Фото:
Индикатор
Комментарии
Как на самом деле надо использовать механизмы цифровизации, как российские ученые выкручиваются из санкционных ограничений, можно ли сыграть музыку на нанотрубках, зачем устраивать лабораторию в КамАЗе и что не так с искусственным интеллектом в медицине — в репортаже Indicator.Ru.
Цифровизация против дурацких ошибок
«О цифровизации говорят два типа людей: девушки в костюмах только из Милана, которые рассказывают, как наштамповать компаний-единорогов (новые стартапы, стоимость которых оценивается более чем в миллиард долларов), и те, кто утверждает страшные вещи, что будущее цифровой экономики — темные предприятия, где нет людей и все работает само, так что рабочих мест не останется. Мы занимаемся не этим, а такой цифровой экономикой, какой она должна быть», — рассказывает о работе лаборатории кибер-физических систем Игорь Ужинский.
21 год Ужинский проработал в США в АТК Aerospace Group, запуская в космос шаттлы, а на стене у него висит диплом от NASA за один из его лунных проектов. Компании выгодно было строить ракеты быстрее и дешевле, поменьше теряя на прототипах и пробных неудачных запусках. Для этого использовались «цифровые двойники» — точные модели устройств и деталей, на которых можно виртуально проводить испытания. В России исследователь стремится создать среду, чтобы проектировать настолько же сложные изделия, как в США. В его лаборатории стоят дисплеи с виртуальной реальностью, на которых «можно разобрать сердце на части или посмотреть, как вынуть ребро» — или запустить в небо планер и посмотреть, как он поведет себя в полете. Программы могут масштабировать детали, которые вы хотите соединить, предусмотрит, чтобы все части механизма сошлись и оказались с нужных сторон — то есть, «поможет избежать дурацких ошибок».
Пример из практики. Газотурбинная установка — единственный источник электроэнергии в сибирском поселке, для ремонта или осмотра придется ее выключать и обесточить всех жителей. Чтобы этого не случилось, ученые сделали цифровую модель, которая может предсказать поломку и провести диагностику, еще не разбирая установку, основываясь на косвенных данных датчиков (поскольку в саму камеру сгорания их поместить нельзя). Так цифровая экономика будет действенной и полезной. Отрасль не нужно путать с IT, подчеркнул Ужинский, — хотя они и взаимосвязаны. Для таких решений мало быть хорошим программистом, ведь только взгляд инженера позволит понять, как механизм проявит себя в работе, какие условия продиктованы практическим опытом и как соединить детали, чтобы они не развалились.
Самолеты из пластика и каперские программы
В Центре проектирования, производственных технологий и материалов сейчас разрабатываются новые композитные материалы с интересными свойствами. Сделанные на основе керамики или пластика, они устойчивы к разным температурам и большим нагрузкам. Из таких композитов можно создавать самолеты, мосты и другие прочные сооружения. Сотрудники гордятся: производством станков для наматывания, всех комплектующих и программ к ним занимается российская компания из Новочеркасска.
Рядом — целый арсенал 3D-принтеров и станков. На них можно печатать сложнейшие фигуры, не соединяя их по частям, и даже делать протезы или модели для обучения студентов-медиков. В центре занимаются разными задачами — от сварки сплавов до композитов для энергосберегающих технологий и от напыления нитрида титана толщиной в несколько микронов до изучения деформации материалов. Здесь оборудование зарубежного производства — в России пока такого не делают, и из-за санкций инженеры должны проявлять чудеса изобретательности просто чтобы начать работать. В одной ситуации купить станок удалось, а программное обеспечение к нему — уже нет, поэтому ученые написали его сами и сертифицировали у производителя. Теперь смеются: «ПО у нас не пиратское, а каперское».
Заботятся здесь и об обучении будущих высокотехнологичных специалистов. В созданной для будущих инженеров мастерской FabLab (от англ. fabrication laboratory — «производственная лаборатория») поражает масштаб. Студентам для индивидуальных и групповых проектов отданы огромные площади — две тысячи квадратных метров, где находятся станки с числовым программным управлением, 3D-принтеры и много чего еще. Пространство разделено на зоны, куда студенты допускаются последовательно — начиная с тех, где не нужно много навыков и знаний, и заканчивая зонами со сложным оборудованием. Студенты получают много самостоятельности и свободы и могут делать нужные им на практике предметы.
