Дмитрий Анфимов, аспирант кафедры «Физика» МГТУ им. Н.Э.Баумана.
Поиск, газета научного сообщества: №13 (1763) I 31 МАРТА 2023 стр. 10
Реакция многих людей на все большее присутствие в нашей жизни искусственного интеллекта – настороженная: не подчинит ли он со временем человека? Ученые спешат нас успокоить: пока опасаться нечего. Исследователи учат его служить человечеству. Искусственный интеллект справляется с такой задачей весьма эффективно, «разглядывая» порой то, что ускользает от взора людей. Аспирант кафедры «Физика» Дмитрий АНФИМОВ из Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана вместе со своей командой работает как раз в этой области. Тема его исследований «Автоматизированные средства и информационные системы на базе искусственного интеллекта для создания среды безопасности и благополучия человека» оценена медалью и премией Российской академии наук. «Поиск» попросил молодого ученого рассказать о его работе.
– Дмитрий, что собой представляют «автоматизированные средства и информационные системы на базе искусственного интеллекта», которыми вы занимаетесь?
– Давайте начнем с искусственного интеллекта, – говорит Дмитрий Анфимов. – Это система или машина, которая может имитировать человеческое мышление, чтобы выполнять задачи и постепенно обучаться, используя собираемую информацию. Например, играть в шахматы, делать прогнозы на основе ранее полученных данных, распознавать объекты на картинках и даже рисовать эти самые картинки! Вычислительная техника за последние годы шагнула далеко вперед, и это позволило переложить некоторые задачи на машину. Искусственный интеллект пока следует считать компьютером-помощником, который может решать рутинные задачи, быстро анализируя информацию. Это позволяет человеку сфокусироваться на сути решаемой проблемы. Но, к сожалению или к счастью, искусственному интеллекту еще не под силу делать выводы и хоть как-то мыслить вне заданной области. Работяга только решает четко поставленную задачу, обучившись на данных, которые человек ему и предоставил.
Теперь перейдем к автоматизированным средствам и информационным системам на базе искусственного интеллекта. В нашем случае это системы и комплексы, на борту которых помимо компьютера есть множество дополнительных устройств, способных получать информацию об окружающем мире. А искусственный интеллект обрабатывает полученную информацию и использует для решения.
– Как такие средства и системы помогают в создании среды безопасности и благополучия человека?
– Благополучие людей складывается из множества составляющих, которые часто индивидуальны, но некоторые из них – общие для всех: безопасность, благоприятная экология, высокий уровень здравоохранения и образования.
Начну с безопасности. Особенно это касается мегаполисов, где обитает огромное количество людей. Автоматизированные средства отслеживают изменения в окружающем нас мире, например, повышение концентрации вредных веществ в воздухе, и оперативно об этом сигнализируют. Своевременное уведомление об опасности способно предотвратить ряд катастрофических событий.
В здравоохранении системы помощи врачам указывают доктору на сложно различимые особенности и закономерности. Это может быть сочетание симптомов, которое редко встречается, или слабо заметные изменения на рентгеновских снимках, обнаружение которых повышает точность диагностики заболеваний на ранних стадиях.
В образовательных целях создаются информационные системы, которые обучают на основе проверочных работ студентов и формируют индивидуальные траектории обучения. Информационная система оценивает, какие задания в контрольной не получились, и в дальнейшем формирует для обучающегося набор упражнений, которые подтянут его слабые стороны и помогут развить сильные.
– Расскажите о методах, которые вы применяете в работе.
– Мы имеем дело с оптической локацией и спектроскопией. Спектроскопические методы позволяют изучать качественный и количественный составы различного электромагнитного излучения. Анализ его предоставляет информацию как о самом излучении, так и о веществе.
В работе мы используем инфракрасные фурье-спектрометры, оптические лидары, инфракрасные перестраиваемые квантово-каскадные лазеры, а также методы машинного и глубокого обучения – это неотъемлемая часть искусственного интеллекта. Хотелось бы отметить, что бóльшую часть оборудования для этих исследований разработала наша научная группа, активно применяя для этого отечественные приборы и элементную базу.
– Кто входит в вашу группу?
