, которые расправляются с чужаками. Наноконтейнеры с лекарством должны быть для этих клеток невидимы, чтобы благополучно донести лекарство до селезенки.
Пока запатентованных препаратов адресной доставки в мире на пальцах одной руки перечесть. Но это только начало.
Помозговать надо
Калькулятор быстрее нас перемножит пятизначные числа. Но вычислительные возможности человеческого мозга выше, чем у самого мощного суперкомпьютера: вычисления – это не только «два на два», но и поддержание систем организма, и обработка звуков и изображений, и как ногу поставить, чтобы не упасть.
Чтобы обсчитать одну секунду работы человеческого мозга, нужен суперкомпьютер. Очень энергозатратно и очень дорого.
– Мы хотим изменить саму схему обработки информации, – говорит доцент кафедры микро- и наноэлектроники Наталья Андреева.
Подход называется бионическим, или нейроморфным. Принцип работы – как у нашего мозга. В мозге нейроны и их отростки отвечают за передачу и восприятие информации и передают ее электрическими сигналами с помощью «каналов»-синапсов. Ученые хотят воспроизвести нейронную сеть «в железе». Если микросхема будет работать по тем же принципам, что и мозг, скорость обработки информации увеличится в 30 раз.
Наталья Андреева приводит пример. Если мы чего не знаем – лезем в смартфон, так? Но он берет информацию не «из себя», а из облачных хранилищ. Системам распознавания звука или изображения нужны такие мощные вычислительные ресурсы, что без помощи «облака» тоже не обойтись.
А нейроморфные модули позволят обрабатывать информацию и снизить энергопотребление тех систем, где они применяются. Например, вы получите из смартфона информацию и без выхода в Интернет. Подобный модуль просто так в смартфон не вставишь, его нужно сделать из особого материала. Электротехнический университет больше 10 лет вместе с японским Институтом материаловедения такие материалы создает.
...А к юбилею Институт токов высокой частоты, который вырос из здешней одноименной кафедры (первой в мире), передал вузу бюст выдающегося ученого профессора Валентина Вологдина, который работал в «ЛЭТИ» 30 лет. Вологдин говорил: «Забудьте те времена, когда в науке и технике были вторые, третьи и четвертые места. Остались только два места: первое и последнее».
Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 138 (6976) от 29.07.2021 под заголовком «Вторых не бывает».
Комментарии