Центр компетенций НТИ по направлению «Искусственный интеллект»

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

Деятельность Центра компетенций направлена на комплексное развитие сквозной технологии «Искусственный интеллект» и ее применения в различных отраслях реального сектора экономики.

Цели и задачи

Результаты деятельности

Преодоление технологических барьеров

По ряду НИОКР проектов, реализуемых Центром, были преодолены технологические барьеры и достигнуты результаты мирового уровня:

В 2019 году была продемонстрирована работа первого российского специализированного нейросетевого сопроцессора для энергоэффективного выполнения алгоритмов машинного обучения. В лабораториях МФТИ были разработаны основные элементы: процессорные ядра, интерфейсы и основное программное обеспечение. В дальнейшем был создан прототип интегральной встраиваемой сегнетоэлектрической памяти, который стал одним из первых в мире и успешно применяется в нейровычислительных устройствах.
Преодоление технологических барьеров, связанных с низкой точностью распознавания изображений нейронными сетями, обученными на критически малых выборках, а также с низкой эффективностью нейросетевых моделей, обеспечивающих повышение точности распознавания изображений, произошло в ходе реализации проекта по созданию системы технического зрения для беспилотных автомобилей. В ее основе – нейронная сеть, способная самостоятельно искать и анализировать необходимые шаблоны для обучения, что позволяет эффективно обрабатывать гораздо большие объемы данных при более низких затратах времени.

Значимые результаты научно-исследовательской деятельности

Высоким научным и рыночным потенциалом обладает проект по разработке мобильных автономных комплексов оперативного мониторинга различного назначения с применением технологий искусственного интеллекта для обработки и интерпретации данных и поддержки принятия решений в реальном времени. Данное решение является на текущий момент уникальным для России и имеет большие перспективы для продвижения за рубежом. В первую очередь, комплекс найдет применение в сфере безопасности (мониторинг пожаров и поисково-спасательные операции), в геологоразведке, в области лесного и сельского хозяйства, мониторинга экологической обстановки и т.д.
Также инновационной для России является разработка инструментов для оптимизации железнодорожной инфраструктуры и автоматизированного управления поездной ситуацией в режиме реального времени. Созданная Центром система поддержки принятия оперативных решений с использованием алгоритмов искусственного интеллекта способна моделировать, прогнозировать и динамически планировать оптимальное расписание движения поездов. Решение основано на применении отечественной аппаратной платформы и имеет модульную компоновку, допускающую интеграцию с различными системами.
Одно из ведущих направлений работы Центра связано с разработкой новых архитектур сильного искусственного интеллекта – ключевой технологии будущего массового мирового рынка робототехники. На базе Центра идет разработка операционной системы нового поколения, наделяющей роботов способностью к самообучению сложному целесообразному поведению с большим горизонтом планирования, что пока недоступно современным роботам с программируемым поведением. Полученные результаты лягут в основу новых подходов к лечению нейро-дегенеративных заболеваний и пониманию принципов действия когнитивных способностей человека.

Создание важных объектов инфраструктуры

Запущен в эксплуатацию специализированный вычислительный программно-аппаратный комплекс Центра (240 TFlops GPU, 44 TFlops CPU);
Создана Открытая лаборатория для кружковой работы ( https://aimipt.com/);
Выпущены семь сборников альманаха «Искусственный интеллект» ( https://aireport.ru/).

Внедрение и коммерциализация результатов деятельности Центра

Результаты нескольких НИР прошли стадию коммерциализации и вышли на российский и международный рынки.

Проект по созданию разговорного искусственного интеллекта НейроИнтеллект iPavlov преодолел технологический барьер в области алгоритмов машинного интеллекта и, имея в своей основе платформу с открытым кодом, используется сегодня для построения диалоговых систем пользователями в России и за ее пределами. Ряд решений на основе платформы DeepPavlov были внедрены в продукты индустриального партнера проекта – ПАО Сбербанк, еще более чем 30 компаниям разработка помогла автоматизировать процессы коммуникации в ритейле, маркетинге, банковской сфере и др. областях.
Еще одним успешно реализованным и вышедшим на стадию готового рыночного продукта является проект по созданию ассистивных устройств и технических средств реабилитации с применением нейротехнологий для людей с ограниченными физическими возможностями – «РобоКом». Комплекс предназначен для людей, имеющих нарушения двигательных функций, вызванных последствиями травм головного и спинного мозга, инсульта. «РобоКом» имеет модульную архитектуру, персонифицируемую под конкретного пользователя, и выполняет функции захвата, удержания и перемещения объектов. Система управления базируется на отслеживании трекинга глаз пользователя, также возможно подключение нейрогарнитуры для считывания управляющих импульсов. Заказчиками комплекса «РобоКом» являются лечебные учреждения, реабилитационные и гериатрические центры.
На основе разработанной Центром мультиагентной платформы интеллектуального трейдинга автономных энергетических систем был изготовлен опытный образец гибридного энергокомплекса, который в конце 2020 г. был введен в опытную эксплуатацию в поселке Лаборовая (ЯНАО). Реализованный подход с децентрализованным интеллектуальным управлением энергосистемой позволяет снижать стоимость электрической энергии более чем на 15%, снижать капитальные затраты и сроки окупаемости для инвесторов и предлагать рынку рентабельные проекты с возобновляемыми источниками энергии, по сравнению с традиционными централизованными системами управления (SCADA). По результатам опытной эксплуатации будет принято решение о доработке и тиражировании данного подхода в регионе и за его пределами.

