Вы, возможно, помните кадры из фильма "Дело было в Пенькове", где главный герой — комбайнер — представляет себе, как будет управлять беспилотными комбайнами будущего. И представляет, кстати, весьма правдоподобно: крутя рычажки и нажимая на кнопки на некоем подобии панели управления, он контролирует ситуацию в полях с помощью гигантского монитора. Фильм выпущен в 1958 году, а в 2020-м мы видим, как работают российские беспилотные комбайны.
Комбайны, которым спутники не нужны
В конце августа 2019 года комбайн Acros 585 успешно прошел эксперимент по уборке урожая зерновых в окрестностях села Карбышево Томской области. Это первый в мире беспилотный комбайн, для управления которым не требуется спутниковая связь, — он оснащен системой Cognitive Agro Pilot, которая анализирует происходящее при помощи видеокамеры и искусственного интеллекта. и позволяет избегать столкновений с посторонними объектами, техникой, людьми и животными.
Искусственный интеллект комбайна является разработкой группы компаний Cognitive Technologies. Сотрудники томского отделения компании, которые имели свои наработки и понимание сельхозпроцессов в регионе, адаптировали систему управления под суровые сибирские условия и внедрили ее. Это было первое реальное внедрение.
Идея использования технологии автономного управления беспилотным транспортом для сельского хозяйства родилась в 2015 году.
Тогда Cognitive занималась созданием систем беспилотного управления пассажирским автотранспортом на основе нейронных сетей глубокого обучения. Понимая, что в задаче распознавания нейронной сетью типы объектов для автотранспорта, рельсового транспорта и сельского хозяйства (локомотивы, грузовики, автомобили, тракторы, комбайны, трамваи, а также рельсы и колея) во многом одинаковы, компания решила расширить линейку своих продуктов на эти направления.
"Комбайнер в начале своей работы, возможно, и не уступает комбайну с искусственным интеллектом. Но через пару часов уборки и тем более ближе к вечеру точность ручной обработки начинает сильно снижаться. В итоге у агрохозяйства растут ресурсные затраты, в частности, на топливо — необходимо больше делать проходов, больше тратить времени. Кроме того, автоматическая обработка позволяет сократить потери урожая до 30–35%. В чем уникальность нашей системы — она работает как опытный механизатор в течение всего дня и даже в период сумерек, при любых погодных и световых условиях, не устает, не пьянствует, не истерит по бытовым проблемам", — сказала Альфия Каюмова, вице-президент по корпоративному развитию и инвестициям компании-разработчика Cognitive Technologies.
Она уточнила, что в отличие от аналогов система технического зрения Cognitive Technologies может работать с одной видеокамерой, не используя сигнал GPS, с любым видом сельхозкультур и любой техникой — от уборочной до опрыскивающей. Пока подобных результатов не достиг ни один из разработчиков агророботов. В настоящее время на разработку поступило более 60 тыс. предзаказов из-за рубежа — из Южной и Северной Америки, Европы и Китая.
Томское подразделение Cognitive Technologies также преступило к мелкосерийному производству 4D-радаров, уникальных датчиков, которые еще называют третьим глазом для беспилотников для их опытного внедрения международными компаниями. В отличие от всех зарубежных аналогов устройство может определять высоту и форму объектов в любую погоду, при любой скорости движения и на больших дистанциях. Работы проводились также в сотрудничестве с исследовательскими группами Томского госуниверситета систем управления и радиоэлектроники.
Решение Cognitive Agro Pilot для беспилотного управления сельскохозяйственной техникой было внедрено в ряде ведущих агрохозяйств Томской области. В их числе ООО "Агро", ОАО "Агрохолдинг Томский", ООО "Сибирское молоко", СПК Межениновский.
"В процессе совместной работы мы сформировали “дорожную карту” проектов, целью которой являлся переход сельскохозяйственных предприятий к новому технологическому укладу, повышению производительности труда и минимизации производственных потерь", — говорит Андрей Гельцер, руководитель подразделения Cognitive Technologies в Томске.
Ее установка позволила механизаторам передать управление техникой автоматике и сосредоточиться на режимах и процессах качественной обработки зерна. Важно, что впервые решение такого класса было применено в условиях сложных мелкоконтурных полей с переменным рельефом, которые характерны для сибирского и других регионов России и многих стран мира.
