Центры компетенций НТИ: какие технологии поддерживает программа
Программа государственной поддержки Центров компетенций Национальной технологической инициативы стартовала в 2017 году. Ее цель — преодоление технологических барьеров для достижения лидерства российских компаний на глобальных рынках НТИ. Сопровождением и мониторингом деятельности Центров компетенции НТИ занимается Российская венчурная компания.
В рамках грантовой поддержки центров НТИ на базе вузов и научных организаций на 2017-2020 годы правительство России выделяет 7,8 миллиардов рублей. Средства распределяются на комплексные научно-исследовательские и опытно-конструкторские проекты; мероприятия по обеспечению правовой охраны, управлению правами и защите результатов интеллектуальной деятельности; образовательные программы, направленные на формирование компетенций, необходимых для развития рынков НТИ, а также мероприятия по развитию информационной, научной, научно-технической и инновационной инфраструктуры НТИ.
Первый конкурсный отбор в рамках программы состоялся в конце 2017 года — тогда были определены шесть Центров компетенций НТИ, четыре из которых сформированы на базе вузов и два — на базе научных организаций.
В этом году было решено провести дополнительный конкурсный отбор Центров компетенций НТИ и расширить количество «сквозных» технологий. Отбор стартовал в марте 2018 года. Заявки подавались в рамках восьми направлений, в их числе технологии хранения и анализа больших данных; технологии распределенных реестров (блокчейн); технологии беспроводной связи и «интернета вещей»; технологии компонентов робототехники и мехатроники; технологии сенсорики; технологии квантовой коммуникации; технологии транспортировки электроэнергии и распределенных интеллектуальных энергосистем; а также технологии машинного обучения и когнитивные технологии.
Подать заявку на второй конкурс вузы и научные организации могли до 31 марта 2018 года. Всего на дополнительный конкурсный отбор поступило 49 заявок. Победители определялись конкурсной комиссией, сформированной Министерством образования и науки России, по нескольким критериям: значимости планируемой научно-исследовательской деятельности и образовательных программ, устойчивости экономической модели деятельности Центра и ряду других.
Необходимым условием для подачи заявки и реализации проекта являлось создание консорциумов с представителями бизнеса, образовательными и научными организациями. Участники консорциумов вовлекаются в деятельность Центров компетенций НТИ, в том числе определяют конкретные проекты и направления деятельности с учетом перспектив их коммерциализации.
В рамках программы победители конкурсного отбора получают грантовую поддержку научно-исследовательской деятельности и образовательных программ. Итоги конкурса были подведены в конце апреля. Победителем по направлению «Технологии машинного обучения и когнитивные технологии» стал Университет ИТМО.
Национальный центр когнитивных разработок: как Университет ИТМО и партнеры будут развивать когнитивные технологии
Машинное обучение и когнитивные технологии — это совокупность методов и средств создания систем, которые способны обучаться, способствовать принятию решений и принимать их, а также обеспечивать развитие способностей человека при работе с интеллектуальными и творческими задачами в условиях неопределенности и неполноты информации. Такие системы могут использоваться, например, для освобождения человека от рутинных действий, управления сложными объектами и процессами в условиях ограниченных ресурсов и времени, обработки больших объемов сложно формализуемой информации, а также построения цифрового интерактивного информационно-технического пространства.
Эта область основана на семействе опорных технологий. К ним относятся самообучаемые и самоорганизующиеся формальные системы (включая нейросетевые и мультиагентные системы), системы поддержки и принятия решений на основе анализа и синтеза данных и знаний (рекомендательные системы и системы предсказательного моделирования), а также направления, включающие в себя предсказание действий пользователя и персональные помощники, распознавание аудио- и видеообразов, игровой интеллект, виртуальные миры и многое другое.
В ближайшие годы эти технологии будут играть принципиальную роль при создании новых продуктов и услуг на рынках НТИ, отмечает Александр Бухановский, директор мегафакультета трансляционных информационных технологий, директор научно-исследовательского института наукоемких компьютерных технологий, заведующий кафедрой высокопроизводительных вычислений Университета ИТМО.
Он добавляет, что Университет ИТМО обладает существенным заделом для развития и продвижения когнитивных технологий. Так, по данному направлению ученые вуза за последние три года опубликовали более 250 работ, индексируемых в базах WoS/Scopus, совокупный объем НИОКТР по тематике, связанной с машинным обучением и когнитивными технологиями, составляет более 1,4 млрд рублей. Исследования в данной области традиционно выполняются различными подразделениями Университета ИТМО: кафедрами компьютерных технологий, речевых технологий, высокопроизводительных вычислений, а также на базе структурного подразделения — НИИ Наукоемких компьютерных технологий, где реализовано опытное производство программного обеспечения, а также инфраструктура сбыта наукоемкой продукции.
Работа в этом направлении, а также уже сложившиеся связи с исследовательскими, образовательными организациями и индустрией позволила организовать консорциум, в который сейчас входят 18 участников, в том числе ведущие компании России, научные центры и крупные университеты. Члены консорциума формируют экосистему Национального центра когнитивных разработок. Его главные задачи — объединение усилий ключевых участников рынков НТИ для проведения научных исследований и опытно-конструкторских разработок, реализация на их основе образовательных программ подготовки кадров в области машинного обучения и когнитивных технологий, развитие механизма оценки и сертификации этих технологий, а также создание доступного инфраструктурного обеспечения.
