Центр компетенций НТИ по направлению «Искусственный интеллект»

Центр компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Искусственный интеллект» на базе Московского физико-технического института (МФТИ).

Цели и задачи

Результаты деятельности

Преодоление технологических барьеров

К концу 2021 года Центр добился значительного прогресса в преодолении ряда глобальных барьеров в области искусственного интеллекта.

В 2019 году продемонстрирована работа первого российского прототипа нейросетевого сопроцессора для энергоэффективного выполнения алгоритмов машинного обучения с удельной производительностью порядка 0.3 ТОпс/Вт и реализован прототип вычислительного модуля на его основе.
В 2020 году разработана технология компьютерного зрения, которая вносит существенный вклад в создание систем распознавания визуальной информации с качеством работы не ниже человека-оператора. В ее основе – уникальная нейросетевая архитектура для обнаружения малых объектов на изображениях низкого разрешения, способная самостоятельно искать и анализировать шаблоны для обучения, и уникальная методика многоступенчатого обучения нейронных сетей, которая позволяет ускорить обучение до 5 раз с сохранением высокого качества работы результирующих алгоритмов.
В 2021 году создана среда «TopicNet», которая впервые воплотила весь цикл построения и настройки тематических моделей и решила отдельные технологические барьеры в области анализа данных (например, выделение тем в динамическом потоке данных, балансировка тем в несбалансированной коллекции и др.).
Продолжается работа по преодолению технологического барьера, связанного с пониманием естественного языка на уровне человека. Центр развивает открытую платформу разговорного искусственного интеллекта DeepPavlov. Средняя длина диалогов на общие темы на основе решения DeepPavlov в соревновании Alexa Prize Socialbot Grand Challenge от Amazon составила значительные 8 минут 10 секунд. Также создан ИИ-ассистент учителя по английскому языку, который впервые сумел успешно (на уровне педагога) проверить эссе школьников для ЕГЭ на разные типы ошибок, включая логические, фактические и стилистические. Эффективность решения составила 107% по сравнению с результатами проверки реальным учителем.
Также Центр вносит существенный вклад в преодоление отраслевых барьеров за счет применения технологий искусственного интеллекта. Так, например, в 2022 году завершились работы по созданию и внедрению многофункциональной интеллектуальной системы прогнозирования, моделирования и оптимизации движения железнодорожного транспорта ИСУДП «Прогноз» в диспетчерском центре управления движением поездов в Казахстане. Применение технологий искусственного интеллекта позволило впервые осуществить формирование планового графика движения поездов на железнодорожном участке в полностью автоматическом режиме. При этом время формирования корректного расписания системой занимает несколько секунд, тогда как данная процедура у профильного специалиста может потребовать от дня до недели в зависимости от сложности участка.

Значимые результаты научно-исследовательской деятельности

Созданы первая российская открытая платформа разговорного искусственного интеллекта DeepPavlov, обеспечивающая полный цикл автоматизированной разработки чатботов и масштабируемых многофункциональных ИИ-помощников, а также уникальная инструментальная среда TopicNet, обеспечивающая полный цикл автоматизированного построения тематических моделей больших массивов данных, которые широко применяются при создании поисковых и рекомендательных сервисов, анализе новостных потоков СМИ и социальных медиа, поиске в патентных базах и т.д.
Разработан и внедрен в индустрию программный комплекс для осуществления полного цикла автоматизированной адаптации гидродинамических моделей месторождений на историю разработки, позволяющий увеличить скорость адаптации в 1,5 – 4 раза по сравнению с рыночными решениями при одновременном увеличении точности адаптации.
Разработана и внедрена в индустрию интеллектуальная система управления в режиме реального времени движением железнодорожного транспорта ИСУДП «Прогноз». Система способна моделировать, прогнозировать и динамически планировать оптимальное расписание движения поездов, а также осуществлять поиск возможных решений по исправлению графика в случае аварийных и конфликтных ситуаций.
Разработана и внедрена в индустрию система мониторинга природных территорий, обеспечивающая обработку визуальной информации с фотоловушек видимого диапазона для реализации природоохранных мероприятий (обнаружение животных, людей и техники с последующей классификацией животных).
Разработан и испытан программно-аппаратный комплекс оперативного мониторинга, представляющий собой модульное платформенное решение для мониторинга поверхности Земли и других объектов в видимом, инфракрасном и радиолокационном диапазонах спектра в режиме реального времени с размещением на воздушном судне или БПЛА. На базе платформенного решения создан и испытан прототип специализированного комплекса для задач ледовой разведки, обеспечивающий судовладельцев, работающих в замерзающих акваториях, оперативной информацией о ледовой обстановке.
Разработан и прошел опытную эксплуатацию программно-аппаратный комплекс для планирования морской сейсморазведки в реальном времени, обеспечивающий оптимальное планирование и управление проведением морских сейсмических исследований в удалённых и малоизученных районах шельфа, а также в транзитной зоне. Экспертная система впервые в отечественной и мировой практике обеспечила возможность оперативной корректировки планов сейсморазведочной съёмки в зависимости от быстро меняющихся условий проведения работ (метеорологических, ледовых, нормативных и т.д.) с одновременным анализом качества получаемой информации (и качества решения геологической задачи) и учетом баланса стоимости.