Беспилотное ЧОП
Помимо комбайнов в Томске были созданы и беспилотники-охранники. Это дроны, которые не нуждаются в управлении оператора и при помощи того же технического зрения выявляют беспилотники-нарушители. Комплекс, разработанный в Томском государственном университете, включает в себя как летающие, так и наземные дроны.
Воздушные беспилотники-охотники обнаруживают, идентифицируют и отслеживают нарушителя при помощи средств технического зрения, а после либо блокируют сигнал шпиона, либо стреляют в него специальной сеткой и уносят в нужное место.
Если вес захватываемого устройства — более 10 кг, то его нейтрализуют и при помощи парашюта спускают на землю. Там устройство подбирает роботизированная платформа на гусеничном ходу.
"Летающий "сторож" разработан для пресечения промышленного шпионажа на территории стратегически важных объектов: предприятий атомной и машиностроительной промышленности, топливно-энергетического комплекса. Наряду с этим его функционал может найти применение в полиции и у отделов специального назначения", — рассказали в пресс-службе вуза.
ИИ против рака
"Ученые лаборатории биофотоники Томского государственного университета совместно с онкологами Томского научно-исследовательского медцентра (ТНИМЦ), куда входят все медицинские НИИ региона, разработали новый подход к диагностике аденокарциномы — злокачественной опухоли предстательной железы.
Для выявления онкопатологии и определения стадии заболевания в данном подходе используется искусственный интеллект. Компьютерную модель с помощью машинного обучения научили со стопроцентной точностью различать здоровые ткани и патологию", — сообщили в пресс-службе Томского госуниверситета.
Такой точности удалось добиться путем долгих тренировок искусственного интеллекта.
"Обычно с образцами биопсии простаты работают несколько человек, после изучения срезов они выносят коллегиальное решение, — рассказывает исполнительный директор Института биомедицины ТГУ Юрий Кистенев. — Человеческий фактор никто не отменял, из-за субъективной оценки бывают ошибочные заключения. Мы попробовали решить эту проблему с помощью IT-технологий — разработали компьютерную модель и посредством машинного обучения научили ее выявлять аномальные участки, используя для этого такой инструмент, как терагерцовая спектроскопия".
В процессе анализа, говорит Кистенев, искусственный интеллект не только выявляет наличие раковых клеток, но и проводит оценку опухоли по шкале Глисона. Она традиционно используется при диагностике рака простаты для определения степени злокачественности процесса по шкале от 1 до 10, что важно для составления прогноза течения болезни.
Чтобы ИИ научился разделять норму и патологию, компьютерную модель тренировали на образцах здоровой и пораженной ткани, которые предоставил НИИ онкологии ТНИМЦ.
"Проверку его способности к верификации аденокарциномы проводили на той части образцов, которая не использовалась в обучении. Оценку злокачественности процесса проводили для образцов, имеющих оценку 4 и 8 по шкале Глисона. При этом точность дифференциальной диагностики составила 100 процентов", — подчеркнула один из исполнителей проекта, аспирантка ТГУ Анастасия Князькова.
По мере накопления данных модель сможет проводить оценку опухоли по всей шкале Глисона, после чего новый инструмент можно внедрять в клиническую практику. Как отмечает Юрий Кистенев, подход является универсальным, то есть его можно использовать и для диагностики других видов онкологических заболеваний — например, его уже опробовали в диагностике меланомы. Главное — иметь достаточное количество обучающего материала, т.е. образцов с нормальной и патологической тканью.
Топливные отходы Второй мировой войны
Технология аэрощуп работает на основе распылителя воздуха и при помощи пузырьков воздуха поднимает со дна на поверхность нефть и отходы топлива. Она автоматически проводит диагностику водоемов и составляет карты загрязненных территорий. Для проведения очистных работ на большом объекте достаточно команды из пяти человек.
Ученые уже испытали аэрощуп на территории Ханты-Мансийского автономного округа и смогли уменьшить концентрацию углеводородов на дне одного из озер в 50 раз. В этом году устройство прошло госэкспертизу и вышло не только на российский рынок, но и на зарубежные площадки.
