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.

Первый электротехнический. Как в «ЛЭТИ» создают инновационные технологии | ФОТО АВТОРА

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.

ЛЭТИ2_Долг.jpg

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».

#ЛЭТИ #инновации #наука #технологии

Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 138 (6976) от 29.07.2021 под заголовком «Вторых не бывает».


Комментарии



Загрузка...

Самое читаемое

#
#
Линия жизни. Как появилась традиция отмечать День железнодорожника
02 августа 2019

Линия жизни. Как появилась традиция отмечать День железнодорожника

В первое воскресенье августа железнодорожники традиционно отмечают профессиональный праздник.

Продается вид изнутри. Почему нельзя было строить «дом с бантиком» на Мойке
26 июля 2019

Продается вид изнутри. Почему нельзя было строить «дом с бантиком» на Мойке

Восторг по поводу новой «элитки» в центре города разделяют не все.

Трех мальчиков и одну девочку родила 37-летняя петербурженка
23 июля 2019

Трех мальчиков и одну девочку родила 37-летняя петербурженка

Четверня появилась на свет в перинатальном центре Петербургского педиатрического университета.

Дизайнерскую карту метро Петербурга опубликовали в Сети
23 июля 2019

Дизайнерскую карту метро Петербурга опубликовали в Сети

Линии подземки на новой схеме изображены по-другому.

Беглов назвал самый быстрый способ получить квартиру в Петербурге
22 июля 2019

Беглов назвал самый быстрый способ получить квартиру в Петербурге

На встрече с жителями Калининского района глава города рассказал о секрете обретения квадратных метров.

И летчику камуфляж пригодится. Экипажи ЗВО переодевают в форму нового образца
12 июля 2019

И летчику камуфляж пригодится. Экипажи ЗВО переодевают в форму нового образца

Летный комбинезон выполнен по новым технологиям с использованием специальных материалов и пропитки.

Дорога жизни на Индустриальном. Как в Петербурге восстанавливают технику времен войны
01 июля 2019

Дорога жизни на Индустриальном. Как в Петербурге восстанавливают технику времен войны

В Красногвардейском районе создается новый музей блокады и битвы за Ленинград.

Жулики с подменных номеров. Петербуржцев предупреждают о новом виде мошенничества
01 июля 2019

Жулики с подменных номеров. Петербуржцев предупреждают о новом виде мошенничества

Отличить мошенника от настоящего сотрудника банка стало сложнее.

Дорогая клеточка. В Петербурге появилась «вафельная» разметка
21 июня 2019

Дорогая клеточка. В Петербурге появилась «вафельная» разметка

Ее цель - заставить водителей заранее оценивать загруженность перекрестка.

Дома растут как грибы. Как на Пулковском шоссе строят Шампиньонный городок
19 июня 2019

Дома растут как грибы. Как на Пулковском шоссе строят Шампиньонный городок

Здесь поселятся 5,5 тыс. человек, во дворе будут свои школа и детский сад.

На мокром месте. Эксперт - о болотах Петербурга
19 июня 2019

На мокром месте. Эксперт - о болотах Петербурга

Раньше в районе 18-й - 20-й линий Васильевского острова пройти посуху было невозможно.

Треть пломбира в магазинах Петербурга оказалась подделкой
18 июня 2019

Треть пломбира в магазинах Петербурга оказалась подделкой

Производители заменили сливочный жир в мороженом на растительный.