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

Деятельность Центра направлена на создание востребованных рынком отраслевых продуктов на базе технологий искусственного интеллекта. Можно отметить несколько наиболее интересных примеров практического использования разработок

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. По итогам 2023 года количество скачиваний библиотеки DeepPavlov составило 602 000 установок.

В 2021 году Программный 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. В 2024 году объект окончательно введен в эксплуатацию и передан на баланс администрации Приуральского района. 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. В январе 2024 года в арктическом регионе на борту атомохода «Ямал» успешно прошли итоговые приемо-сдаточные испытания, по итогам которых до конца 2024 года будут осуществлены первые поставки комплексов на суда ФГУП «Атомфлот».

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. В 2023 году география использования разработанной системы увеличилась с 6 до 35 ООПТ федерального значения, в том числе Алтайский государственный заповедник, Государственный заповедник «Хакасский», Национальный парк «Лосиный остров», Байкальский государственный природный биосферный заповедник и многие другие.

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 2023 - 2024 гг. выполняются работы по расширению функционала системы управления расписанием.

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.

В 2023 году выполнен проект по заказу ФГБУ «ВНИИ «Экология» по теме «Расчет показателей выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от автономных источников тепла частного сектора, для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы путем определения количества и местоположения частных жилых домов на территориях городских поселений и городских округов с применением материалов спутниковой съемки и аэрофотосъемки посредством беспилотных летательных аппаратов и методов автоматизированного дешифрирования». Выполнено обследование 26 городов в восточных регионах РФ с целью установления объемов выбросов загрязняющих веществ автономными источниками тепла на твердом топливе в частном секторе жилой застройки. Работы проводились на основе интеграции данных спутникового дистанционного зондирования и мониторинга БПЛА при помощи технологий искусственного интеллекта в кооперации с технологическими партнерами МФТИ – ООО «ГеоАлерт» и ООО «МФТИ АЭРО».

Создание и лицензирование РИДов

Количество созданных за время работы Центра объектов интеллектуальной собственности: 85 программ для ЭВМ, 2 базы данных, 10 ноу-хау и 4 патента на изобретение. Количество РИД, права на которые были переданы в рамках лицензионных соглашений: 55 соглашения. Полученный доход по лицензионным соглашениям Центра составил более 100 млн. руб.

Консорциум

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. В 2023 году Центром обеспечена подготовка 356 специалистов по основным образовательным программам высшего образования и программам дополнительного профессионального 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.