Как уточнил один из авторов разработки, директор Биологического института ТГУ Данил Воробьев, в настоящее время технология может работать только в реках и озерах, но уже дорабатывается версия для морских пучин. Об использовании аэрощупа уже ведутся переговоры с учеными и предпринимателями из Германии, Польши, Норвегии и Шотландии.
"Это порты, где шла заправка и были проливы нефтепродуктов. Нам присылали материал из Польши — там ученые занимаются проблемой загрязнения Балтийского моря: затопленные во Вторую мировую корабли выпускают топливо — нефть и мазут, и оно растекается по дну. Планируем им предложить решение", — пояснил Воробьев.
В 2020 году, помимо покорения европейских рынков, аэрощуп планируется доработать для решения вопроса с загрязненностью микропластиком рек и морей.
Сейчас это огромная проблема для всего мира, и даже арктические моря, куда впадают реки с континента, начинают заполняться микропластиком — результатами распада пластиковых отходов (банально — пластиковых бутылок и полиэтиленовых пакетов).
От данной проблемы страдает большинство обитателей Мирового океана, а сильнее всего — фауна Марианской впадины (11 км ниже уровня моря). Отходы их отравляют, вызывая болезни и ускоряя гибель.
Как уточнил Воробьев, аэрощуп можно использовать и для того, чтобы при помощи пузырьков воздуха собирать и поднимать на поверхность частицы пластика в тех случаях, когда другими способами уже не справиться.
Экологичный пластик
Кроме аэрощупа томичи создали пластик, который в будущем может помочь вообще забыть о такой проблеме.
"Наш пластик разлагается в обычной среде до углерода и углекислого газа в течение пяти лет. В настоящий момент биополимеров, которые полностью разлагаются за такой срок, в мире не существует. В нормальных, природных условиях пластик почти не разлагается и на этот процесс потребуется от 400 до 600 лет", — сообщил советник ректора ТГУ Константин Беляков.
По словам Белякова, при этом внедрение новой технологии на производство полимеров не потребует приобретения нового оборудования — все можно будет изготовить на уже имеющихся мощностях. "Полученный продукт будет примерно в той же ценовой категории, что и обычный полиэтилен", — отметил Беляков.
Сейчас томские химики готовятся к промышленному производству биодеградируемого пластика.
"Микроволновка" от обморожений
Обморожения — большая проблема северных регионов, на их долю приходится 10–15% всех травматических случаев. При этом лечение может затягиваться на два месяца и даже более, влетает в копеечку, а почти в 90% случаев приводит к инвалидности.
Ученые Томского государственного университета нашли способ борьбы с этой проблемой при помощи СВЧ-излучения. Есть уже спасенные люди — например 27-летний пациент медсанчасти №2, которому спасли ногу.
Основная проблема в том, что при обморожении ткани промерзают очень глубоко, и, когда люди начинают греть отмороженную конечность, повышается температура кожи и раскрываются самые близкие к ней сосуды, а внутри сосуды остаются замороженными. В результате происходит их разрыв.
Слабое СВЧ-поле очень быстро прогревает обмороженную конечность не только сверху, но и изнутри.
Как рассказал один из разработчиков, профессор кафедры радиоэлектроники ТГУ Григорий Дунаевский, разработка прибора, который при помощи микроволн спасает людей, началась еще в 2006 году — совместно с Томским военным медицинским институтом (ТВМИ).
В 2011 году ТВМИ закрыли, и разработку для военных медиков пришлось свернуть. В 2016 году ученые томского вуза решили возобновить работу совместно с бывшими коллегами из ТВМИ, которые перешли на работу в медсанчасть №2 в Томске. К концу 2018 года устройство было разрешено испытать на людях, его разместили во 2-й медсанчасти.
"В начале 2019 года медсанчасть дежурила по скорой, и к ним привезли 27-летнего пациента. Парню грозила ампутация ладоней и стоп. После нашего лечения ушел сам, моторика пальцев тоже сохранилась", — рассказал Дунаевский.
Он добавил, что в мире аналогов у данного прибора нет. В 2020 году ученые намерены доработать и улучшить технологию, чтобы в последующие годы получить медицинский сертификат и запустить разработку в массовое производство. О таком намерении, несмотря на сроки ожидания в несколько лет, уже заявили ижевский завод "Аксион" и томский "Микран".
Вадим Белозерцев