Центр компетенций НТИ по направлению «Технологии машинного обучения и когнитивные технологии»

Центр компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Технологии машинного обучения и когнитивные технологии» на базе Университета ИТМО.

Центр формирует отечественную экосистему разработки и внедрения когнитивных технологий и машинного обучения. Он ориентирован на создание систем усиленного интеллекта, способных помогать человеку принимать решения в сложных ситуациях, при этом самообучаясь и развиваясь вместе с ним.

Когнитивные технологии универсальны: они применимы абсолютно на всех рынках НТИ, так как являются драйвером развития современной информатики. Они предназначены для решения интеллектуальных и творческих задач, имеющих прикладное значение в различных областях науки, промышленности, бизнеса и социальной сферы.

НЦКР является оператором комплексных проектов в части цифровой трансформации различных отраслей бизнеса, государственного управления и социальной сферы на основе системного применения интеллектуальных технологий.

Цели и задачи

Стратегические цели и задачи НЦКР:

В научно-техническом направлении: выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, обеспечивающих создание интеллектуальных систем и решений в различных отраслях отечественной промышленности, бизнеса, социальной сферы, а также обороны и безопасности, формирование отечественной нормативно-методической базы в области машинного обучения и когнитивных технологий, генерация знаний в перспективных направлениях развития машинного обучения и когнитивных технологий.
По направлению образовательной деятельности: обеспечение непрерывной подготовки высококвалифицированных кадров в области разработки и использования машинного обучения и когнитивных технологий посредством магистерских образовательных программ, программ дополнительного профессионального образования (ДПО), курсов и вебинаров в онлайн и оффлайн форматах.
В части формирования инфраструктуры: формирование и развитие экосистемы инноватики и предпринимательства в области цифровых систем с элементами машинного обучения и когнитивных технологий.

Для достижения этих задач Центр использует технологии искусственного интеллекта и генеративного машинного обучения.

Результаты деятельности

Значимые результаты научно-исследовательской деятельности

За время своей деятельности (с 2019 г.) НЦКР сформировал экосистему собственных цифровых решений для систем сильного искусственного интеллекта, позволяющих быстро и удобно создавать ИИ-решения распределенными командами разработчиков на основе больших данных.

Следует отметить, что за годы существования Центра произошел определенный сдвиг интересов: от задач, исключительно связанных с Computer Science и их применением (что наиболее востребовано ИП в ИТ-секторе) к задачам непосредственно отраслевых индустриальных партнеров. Таким образом, специалисты в области цифровых технологий ИТМО стали позиционировать себя как реализаторов междисциплинарных проектов, основанных на трансляционных механизмах современной математики и компьютерных технологий. Как следствие, это привело к следующим изменениям:

В Университете ИТМО сформировался устойчивый коллектив специалистов, способный решать с помощью машинного обучения и когнитивных технологий задачи реальных потребителей, а также организационные структуры, способные эффективно организовать такую деятельность (в том числе в 2021 году для обеспечения коммерциализации решений НЦКР была создана аккредитованная IT-компания ООО “ИТМО.ИСКИН”)
Ориентация на логику создания систем поддержки принятия решений (СППР) привела к возможности вовлечения специалистов ИТМО по различным направлениям цифровых технологий (ИИ, большие данные, разработка ПО, моделирование и пр.), а это, в свою очередь, позволило организовать сквозное привлечение сотрудников различных профилей и факультетов.
Была создана револьверная система привлечения кадров к активностям Центра НТИ; для этого создан отдельный факультет ИТМО (Факультет цифровых трансформаций), запущены профильные программы высшего и дополнительного профессионального образования.
Произошла смена подхода к реализации НИОКТР с процессного на продуктовый: результатом разработки НЦКР являются объекты фиксированного TRL, оформленные содержательно (например, не отчет – а сопровождаемый код, база данных и пр.).
Были созданы цифровые платформы (см. раздел проекты), которые явились агрегацией содержательной проектной деятельности НЦКР и обеспечили воспроизведение лучших практик при создании новых продуктов и технологий на их основе; эти платформы являются основой для устойчивости НЦКР при работе на открытом рынке.
Выстроилась технологическая и организационная цепочка структур экосистемы Университета ИТМО, обеспечивающая полный жизненный цикл разработок с использованием машинного обучения и когнитивных технологий (от TRL2 до TRL9), что позволило ИТМО выступать как полноценному игроку на рынке решений в области ИИ.

В декабре 2023 года Центр получил финансирование на реализацию проекта технологического суверенитета «Разработка цифровой платформы ценностно-ориентированного проектирования и мониторинга системного развития рекультивируемых/реновируемых территорий».

За время существования Центра было выполнено более 70 внебюджетных проектов по заказу организаций реального сектора экономики, а также в период с 2018 по 2023 гг .было передано 180 лицензий на РИД Центра.