Создание важных объектов инфраструктуры

В распоряжении Центра находится специализированный вычислительный кластер (производительность на GPU составляет 240 TFlops и на CPU - 44 TFlops). Созданная инфраструктура доступна для подразделений и партнерских организаций Центра.
С 2019 г. на базе Центра создана инфраструктура Открытой лаборатории искусственного интеллекта, основная деятельность которой посвящена проведению научно-практических мероприятий для школьников старших классов и студентов в области нейротехнологий. Открытая лаборатория является партнером Олимпиады НТИ и технологического конкурса NEUROTECH CUP. Образовательные программы лаборатории включены в перечень лучших цифровых учебных материалов и практик для дополнительного образования, рекомендованных Минпросвещения России и Агентством стратегических инициатив.
Подробная информация на https://aimipt.com;
Для широкой аудитории Центр выпускает регулярный сборник аналитических материалов в сфере искусственного интеллекта в России и мире «Альманах искусственный интеллект».
Предыдущие выпуски вы найдете на https://aireport.ru.

Внедрение и коммерциализация результатов деятельности Центра

В ходе реализации Программы Центром было создано 7 отраслевых прикладных решений, которые в настоящее время проходят опытную эксплуатацию и внедрение в индустрию.

Платформа для построения диалоговых систем DeepPavlov нашла широкое применение среди российских и зарубежных компаний для решения различных задач. Более 50 компаний (Сбербанк, Интерсвязь, Вектор ИКС, Electra.AI, Eora.ai, НКО АО НРД и др.) уже внедрили и успешно используют решения на основе DeepPavlov для автоматизации процессов колл-центров и обслуживания клиентов, анализа отзывов клиентов, обработки новостей и др.

В 2021 году Ппрограммный комплекс автоматизированной адаптации гидродинамических моделей месторождений прошел опытную эксплуатацию на трех активах Газпромнефти и был интегрирован в рабочий процесс специалистов компании Газпромнефть НТЦ.

В конце 2021 года интеллектуальная система управления гибридными микроэнергетическими системами была развернута и введена в опытную эксплуатацию в составе гибридного энергокомплекса в удаленном пос. Лаборовая ЯНАО с целью модернизации существующей неэффективной топливной генерации. После окончания опытной эксплуатации планируется тиражирование подобных проектов в других поселках ЯНАО (более 40) и в других поселках российской Арктики (около 300).

В январе 2022 года по итогам совместных испытаний в пос. Сабетта между МФТИ и Дирекцией Северного морского пути ГК «Росатом» подписана дорожная карта, согласно которой в период 2022-2024 гг. создаются решения для ледовой разведки берегового и палубного базирования. По итогам испытаний планируется поставка комплексов в порт Сабетта (1 шт.) и на ледоколы ФГУП «Атомфлот» (8 шт.).

В 2022 году созданная система оперативного мониторинга для задач природоохраны была внедрена в Центрально-Лесной биосферный заповедник, Саяно-Шушенский заповедник, заповедник Пасвик, ООПТ «Земля леопарда», Ненецкий биосферный заповедник и др.