Создание и лицензирование РИДов

Количество созданных за время работы Центра объектов интеллектуальной собственности: более 20 РИД. Количество заключенных лицензионных соглашений на созданные РИД: 12 соглашений. Полученный доход по лицензионным соглашениям Центра составил более 3,5 млн. руб.

Еще одним важным направлением работы Центра является деятельность по развитию нормативной базы в области искусственного интеллекта. Центр вносит весомый вклад в формирование национальной повестки в сфере международного регулирования ИИ, а также принял непосредственное участие в разработке Концепции развития регулирования отношений в сфере технологий искусственного интеллекта и робототехники до 2024 г., утвержденной Правительством РФ в августе 2020 г.

Консорциум

Проекты

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

Программные и технические средства для сильного машинного интеллекта
- Модели искусственной психики для роботов и нейроимплантов – создана alpha-версия биологически обоснованного действующего прототипа искусственной психики роботов «ADAM» (от Adaptive Deep Autonomous Machine) с архитектурой Deep Control, который ляжет в основу операционных систем автономных роботов нового поколения. На текущем этапе разработка способна демонстрировать простейшие элементы взаимодействия с тестовой (игровой) средой.
  https://ai.mipt.ru/projects/modeli_iskusstvennoy_psikhiki_dlya_robotov_i_neyroimplantov
- Нейроморфные платформы – разработаны новые архитектуры нейроморфных вычислительных систем, а также элементная база для создания гибридных биоэлектронных устройств, оптогенетические нейроинтерфейсные чипы и исследовательские комплексы на их основе.
  https://ai.mipt.ru/projects/neyromorfnye_platformy
- Операционная среда роботов – создана и доступна для использования операционная система xoRDE для программирования роботов (обеспечивает управление и самообучение роботов различной конфигурации – от колесных до биподных и бимануальных (с конечностями)).
  https://ai.mipt.ru/projects/operatsionnaya_sreda_robotov_xorde
Разговорный искусственный интеллект
- НейроИнтеллект iPavlov – программная платформа для создания разговорных приложений, нейроассистентов. Создание библиотеки DeepPavlov завершено в 2020 году, она находится в открытом доступе на Github, количество скачиваний – более 120 000. Ряд решений на основе платформы используются Сбербанком в целях автоматизации бизнес-процессов.
  https://ai.mipt.ru/projects/razgovornyy_neyrointellekt_deeppavlov
- Deep Language – разработка и исследование моделей машинного обучения для систем обработки естественного языка.
- Анализ мультимодальных данных «TopicNet» – создана библиотека автоматизированной тематической классификации мультимодальных текстовых русско- и англоязычных данных с возможностью визуализации процесса. Применяется при создании поисковых и рекомендательных сервисов, анализе новостных потоков и социальных медиа, поиске в патентных базах, категоризации транзакционных данных и т.д.
  https://ai.mipt.ru/projects/analiz_multimodalnykh_dannykh_topicnet
- Психолингвистический анализ информационного пространства (СМИ, соцмедиа) на арабском языке и его диалектах – разработка комплекса ПО, лингвистических и поведенческих моделей и методик автоматического анализа неструктурированных текстов. 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_sotsmedi...
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) – экспертная система, обеспечивающая автоматизированную обработку данных функциональных и лучевых исследований (флюорографии, маммографии, электрокардиографии). Разработан и прошел адаптацию в лечебных медучреждениях экспериментальный образец, который представляет собой кроссплатформенную клиентскую часть, реализованную в виде веб-интерфейса, и не требует от пользователя овладения специальными навыками.
  https://ai.mipt.ru/projects/sistemy_podderzhki_prinyatiya_vrachebnykh_resheniy
- Системы управления процессами разработки месторождений – создание экспертной системы и программного комплекса мониторинга и оптимального управления разработкой месторождений с трудноизвлекаемыми запасами на базе алгоритмов машинного и глубинного обучения. Реализован прототип системы автоматизированной адаптации гидродинамических моделей, ведется апробирование алгоритмов на промысловых данных.
  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 прототипы программных модулей системы распознавания.