Как будет строиться работа Национального центра когнитивных разработок
Все задачи 18 участников консорциума четко распределены и привязаны к проектной тематике. Постановщики задач, или инициаторы, представляют собой содержательные аспекты рынков и инициируют прорывные исследования и разработки. В эту категорию входит ряд ведущих компаний России, ставшие членами консорциума, — МТС, Mail.ru, «Газпромнефть НТЦ», «Национальный центр информатизации» ГК «Ростех» и ряд других.
Разработчики, или соисполнители (Институт прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН, Институт системного программирования РАН и другие участники консорциума), реализуют проекты Национального центра когнитивных разработок с помощью собственных компетенций.
Диссеминаторы транслируют и применяют результаты деятельности центра в образовательной сфере. Такую задачу вместе с Университетом ИТМО в рамках консорциума реализуют «Национальный центр электронного образования» ГК «Ростех», а также ряд крупных вузов России — Нижегородский государственный университет имени Лобачевского, Дальневосточный федеральный университет, Московский государственный технологический университет «Станкин» и другие.
Партнерами Центра являются потребители продукции (Федеральный испытательный центр (ПАО ФИЦ), компании «ЦентрПрограммСистем», «Дистанционная медицина», «Генотек» и другие), а также инвесторы, в том числе «ВЭБ Инновации», «Цифра», Фонд «Сколково», «Технопарк Санкт-Петербурга» и другие.
Десять ключевых проектов Национального центра когнитивных технологий
Программа Национального центра когнитивных разработок рассчитана на пять лет (2018 — 2022 гг.). В течение этого времени планируется решить ряд прикладных задач путем применения технологий машинного обучения и когнитивных технологий. В настоящий момент авторы программы уже выделили десять ключевых прикладных проектов, на реализацию которых будут направлены усилия участников консорциума. Под каждый проект сформирована команда Университета ИТМО, а также подобрана команда предприятий, научных и образовательных центров, задача которых — формировать внешнюю экосистему.
«Изначально мы поставили цель рассматривать стратегию развития центра не с точки зрения продуктов, а с точки зрения системообразующих технологий, которые могли бы применяться в различных предметных областях. Эти технологии позволят преодолеть технологические барьеры, то есть объективные ограничения, затрудняющие трансляцию результатов исследований в практику. Одним из главных барьеров в этой области является отсутствие систематизации, методов и критериев оценки качества, понятий эталона, — комментирует Александр Бухановский. — А это значит, что, с одной стороны, мы должны разработать теоретические основы для унифицированного описания технологий на всех этапах их жизненного цикла, с другой стороны — обеспечить их практические возможности, покрывающие потребности широкого фронта приложений, и в-третьих, все это должно быть применимо в разных областях знания. Как следствие, мы строим стратегию развития Центра на наборе косвенно связанных между собой подпроектов, каждый из которых имеет своих инициаторов (это представители индустрии, те компании, которые реально знают, что им нужно), исполнителей — НИИ и вузов, дессиминаторов, которые будут на основе этих технологий обучать студентов, а также потребителей, которые впоследствии смогут купить уже разработанный продукт и им воспользоваться».
Например, один из таких проектов, инициатором которого выступает Национальный Медицинский Исследовательский Центр им. В. А. Алмазова, посвящен интеллектуальным технологиям P4-медицины (Personalized, Preventive, Predicitve, Participatory). Его цель — разработать, апробировать и внедрить комплекс решений для медицины, который способен покрыть полный цикл оказания медицинской помощи в различных масштабах — от поддержки принятия решений при экстренных операциях до наблюдения хронических пациентов на дому. Проект предполагает создание технологии обработки и интерпретации медицинских изображений из различных источников, а также в перспективе разработку методов персонифицированного подбора и конструирования лекарственных препаратов на основе данных геномного секвенирования.
Отметим, что Университет ИТМО уже сотрудничает с Центром Алмазова по ряду проектов. Еще два года назад его специалисты совместно с научно-исследовательским институтом наукоемких компьютерных технологий начали работу по организации системы управления флотом машин скорой помощи в Петербурге. Его главная цель — правильная оценка факторов, от которых зависит оперативная госпитализация пациента (подробнее о том, как информационные технологии уже помогают оптимизировать работу медицинского центра, можно прочитать здесь).
Другие проекты, реализуемые в рамках научно-исследовательского направления Национального центра когнитивных разработок, включают создание интеллектуальных технологий биометрии нового поколения, масштабируемые технологии разговорного интеллекта (в том числе, например, конструирование проблемно-ориентированных чатботов), когнитивные обучающие технологии нового поколения (например, мультимодальные системы измерения профессиональных компетенций), интеллектуальные технологии транспорта будущего и ряд других. Широкий спектр разрабатываемых проектов и технологий делает их интересными для целого ряда областей — от промышленных производств, транспорта, сельского хозяйства и добычи природных ископаемых до социальной сферы, образования, здравоохранения, ритейла, маркетинга и сферы развлечений, добавляет Александр Бухановский.