Также в 2022 году при поддержке индустриального партнера была завершено внедрение ИСУДП «Прогноз» на приграничном с КНР железнодорожном участке в Казахстане ст. Жетыген – ст. Алтынколь, оснащенном системами микропроцессорной и диспетчерской централизации производства ООО «1520-Сигнал» (система установлена в диспетчерском центре КЖД в г. Алма-Ата).

В 2021 и 2022 годах проведены натурные испытания программно-аппаратного комплекса для планирования морской сейсморазведки в реальном времени на судне «Николай Трубятчинский» на Южно-Киринском ГКМ совместно с индустриальным партнером АО «МАГЭ». По итогам испытаний ведутся переговоры о внедрении системы у индустриального партнера.

Создание и лицензирование РИДов

Количество созданных за время работы Центра объектов интеллектуальной собственности: 78 программ для ЭВМ, 1 база данных, 7 ноу-хау и 3 патента на изобретение. Количество заключенных лицензионных соглашений на созданные РИД: 23 соглашения. Полученный доход по лицензионным соглашениям Центра составил более 70 млн. руб.

Консорциум

В консорциум Центра вошли 37 научных и образовательных учреждений и партнеров из индустрии:

9 научных и образовательных организаций (в т.ч. МФТИ);
27 коммерческих организаций;
1 некоммерческая организация.

Среди ключевых партнеров Центра ООО «Газпромнефть НТЦ», АО «МАГЭ», ООО «1520 Сигнал», ПАО Сбербанк и другие. Примером успешной кооперации является проект «Создание экспертной системы и программного комплекса мониторинга и оптимального управления системой разработки месторождений с трудно-извлекаемыми запасами на базе алгоритмов машинного и глубинного обучения», который был успешно реализован в 2018-2021гг. совместно с ООО «Газпромнефть НТЦ». Другой пример – АО «МАГЭ» выступает в качестве индустриального партнера проекта «Создание экспертной системы и программно-аппаратного комплекса для планирования морской сейсморазведки в реальном времени». В 2021 и 2022 годах партнером обеспечено проведение натурных исследовательских испытаний разработанного экспериментального образца комплекса на судне «Николай Трубятчинский» на Южно-Киринском ГКМ.

Проекты

Центр компетенций НТИ «Искусственный интеллект» реализует проекты НИОКР по 7 направлениям:

Программные и технические средства для сильного машинного интеллекта
- Сильный искусственный интеллект – создана оригинальная авторская архитектура искусственной психики Deep Control, прообразом которой является кортико-стриарная система передней части мозга млекопитающих, управляющая их поведением и мышлением, и прототип искусственного мозга роботов ADAM (Adaptive Deep Autonomous Machine), обладающий элементами базовых свойств искусственной психики (самостоятельное целеполагание, многоуровневое планирование, обучение новым навыкам и др.).
  https://ai.mipt.ru/projects/modeli_iskusstvennoy_psikhiki_dlya_robotov_i_neyroimplantov
- Нейроморфные платформы – разработаны новые архитектуры нейроморфных вычислительных систем, а также компонентная база для создания высокоинтегрированных нейроинтерфейсных систем на кристалле с системами обработки данных на основе алгоритмов глубокого машинного обучения.
  https://ai.mipt.ru/projects/neyromorfnye_platformy
- Операционная среда роботов – создана и доступна для использования операционная система XORDE (ядро операционной системы выложено в открытый доступ (https://xorde.org/#docs)). XORDE является полноценной операционной системой, готовой к использованию «из коробки», в отличие от аналогов типа Robot Operating System (ROS, разработка компании Willow Garage), которые представляют собой набор библиотек, которые пользователь должен самостоятельно скомпилировать и отладить..
  https://ai.mipt.ru/projects/xorde
Разговорный искусственный интеллект
- Разговорный искусственный интеллект DeepPavlov – создана первая российская открытая платформа разговорного ИИ DeepPavlov, обеспечивающая полный цикл разработки диалоговых ассистентов. Создание библиотеки DeepPavlov завершено в 2020 году, она находится в открытом доступе на Github, количество скачиваний – более 300 000. Ряд решений на основе платформы используются Сбербанком в целях автоматизации бизнес-процессов.
  https://ai.mipt.ru/projects/razgovornyy_neyrointellekt_deeppavlov
- Проект DeepLanguage направлен на создание новых моделей, которые позволят повысить качество и расширить спектр возможностей по применению библиотеки DeepPavlov.ai в прикладных задачах. В рамках проекта проводятся исследования в области модификации языковых моделей на базе архитектуры трансформеров, являющейся основой для построения специализированных моделей обработки естественного языка.
  https://ai.mipt.ru/language_models_for_agi
- Анализ мультимодальных данных «TopicNet» – создана инструментальная среда «TopicNet» (открытая часть библиотеки выложена на GitHub под лицензией MIT (https://github.com/machine-intelligence-laboratory/TopicNet)) для автоматизированного построения тематических моделей больших массивов данных, что необходимо при создании поисковых и рекомендательных сервисов, анализе новостных потоков СМИ и социальных медиа, поиске в патентных базах и т.д.
  https://ai.mipt.ru/projects/analiz_multimodalnykh_dannykh_topicnet
- Психолингвистический анализ информационного пространства (СМИ, соцмедиа) на арабском языке и его диалектах – разработан комплекс ПО, лингвистические и поведенческие модели и методики автоматического анализа неструктурированных текстов в социальных медиа. Позволяет измерять социальную и политическую «температуру» общества, предотвращать случаи экстремизма, а также адаптировать решения для использования в маркетинге, информационной безопасности, HR, развитии бизнеса.
  https://ai.mipt.ru/projects/psikholingvisticheskiy_analiz_informatsionnogo_prostranstva_smi
Распознавание и синтез речи
- Речевая аналитика и голосовые роботы – создание на основе методов компьютерной лингвистики и нейросетевых технологий системы распознавания и анализа речи. Особенностью решения является его реализация на базе отечественных аппаратных платформ (процессоры Эльбрус и/или NeuroMatrix) и алгоритмов российской библиотеки глубокого обучения PuzzleLib. Решение позволяет производить прием голосовых обращений, осуществлять синтез речи, распознавать и классифицировать команды оператора, роботизировать процесс обработки заявок в техподдержку.
  https://ai.mipt.ru/projects/rechevaya_analitika_i_golosovye_roboty
Экспертные, рекомендательные, информационно-аналитические системы, автоматизация проектирования и управления
- Системы поддержки принятия врачебных решений (СППВР) – разработаны и прошли апробацию в лечебных медучреждениях рабочие прототипы системы поддержки принятия врачебных решений для автоматизированной обработки результатов флюорографических, электрокардиографических и маммографических исследований с применением технологий ИИ.
  https://ai.mipt.ru/projects/sistemy_podderzhki_prinyatiya_vrachebnykh_resheniy
- Системы управления процессами разработки месторождений – создана экспертная система и программный комплекс мониторинга и оптимального управления разработкой месторождений с трудноизвлекаемыми запасами на базе алгоритмов машинного и глубинного обучения. Комплекс успешно прошел опытную эксплуатацию на трех активах индустриального партнера проекта – компании «Газпромнефть НТЦ». По результатам эксплуатации программный комплекс интегрирован в рабочий процесс специалистов компании.
  https://ai.mipt.ru/projects/sistemy_upravleniya_protsessami_razrabotki_mestorozhdeniy
- Система автоматизированного проектирования радиолокационной техники с применением технологий искусственного интеллекта и машинного обучения для задач распознавания аэродинамических объектов по дальностным портретам – разработаны программные модули системы распознавания и формирования синтетических обучающих выборок для систем технического зрения в радиодиапазоне. Созданные результаты внедрены в АО «ВКО «Алмаз-Антей» в составе специализированного программного комплекса для автоматизированного проектирования радиолокационных устройств и систем.
  https://ai.mipt.ru/projects/tekhnicheskoe_zrenie_v_radiodiapazone
- Проектирование фармпрепаратов и прогнозирование их свойств – ведется разработка и тестирование технологий ИИ, предназначенных для создания новых лекарственных препаратов за счет автоматизации рутинных процессов в ходе их разработки. В качестве демонстрационных прототипов будут представлены: 1) система поиска соответствий между биологическими мишенями и заболеваниями в аннотациях к зарубежным научным публикациям; 2) система распознавания изображений структурных формул малых молекул (в т.ч. фотографий) и их конвертации в типовой машинный формат. Оценка и валидация разработанных модулей будет осуществляться на базе ГК «ХимРар» – индустриального партнера.