- 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. Проект находится на стадии демонстрации технологии и рассчитан на применение в транспортной сфере и логистике. 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 на основе локальной глубокой обработки данных дистанционного зондирования и технического зрения при помощи технологий искусственного интеллекта. Были проведены исследовательские испытания основных модулей ПО имитационного моделирования данных мониторинга целевых объектов в видимом, инфракрасном и радиолокационном диапазонах.
- Создание экспертной системы и программно-аппаратного комплекса для планирования морской сейсморазведки в реальном времени. Создан комплекс полезной нагрузки летательных аппаратов, построенный по модульному принципу и обеспечивающий решение поставленных задач.
Техническое зрение, обнаружение, распознавание, дешифрация, классификация изображений
- Системы идентификации объектов на фото/видео изображениях – разработка 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. В основе разработки – уникальная технология вариационных автоэнкодеров, позволяющая искать нетипичные для местности объекты на одном изображении. Функциональные испытания прототипа системы запланированы на вторую половину 2021 года.
  https://ai.mipt.ru/projects/sistemy_identifikatsii_obektov_na_foto_video_izobrazheniyakh
- Создание сети оптических телескопов-роботов, оптических матриц и алгоритмов для обнаружения, сопровождения, распознавания и классификации околоземных космических объектов. В результате работ будут получены новые алгоритмы и ПО, которые найдут применение при построении глобальной системы 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_s_funktsiey_raspoznavaniya_okolozemnykh_obekt...
- Новая интерактивная биометрия – разработка принципиально новых технологий биометрической идентификации с помощью анализа и интеллектуальной обработки рефлекторных реакций человека (характера движения зрачков). В настоящее время проводится тестирование алгоритмов и обучение нейросетевых моделей, ведется разработка системы сбора, хранения и визуализации данных о рефлекторных реакциях человека. 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 – разработка мобильных автономных комплексов оперативного мониторинга различного назначения с применением технологий искусственного интеллекта для обработки и интерпретации данных и поддержки принятия решений в реальном времени. Используемые методы и средства мониторинга прошли валидацию в ходе натурных испытаний в Арктической зоне РФ.
  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
- Разработка мультиагентной платформы сервисов интеллектуального трейдинга самоорганизующихся микроэнергетических систем – создание программно-аппаратного комплекса с элементами Internet of Energy и вывод на рынок услуги энергетической гибкости (перераспределение энергоресурсов для снижения объема дизельной генерации и создания энергетического баланса). Разработан экспериментальный демонстрационный образец платформы, который способен моделировать процесс управления гибридным энергокомплексом. Данный комплекс введен в опытную эксплуатацию в населенном пункте ЯНАО. По результатам опытной эксплуатации будет принято решение о доработке и тиражировании данного решения в регионе и за его пределами.
  https://ai.mipt.ru/projects/multiagentnaya_platforma_intellektualnogo_treydinga_dlya_energosistem
- Модули для интеллектуальной системы управления городской инфраструктурой – разработка аппаратно-программного комплекса автоматизации управления энергоресурсами, безопасностью, с применением беспроводной телеметрической сети типа LPWAN, а также автотранспортом и другими подвижными объектами с применением сетей и технологий V2X, 5G, интеллектуальных приборов и технологий искусственного интеллекта. В ходе работ была получена методика применения беспроводных сетей типа LPWAN; 2) технические требования и предложения по разработке и производству приборов RSU (неподвижных агентов интеллектуальной транспортной системы).
  https://ai.mipt.ru/projects/moduli_dlya_intellektualnoy_sistemy_upravleniya_gorodskoy_infrastrukturo...

Образовательная деятельность

За 2018-2020 гг. в Центре было подготовлено более 300 специалистов в рамках общеобразовательных программ Центра, а также более 500 специалистов – в рамках дополнительных образовательных программ Центра. Специалистами Центра разработано и запущено 5 новых программ магистратуры (две из них на английском языке), 4 учебные дисциплины в рамках программ бакалавриата и магистратуры, 10 новых программ дополнительного профессионального образования, а также 3 дополнительные образовательные программы взрослых и детей.

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 2000 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.