– Наш коллектив во главе с доктором физико-математических наук, членом-корреспондентом РАН Андреем Николаевичем Морозовым состоит из сотрудников кафедры «Физика» МГТУ им. Н.Э.Баумана и АО «Центр прикладной физики МГТУ им. Н.Э.Баумана». Команда у нас разносторонняя, в этом ее плюс. Любой высокотехнологичный прибор состоит из множества частей, которыми в нашем коллективе занимаются разные люди: научные сотрудники создают экспериментальные установки и макеты, инженеры-конструкторы разрабатывают удобный скомпонованный прибор, электронщики и схемотехники работают над электронной начинкой устройства, а программисты предоставляют возможность использования устройства человеком. Выпускники нашей кафедры получают специальность «Техническая физика», которая включает в себя не только фундаментальную науку, но и целый набор инженерных навыков, что существенно увеличивает спектр возможных направлений развития.
– Где публикуете результаты ваших работ и на каких форумах их представляете?
– В отечественных и зарубежных рецензируемых журналах, таких как «Оптика и спектроскопия», «Химическая физика», «Компьютерная оптика», Materials, Optical Engineering. Активно участвуем во всероссийских конференциях, например, «Необратимые процессы в природе и технике», и международных: Atmosphere. Ionosphere. Safety, Saratov Fall Meetings, форумах, организованных SPIE – Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers.
– Работа у вас с прикладным уклоном. Что получаете на выходе?
– Мы разрабатываем средства дистанционного химического контроля и мониторинга, которые определяют и оценивают концентрацию совсем небольших утечек химических веществ на предприятиях, а также в многолюдных местах – вокзалах, аэропортах, концертных залах. В сотрудничестве с предприятием СПО «Аналитприбор» в Смоленске серийно производим оборудование для химического контроля помещений и открытого пространства.
На основе устройств, которые я перечислил, создаем средства для оценки концентрации парниковых газов, обилие которых в атмосфере – одна из самых глобальных проблем человечества. Определять их концентрацию можно локально, на каком-то участке, с помощью активного метода, с использованием наземного источника инфракрасного излучения, например, нагретой спирали. А также пассивного метода, когда источником излучения является Солнце. Активную систему разрабатываем в сотрудничестве с ПАО «ГМК «Норильский никель», а пассивную – с Молодежным космическим центром МГТУ им Н.Э.Баумана в рамках программы «Приоритет 2030». Планируем установить разработанную нами пассивную систему на малогабаритный спутник.
Для медицинских исследований мы создали экспериментальную установку идентификации заболеваний по выдыхаемому человеком воздуху. Множество протекающих заболеваний повышает концентрацию в выдохе человека веществ, которые зовут биомаркерами. Например, для сахарного диабета такое вещество – ацетон, для бронхиальной астмы – оксид азота. Научная задача состоит в определении концентраций веществ-биомаркеров по спектру пропускания осушенной пробы выдыхаемого воздуха и идентификации заболевания.
С помощью методов машинного и глубокого обучения мы уже можем выделять пациентов с сахарным диабетом, астмой и пневмонией. Сейчас работаем над расширением номенклатуры заболеваний и набираем новые данные. Работу проводим в тесном сотрудничестве с Морозовской детской городской клинической больницей.
Занимаемся мы еще одним актуальным исследованием – идентификацией беспилотных летательных аппаратов в условиях городской застройки. Как показывает практика, беспилотники зачастую используют для транспортировки запрещенных веществ или даже в террористических целях. Важно следить за объектами в воздухе и сигнализировать при обнаружении неожиданных гостей. С помощью нейронных сетей и камер в различных оптических диапазонах мы обнаруживаем беспилотные объекты в любое время суток на расстоянии в 500-700 метров, а применяя лазерный лидар, оцениваем расстояние до объекта и его размеры.
Наши разработки активно внедряются в различных областях. Например, средства контроля и мониторинга – для обеспечения безопасности мест большого скопления людей, в частности, на стадионах во время Чемпионата мира по футболу 2018 года. Экспресс-анализ состояния здоровья человека по выдыхаемому воздуху сокращает время диагностики заболеваний. Исследования в области экологии позволяют обнаружить предприятия, выбрасывающие много парниковых газов. Все это – серьезный шаг к созданию безопасной и благополучной для человека среды.
Фирюза Янчилина
Фото предоставил Д.Анфимов