  https://ai.mipt.ru/projects/proektirovanie_farmpreparatov_i_prognozirovanie_ikh_svoystv
- Система оптимизации движения ж/д транспорта «Прогноз» – создание инструментов поддержки принятия оперативных решений и автоматизированного управления поездной ситуацией в режиме реального времени. Опытный образец системы успешно испытан в лабораторных условиях с использованием вычислительно-моделирующего стенда для моделирования системы управления напольными объектами на перегонах и станциях и макета автоматизированного рабочего места поездного диспетчера. Идет подготовка к проведению натурных испытаний и опытной эксплуатации на пилотном железнодорожном участке в Казахстане. Первые внедрения системы будут осуществлены на железнодорожных объектах, оснащенных системами железнодорожной автоматики и телемеханики ГК «1520».
  https://ai.mipt.ru/projects/sistema_optimizatsii_dvizheniya_zh_d_transporta_prognoz
- Системы оперативного мониторинга природных территорий – созданный экспериментальный образец программно-аппаратного комплекса оперативного мониторинга природных территорий адаптирован для решения основных проблем мониторинга Центрально-Лесного заповедника. В ходе проведения натурных испытаний комплекс использован для решения задач контроля состояния лесного массива по спутниковым снимкам, наблюдения за перемещением животных и обнаружения незаконной человеческой деятельности по данным фотоловушек. По результатам испытаний сделан вывод об эффективности работы и целесообразности внедрения комплекса в текущую систему мониторинга заповедника.
  https://ai.mipt.ru/projects/technologies_for_operational_monitoring_of_natural_areas
- Создание экспертной системы и программно-аппаратного комплекса для планирования морской сейсморазведки в реальном времени – создан экспериментальный образец программно-аппаратного комплекса для автоматизированного планирования и поддержки проведения морских сейсморазведочных работ в режиме реального времени, который позволит оптимизировать процессы и сократить риск непредвиденных ситуаций на всех этапах сейсмической морской съемки. Комплекс успешно прошел натурные испытания, которые проводились совместно с индустриальным партнером АО «МАГЭ» на судне «Николай Трубятчинский» на Южно-Киринском ГКМ.
  https://ai.mipt.ru/expert_systems_for_planning_sea_seismic
Техническое зрение, обнаружение, распознавание, дешифрация, классификация изображений
- Системы идентификации объектов на фото/видео изображениях – разработан и успешно прошел функциональные испытания прототип программного комплекса системы технического зрения для интеллектуальной обработки фото и видеоинформации с использованием сверточных нейросетей, глубокого обучения и программно-аппаратной интеллектуальной системы поиска, локализации и классификации объектов на фото и видео в режиме реального времени.
  https://ai.mipt.ru/projects/sistemy_identifikatsii_obektov_na_foto_video_izobrazheniyakh
- Технологии распознавания околоземных космических объектов для робототизированных телескопов – в результате работ получены новые алгоритмы и ПО, которые использованы в составе программного комплекса экспериментальной сети оптических роботизированных телескопов для мониторинга околоземных космических объектов, предназначенной, например, для парирования военных угроз в космосе и из космоса, регулярного контроля малоразмерных космических объектов и др. целей.
  https://ai.mipt.ru/projects/robotizirovannye_teleskopy
- Новая интерактивная биометрия – идет разработка принципиально новой технологии биометрической идентификации с помощью анализа и интеллектуальной обработки рефлекторных реакций человека (характера движения зрачков). К настоящему времени подтверждена возможность по реакциям зрачка идентифицировать человека, продемонстрировано, что разрабатываемая технология имеет потенциал устойчивости к подмене биометрического идентификатора или внедрению вредоносного программного обеспечения. Таким образом, получено экспериментальное подтверждение по важнейшим функциональным возможностям и характеристикам новой технологии. Потенциальные заказчики решения: банковская сфера и платежные сервисы, сфера оказания госуслуг, производители устройств.
  https://ai.mipt.ru/projects/novaya_interaktivnaya_biometriya
Технологии искусственного интеллекта в робототехнике, умных машинах
- Автономные мобильные комплексы мониторинга на базе БПЛА – созданный экспериментальный образец программно-аппаратного комплекса оперативного мониторинга на базе БПЛА вертолетного типа был успешно апробирован применительно к задачам ледовой разведки ГК Росатом в ходе натурных испытаний, которые проводились совместно со Штабом морских операций ФГУП «Атомфлот» в арктических условиях (п. Сабетта).
  https://ai.mipt.ru/projects/avtonomnye_mobilnye_kompleksy_monitoringa_na_baze_bpla
- Ассистивные устройства для людей с ограниченными возможностями – в ходе работ разработан роботизированный ассистивный комплекс «РобоКом», предназначенный для людей, имеющих нарушения двигательных функций, вызванных последствиями травм головного и спинного мозга, инсульта. «РобоКом» выполняет функции захвата, удержания и перемещения объектов, имеет возможность подключения и управления от нейрогарнитуры. Может использоваться лечебными учреждениями, реабилитационными и гериатрическими центрами, а также в домашних условиях.
  https://ai.mipt.ru/projects/assistivnye_ustroystva_dlya_lyudey_s_ogranichennymi_vozmozhnostyami
Технологии искусственного интеллекта в энергетике, связи, городском хозяйстве и в других отраслях, «умный дом», «умный город», «умные» сети и системы
- Мультиагентная платформа сервисов интеллектуального трейдинга самоорганизующихся микроэнергетических систем – разработанный опытный образец платформы успешно прошел опытную эксплуатацию в составе гибридного энергокомплекса в изолированной энергосистеме д. Лаборовая (ЯНАО).
  https://ai.mipt.ru/projects/multiagentnaya_platforma_intellektualnogo_treydinga_dlya_energosistem
- Модули для интеллектуальной системы управления городской инфраструктурой – исследование возможностей применения элементов искусственного интеллекта, в частности средств машинного обучения, а также беспроводной связи LPWAN в системах управления индустриальными и транспортными объектами, в частности, в системах энергообеспечения таких объектов, а также систематизация существующего разрозненного опыта применения элементов машинного обучения в данной предметной области и выработка направлений дальнейших исследований по данной тематике.
  https://ai.mipt.ru/projects/sistemy_upravleniya_gorodskoy_infrastrukturoy

