«Приоритет 2030»: представляем проекты молодых ученых, получивших гранты имени В.Е. Фортова
Продолжаем знакомить с проектами молодых ученых Московского Политеха, которые получили гранты имени В.Е. Фортова. Конкурс проводится в рамках федеральной программы «Приоритет 2030». Московский Политех участвует в программе со стратегическим проектом «Доступный электромобиль».
Лучшие научные проекты молодых ученых вуза будут получать финансовую поддержку в течение года.
Ольга Володина, преподаватель кафедры «Инфокогнитивные технологии»
Проект: «Поиск научно-технических решений по применению теплового элемента памяти в качестве компонента нейроморфной системы».
Нейроморфные системы – это искусственные аналоги биологического мозга. Сегодня к развитию этой области ИИ приковано внимание ученых многих стран.
«Проектирование нейроморфных систем, способных имитировать работу биологических нейронов и синапсов и моделировать когнитивные процессы человеческого мозга, рассматривается сегодня как одно из ключевых направлений исследований в области искусственного интеллекта. Исследования, направленные на развитие новых вычислительных парадигм и аппаратную реализацию моделей нейронных сетей, переходят на новый этап. Сегодня проекты в области нейроморфных чипов ведутся многими мировыми игроками – от технологических гигантов до стартапов», – рассказывает Ольга Володина.
Задача исследования, которое она ведет, - формирование компонента нейроморфной системы или, другими словами, аналоговой нейронной сети.
В работе используется созданный ранее учеными Московского Политеха тепловой элемент памяти. Он несет информацию о приложенном ранее к нему электрическом импульсе и о способе обработке данных. Такое поведение обусловлено изменением сопротивления материала памяти в результате его нагрева.
Тепловой элемент построен на бинарной структуре, состоящей из кремниевой подложки (Si) и напыленной дорожки металлизации (Al). Структура нагревается импульсами тока, которые с определенными амплитудой, длительностью и частотой подаются на проводящую дорожку. Возникающее при этом тепло (Джоуль) отводится преимущественно в кремниевую подложку.
По словам ученого, анализ распространения тепловых потоков позволит определить оптимальное расположение элементов тепловой памяти для реализации между ними взаимодействия, подобного синапсам головного мозга. Тепловой поток будет обеспечивать соединение между элементами памяти, расположенными вокруг элемента, инициализирующего сигнал. Планируется, что можно будет создать модель взаимодействия нескольких тепловых элементов памяти.
«Возможно, работа полученной модели взаимодействия будет схожа с работой биологических синапсов и нейронов. Это позволит создать нейроморфные системы, работа которых будет кардинально отличаться от имеющихся вычислительных систем», – говорит Ольга Володина.
Ольга Заборская, старший преподаватель Центра проектной деятельности
Проект «Разработка комплексных инженерно-биологических систем (ИБС) для локального применения в ограниченных пространствах».
В современном мире растет актуальность устройств, которые будут создавать оптимальные условия для сохранения, роста и развития различных биологических объектов.
«Мой проект посвящен проектированию биореакторов, сити-ферм, гидропонных и аквапонных систем, развитию технологий аквакультуры. Применение этих умных устройств в агробиотехнологиях позволит сократить разрыв между урожайностью культур в различных климатических зонах, повлиять на сохранение биоразнообразия и при необходимости обеспечить человека полезными и питательными продуктами в необходимых объемах», – говорит Ольга Заборская.
ИБС содержит в себе взаимосвязанные и взаимодействующие живые элементы (гены, части клеток и клеточные органеллы, клетки, организмы). При этом, главной функцией ИБС как инженерной системы является создание и обеспечение эффективной работы биологических систем разного порядка. Некоторые ИБС применяют сегодня для жизнеобеспечения в специфических условиях, например, на научно-исследовательских станциях в Арктике, в космосе
Предполагается, что в рамках проекта будет разработана технология очистки окружающей среды от различного рода веществ-загрязнителей для последующей реализации и применения этой технологии в замкнутых и открытых системах. Будет создан прототип универсальной ИБС в формате модульной сити-фермы для использования в ограниченных пространствах.
Молодой ученый также разрабатывает эскиз конструкции кислородного фотобиореактора – аппарата для извлечения вещества-загрязнителя из газовоздушной среды. Его использование в космических аппаратах позволит начать переход к автономным биологическим системам обеспечения жизнедеятельности. Установка разрабатывается с целью производства кислорода и пищевой белковой биомассы.
Евгений Березин, старший преподаватель кафедры «Автоматика и управление»
Проект «Разработка системы идентификации и локализации объекта в потоке на основе нейронной сети».
Во всем мире происходит сегодня активная интеграция систем технического зрения, а вместе с ними и искусственных нейронных сетей, в производственные процессы разной степени сложности.
Ученый Московского Политеха планирует создать математическую модель идентификации и локализации объекта в потоке с помощью систем технического зрения на основе нейронных сетей, а также разработать методику подготовки данных для обучения нейронной сети при изменении идентифицируемого объекта.
«Сегодня искусственные нейронные сети часто исследуются и разрабатываются как элемент индустрии развлечений, многие же профессиональные решения пригодны лишь для узких задач. Я ставлю перед собой задачу разработать нейронную сеть, способную осуществлять идентификацию, а вкупе с системой технического зрения, и локализацию различных объектов в потоке. Полученное решение можно будет внедрять в робототехнические, автоматические и автоматизированные системы для повышения производительности труда или улучшения качества жизни человека. Кроме этого, разработанные программное обеспечение и аппаратную базу можно будет применять в учебном процессе», – говорит Евгений Березин.
Список проектов-победителей грантового конкурса имени В.Е. Фортова.
Справка: напомним, по итогам отбора в 2021 году Московский Политех получил базовый грант на свое развитие в размере 100 млн рублей и успешно защитил итоги работы за год осенью 2022 года. «Приоритет 2030» – самая масштабная в истории России госпрограмма поддержки университетов, она направлена на повышение конкурентоспособности России в области образования, науки и технологий. Запущена 24 июня 2021 года, предполагаемый срок реализации программы – 10 лет.