В мастерской не всегда знают, чем занимаются участники каждого проекта со своим научным руководителем — например, этого, где идет работа с зубными протезами. Екатерина Мищенко/Indicator.Ru
Нейросети, нанотрубки и КамАЗ
Старший преподаватель Сколтеха Алексей Фролов рассказал о работе над созданием сетей 5G и 6G. Сегодня для них существует три сценария, и один из самых редких — ultra-reliable low latency, с низкой задержкой и потерей данных. Такой способ позволяет работать с множеством автономных устройств, подключенных к базовой станции: датчиками парковок или пожаров, хирургическими роботами и другими сложными системами. Цели ученых Сколтеха здесь — найти способы сэкономить энергию на передачи энергии, чтобы, к примеру, каждый пользователь на парковке не должен был совершать многоступенчатые действия для подключения к системе. Для этого они предложили новый алгоритм подключения к базовой станции без получения специального разрешения от нее (гранта). Такие технологии смогут довести срок жизни аккумулятора передатчиков до десяти лет, поддерживать до нескольких миллионов устройств на квадратный километр, улучшить покрытие и снизить потери при пересылке данных.
Профессор Сколтеха и завлабораторией наноматериалов Альберт Насибуллин рассказал об исследованиях совсем другой темы — одностенных углеродных нанотрубок, которые получаются, если сворачивать однослойные графеновые «листы» в цилиндры. Материалы на их основе в 25 раз прочнее стали и в два раза лучше алюминия, проводят тепло лучше алмаза и устойчивы к нагреванию до 1500 градусов. Поэтому углеродные нанотрубки находят применение в медицине, электронике и фотонике, энергетике и создании новых материалов. Ученый рассказал, что его группа разработала уникальный метод получения нанотрубок — аэрозольное напыление, при помощи которого можно получить нанотрубки нужного диаметра и морфологии, разлагая ферросеновые пары в присутствии угарного газа (СО). Это приводит к осаждению углерода в виде нанотрубок. Метод проложил дорогу и к другим достижениям: ученые создали гибридные материалы, придумали новый способ создания гибких тонких электродов.
Совсем недавно, в 2019 году, вышла статья в Nanoscale Horizons, где они представили способ сделать из пленки с нанотрубками гибкий, тонкий и прозрачный динамик для музыки. Основан он на том, что нанотрубки «не чувствуют» механического воздействия, но зато распространяют акустические волны за счет нагрева и расширения воздуха. Похожие динамики уже создавались, но передавали звук неравномерно в разные стороны, и сотрудникам Сколтеха удалось преодолеть проблему.
Находят применения технологии Сколтеха и в сельском хозяйстве. Цифровизация потихоньку добирается и туда, и пример такого взаимодействия привел доцент Сколтеха, математик Иван Оселедец, пришедший в отрасль в 2016 году. Он попытался провести анализ больших данных с полей, чтобы составить рекомендации, однако быстро понял, что все не так просто: фраза «у нас есть большие данные» в реальности означала «у нас есть распечатанные листочки с информацией по одной точке на 100 гектаров, половину из которых агрохимики выдумали или измерили на глаз». Так что как волшебный черный ящик для любителей оптимизации и цифровизации не сработал, и ученым пришлось собрать собственную передвижную лабораторию на базе КамАЗа, чтобы самим делать измерения — оказывается, такую роскошь сотрудники Сколтеха могут себе позволить.
Поначалу агрономы возненавидели непрошеных гостей, которые ничего не смыслили в полевой работе, зато пытались научить всех жизни. Но ученые не остановились даже и тогда, когда поняли: рентабельность такого предприятия под вопросом, ведь сельское хозяйство в нашей стране держится на дешевой рабочей силе, а не на инновациях. В итоге они нашли решение: предлагать хозяйствам сервисы, помогающие создать цифровые двойники полей, чтобы понимать, когда начинать посадки и что нужно изменить для хорошего результата.