«Несмотря на кажущееся разнообразие формулировок задач для различных предметных областей, все они являются интердисциплинарными и сводящимися к понятным житейским постановкам, из разряда — “А как мне лучше строить жизненный цикл своего объекта?”, “Как мне сделать так, чтобы сотрудники были счастливы и эффективны одновременно?”, “Как мне повысить прибыль и минимизировать риски?”. Эти задачи решаются комплексно с помощью информационных технологий и c учетом знаний о поведении, принятии решений, мышлении человека. При этом речь идет именно об имитации (а не прямом моделировании) процессов мышления. Смысл машинного обучения — не научить машину мыслить, как человек, а искусственным путем воспроизвести на ней приемы, которые характерны для человеческого мышления в ходе обработки и интерпретации информации и которые нельзя напрямую описать формальными причинно-следственными моделями», — говорит он.
По каждому подпроекту намечено получение нескольких независимых результатов интеллектуальной деятельности. В соответствии с программой Национального центра когнитивных разработок в конце каждого года планируется создание конкретных объектов интеллектуальной собственности, которые будут переданы заказчикам, причем по каждому проекту заказчиков может быть несколько. На первом собрании Консорциума Центра его участники определят последовательность работ в соответствии с бизнес-задачами инициаторов проектов и приступят к разработке.
Образовательное направление
Еще одним важным аспектом деятельности Центра станет развитие образовательного направления в области технологий машинного обучения и когнитивных технологий.
«Смысл любого Центра НТИ — это решение трех ключевых задач. Первая — это взлом технологических барьеров, что можно сделать только благодаря проактивной научно-исследовательской деятельности. Вторая — это создание предпосылок и технологий для того, чтобы насыщать рынки НТИ новой продукцией. И наконец, последняя — это снабжение бизнеса кадрами, которые могут эффективно использовать и развивать данную продукцию, — продолжает Александр Бухановский. — Поэтому, помимо научного направления, Национальный центр когнитивных технологий реализует и образовательное направление. Мы ставим перед собой задачу обеспечить действительно массовый выпуск специалистов в области когнитивных технологий — к завершению планируемого этапа работы центра предполагается выпуск 6500 специалистов высшей квалификации. Выполнить эту задачу, как вы понимаете, можно только совместно с партнерами — высшими учебными заведениями».
С одной стороны, образовательное направление будет решать задачу подготовки специалистов IT-профиля, которые ориентированы на работу в области машинного обучения и когнитивных технологий, а с другой – Центр также рассматривает возможность создания сетевых программ на стыке разных предметных областей и когнитивных технологий. Именно поэтому консорциум объединил вузы, специализирующиеся не только на информационных технологиях. Магистранты и аспиранты, обучающиеся в вузах-участниках консорциума, уже с первого года обучения получат возможность принять участие в научных проектах, реализуемых в рамках программы Центра.
Инфраструктурное направление
И наконец, третьим направлением деятельности Национального центра когнитивных разработок станет создание инфраструктуры, необходимой для системного развития технологий машинного обучения и когнитивных технологий в России. Как отмечают разработчики программы Центра, такая инфраструктура в настоящее время не может быть сформирована на основе имеющихся на рынке решений. Именно поэтому для ее создания предполагается запуск трех технологических проектов по основным направлениям развития — это «данные», «вычисления» и «цифровая платформа». Эти проекты выполняются параллельно с ключевыми научными проектами Центра и используют их результаты для решения инфраструктурных задач.
«Центр не только должен выполнять собственные исследования и разработки, но и помогать наладить работу другим организациям в данном направлении. Для этого, в первую очередь, необходимо прививать правильные навыки выполнения таких проектов, — рассказывает Александр Бухановский. — В области когнитивных технологий это связано с обеспечением валидируемости и тиражируемости разрабатываемых методов и технологий, что требует эталонных массивов данных по различным прикладным направлениям. Поэтому мы ставим задачу создания инфраструктуры хранения и обработки больших данных, как самой системы, так и ее насыщения».
Для того, чтобы изучать и валидировать разные технологии, необходимы средства для создания цифровых образов объектов и систем — своего рода «виртуального мира», в котором можно нетравматично экспериментировать с различными методами, моделями и алгоритмами. Поэтому еще одной задачей в этом направлении становится создание суперкомпьютерной среды для работы с виртуальными полигонами, что поможет смоделировать масштабные процессы реального мира и протестировать различные объекты и системы.
Кроме того, в рамках Центра будет разработана цифровая платформа сопровождения исследований и разработок — система нового поколения для организации, ведения и управления проектами в области когнитивных технологий и машинного обучения. Как отмечает Александр Бухановский, в рамках работы Центра специалисты Университета ИТМО получают возможность использовать уже имеющиеся наработки и идеи для реализации такого рода масштабных задач. Помимо этого, в рамках направления будут решаться задачи проработки методов сертификации в области когнитивных технологий и машинного обучения — причем как сертификации самих разработок, так и специалистов, занятых в этой сфере.