Консорциум

Проекты

В период основной грантовой поддержки НЦКР были реализованы следующие ключевые проекты:

Платформа поддержки жизненного цикла интеллектуальных объектов на основе промышленных больших данных

Платформенная технология и программные инструменты для обеспечения жизненного цикла создаваемых интеллектуальных объектов реального мира на основе когнитивного ИИ с использованием больших данных из разнородных источников, в том числе, в целях повышения качества (data augmentation, GAN), акселерации обучения (meta-learning, transfer learning) и выполнения, снижения требований по данным (distant supervision, MAML). Платформенная технология обеспечивает поддержку полного жизненного цикла отраслевых СППР, использующих априорные знания предметной области в форме различных причинно-следственных и метафорических моделей, а также моделей на данных.
Платформа экосистемы цифровой личности

Информационная технология создания и поддержки жизненного цикла бытовых и профессиональных цифровых личностей (аватаров), обеспечивающая их применение для прикладных задач поддержки принятия решений при управлении отраслевыми антропотехническими системами. Цифровая личность (аватар) является программным агентом, способным обучаться на больших массивах данных и исполнять бытовые и профессиональные роли путем имитации социально-демографических, поведенческих, эмоциональных и когнитивных качеств человека.
Платформа автоматизации построения моделей технологических и бизнес-процессов на основе сетевых структур и данных измерений

Информационная технология и реализующая ее программная платформа, позволяющая формировать, настраивать и использовать математические модели на основе данных для цифровых двойников различных организаций промышленности, бизнеса и социальной сферы. Обеспечивает интеллектуальный менеджмент и планирование работы организаций и производств, оптимизацию внутренних процессов за счет использования цифровых моделей, контроля ручных операций, оцифровки документации и виртуальных испытаний изделий.
Платформа создания и управления цифровыми сервисами умного города

Информационная технология и реализующая ее программная платформа управления средой прикладных сервисов умного города. Основана на индивидо-ориентированном подходе к планированию состава, проектированию и применению сервисов умного города для создания комфортной информационной и физической среды для жизни горожан. Использует априорные знания в форме, самообучающейся в реальном времени цифровой модели города.
Платформа когнитивной интерпретации визуальных данных в AR/VR

Информационная технология и реализующая ее программная платформа предназначены для разработки и поддержки интеллектуальных процедур компьютерного зрения, позволяющих анализировать фото- и видеоматериалы, имитируя когнитивные способности человека в части пространственного позиционирования и интерпретации объектов реального мира, а также создавать реалистичные поведенческие программы виртуальных персонажей. Она позволяет реализовать широкий набор технологий бессенсорного управления визуальными сценами и дает возможность к созданию новых классов приложений AR/VR. С 2021 года данная платформа развивается в рамках проекта “Платформа экосистемы цифровой личности”.

Однако в ходе работы центра оказалось, что решаемые задачи AR/VR применяются преимущественно в рамках экосистемы цифровой личности. Потому самостоятельная реализация этой платформы была приостановлена; она вошла составной частью в платформу экосистемы цифровой личности. Дополнительно в 2021 г. был запущен интеграционный проект по созданию среды генеративного моделирования и дизайна цифровых объектов в системах реального мира, синергетически агрегирующий возможности ранее созданных платформ. Результатом проекта является программная система, объединяющая и использующая ранее созданные инструменты НЦКР для реализации процесса разработки и отладки цифровых объектов, связанных с ИИ. Новизна процесса определяется использованием генеративного подхода: разработчик определяет в системе ссылки на исходные данные и фиксирует критерии качества объекта (например, предсказательной модели, системы машинного зрения или базы правил чат-бота). После этого среда синтезирует (генерирует) допустимые варианты этих объектов, которые потом могут частично корректироваться разработчиком. При этом все предлагаемые таким образом цифровые объекты тестируются на различных входных данных (включая синтетические, но построенные по датасетам разработчика); оцениваются параметры качества цифровых объектов. В итоге выбранный разработчиком наиболее приемлемый результат автоматически генерируется в виде отчуждаемого кода на языке Python.

Каждая из разработанных платформ является основой для создания конкретных СППР, элементов их экосистемы или инфраструктурных решений в интересах партнеров и УК НЦКР, таким образом, порождая дополнительные проекты. Разработка платформ завершена в 2021-2022 гг.

В рамках проектов технологического суверенитета в декабре 2023 г. на базе Центра запущен новый проект технологического суверенитета «Разработка цифровой платформы ценностно-ориентированного проектирования и мониторинга системного развития рекультивируемых/реновируемых территорий». Он решает проблему комплексного планирования и контроля проведения реновации/рекультивации масштабных (1000+ Га) территорий, временно потерявших хозяйственное значение (депрессивные территории, неактуальные промзоны, территории с массовыми разрушениями инфраструктуры). Для этого создается облачная платформа для мастер-планирования на основе технологий ИИ (моделирование – генеративное проектирование) и сервисы мониторинга соответствия плана текущему состоянию территории. Соисполнителями проекта являются ЦК НТИ при МГУ (Технологии снижения антропогенного воздействия) и ЦК НТИ при МИИГАиК (Геоданные и геоинформационные технологии), а индустриальными партнерами - ГК «Эталон», ООО «Рокет Груп»

Также в рамках реализации "дорожной карты" развития высокотехнологичного направления "Искусственный интеллект" на период до 2030 года запущена реализация проектов, направленных на создание линейки инструментальных средств, для эффективной разработки прикладных систем на основе перспективных технологий ИИ, включая:

Open source фреймворк FEDOT;
Инструментальная среда быстрой разработки и обучения отраслевых систем машинного зрения в условиях неопределенности и неполноты исходных данных;
Инструментальная среда быстрой разработки и реинжиниринга массовых рекомендательных сервисов в среде Интернет;
Ценностно-ориентированная система комплексной оценки, мониторинга и планирования жилой и промышленной застройки урбанизированных территорий. Все разработки будут доступны пользователям в форме облачных решений через Интернет. При этом будет создано семейство открытых библиотек, реализующих ключевые функции сильного ИИ, используемые в решениях выше, и доступные отечественным разработчикам в виде открытых кодов.

Центр компетенций НТИ по направлению «Технологии машинного обучения и когнитивные технологии»

Цели и задачи

Результаты деятельности

Консорциум

Проекты

Образовательная деятельность

Команда

Контакты