Образовательная деятельность

За 2018-2022 гг. в Центре было подготовлено более 650 специалистов в рамках общеобразовательных программ Центра, а также более 1300 специалистов – в рамках дополнительных образовательных программ Центра. Специалистами Центра разработано и запущено 7 новых программ магистратуры (две из них на английском языке), 5 учебных дисциплин в рамках программ бакалавриата и магистратуры, более 20 новых программ дополнительного образования. Не менее важным направлением является корпоративное обучение. В рамках активного сотрудничества с ПАО Сбербанк специалистами Центра осуществляется внедрение и сопровождение образовательных курсов, реализуемых на базе Корпоративного Университета Сбербанк. Всего в рамках корпоративного образования было обучено более 2500 сотрудников.

Список всех образовательных проектов Центра представлен на сайте: https://ai.mipt.ru/education/

Центр также проводит активную работу со школьниками, организуя научно-прикладные занятия по применению технологий ИИ и мастер-классы по робототехнике.

В 2020 году были запущены 3 образовательные программы для школьников и студентов по искусственному интеллекту, машинному зрению и нейротехнологиям, которые были включены в перечень лучших цифровых учебных материалов и практик для дополнительного образования, рекомендованных Минпросвещения России и Агентством стратегических инициатив. Также Центр активно участвует в Олимпиадном движении НТИ и НТИ.Junior, задействован в профильных мероприятиях по развитию нейрообразования в России.