Помощь ИИ — от нефти до опухолей
Доцент Сколтеха Дмитрий Коротеев рассказал о том, как ИИ решает проблемы нефтедобычи. По его словам, «легкого» (в плане доступности залежей) черного золота уже почти не осталось — в Сибири из многих скважин уже идет вода. К примеру, нефть может находиться в очень тонких пластах (от двух до десяти метров), которые трудно пробурить и не разрушить, поэтому нужно очень точно планировать аккуратную горизонтальную проводку до того, как до пласта удалось добраться. Иногда «оживить» старые скважины помогает технология гидроразрыва пласта, но она подойдет не для каждого случая и тоже должна быть очень четко спланирована. Поэтому искусственный интеллект и цифровые двойники очень помогают как в разведке, так и в разработке и добыче нефти: с их помощью можно планировать и прогнозировать, рассчитывать стоимость технологических операций и нагрузки.
Научный сотрудник Сколтеха и руководитель группы разработки алгоритмов в проекте «CoBrain-Аналитика» Максим Беляев для разнообразия рассказал, «как все плохо» с искусственным интеллектом. К примеру, нейросеть может принять за опухоль простую отметку маркером (которую делает врач, чтобы обратить внимание на выделенную область). Часто данные о победоносном появлении ИИ в медицине преувеличены, результаты искажены, а выборки нерепрезентативны, подчеркивает исследователь.
На удивление, даже выборка в 150 тысяч картинок (рентгенов, фотографий или изображений с другого медицинского оборудования) может не подходить для обучения нейросети, ведь все зависит от протоколов обследования, состояния и модели устройств, с помощью которых они получены, и массы других переменных. Но исключить врача из процесса было бы невозможно и при идеальной работе нейросетей, потому что тогда ответственность за ошибочный диагноз или рекомендацию будет некому нести. Сейчас ученые пытаются адаптировать искусственный интеллект под медицинские задачи, создавая алгоритмы, устойчивые к этим проблемам, и Сколтех активно работает в этом направлении.
Перелетные пчелы и цифра против бумаги
Под конец, во время вопросов, разговорились и о проблемах — неповоротливых компаниях, которые не хотят внедрять цифровые технологии, и оттоке талантливых ученых за рубеж — как юных, так и уже взрослых.
«Был у нас студент из Ганы, черный как ночь. Он придумал нам программу, позволяющую по скайпу следить, списываешь ты или нет. А потом уехал в Гану и сделал там Яндекс. Такси! Человек, который сделал PhD в Стэнфорде или MIT, никогда не остается там, это закон. Они как пчелы — переносят пыльцу с цветка на цветок», — заметил ректор Сколтеха Алексей Кулешов. При переезде надо учитывать множество факторов: в одних странах или регионах культурно не принято работать там же, где защищался, в других, как в Калифорнии, заоблачная зарплата едва покрывает еще более заоблачные цены, в третьих, как во Франции, зарплата ниже, но при наличии детей профессор может рассчитывать на бесплатное образование для них, медицинские льготы и целый набор других бонусов. Поэтому остается принять тот факт, что наука международна, и ничего тут не попишешь: приехали студенты или аспиранты, отучились, потом уехали, после них будут другие. Если создавать привлекательные для работы условия и извлекать максимальную выгоду из такой циркуляции и обмена, то этот фактор уже не покажется грустным.
А вот с цифровым «опылением» в стране не все гладко. В кулуарах сотрудники пожаловались, что трудно нести в массы высокие технологии из университетов и институтов, пока эти массы принимать их отказываются. На некоторых предприятиях не то что цифровых моделей — даже старых компьютеров нет, чтобы заносить туда результаты измерений: в ходу тетради и книги с таблицами которые сотрудники заполняют вручную, изменениям сопротивляясь. В таких случаях переход на рельсы новых технологий надо начинать сейчас, потому что процесс это небыстрый, а потом будет уже не угнаться за конкурентами.
Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс. Новостей и читайте нас чаще.
Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.
