Путь в науку и в PI

Когда я окончил школу ― не понимал, кем хочу быть. Мне хорошо давались гуманитарные предметы ― история, психология, но казалось, что, получив техническую специальность, я смогу принести больше пользы мировому сообществу. Это было просто мое внутреннее ощущение ― на зарплаты в этой сфере даже не смотрел. В итоге поступил в ИТМО ― учился здесь по специальности «Физика и техника оптической связи», тогда она реализовывалась на инженерно-физическом факультете.

На первых курсах я работал грузчиком, раздавал листовки, а на третьем ― решил, что пора уже начать что-то делать по профессии. Иначе совсем непонятно ― зачем тогда я ее получаю? В те годы довольно много студентов уходили в другие сферы во время учебы и после выпуска, но мне не хотелось повторять этот путь. Поэтому пришел в лабораторию буквально со словами: «Дайте мне что-то поделать, я хочу поработать по специальности». И так получилось, что как раз тогда у нас зарождался проект гироскопа.

В то время у нас практически ничего не было, кроме желания, и нужно было с нуля создать условия для изготовления высокотехнологичного прибора. Мы решали огромное количество прикладных и исследовательских задач. Сначала я работал больше с оптикой ― занимался стыковкой и юстировкой, полировкой оптических волокон, интерферометрией. А позже оказалось, что для проекта нужно писать много прикладного ПО. Этим предложили заняться мне, и я согласился. Конечно, успехи пришли не сразу ― целый год у меня ничего не получалось, было много ошибок и забавных историй. Только к концу пятого курса я почувствовал, что мне это нравится. Но, что характерно, за эти годы ничего не изменилось ― я по-прежнему хочу заниматься этим направлением.

Постепенно появлялось больше задач, и я стал не только работать над исследованиями сам, но и набирать команду ребят. Работать со студентами как научный руководитель я начал достаточно рано. Это произошло совершенно органично: мне нравилось преподавать, работать в команде, смотреть, как прогрессируют ее участники, решать проблемы ― я получаю удовольствие от того, что я кому-то принес пользу. Мне важно, что чувствует каждый человек в коллективе, поэтому стараюсь подходить к управлению индивидуально. Наверно, мой личный путь к тому, чтобы стать PI, начался сразу, как только у меня появился первый студент. А дальше я понял, что у меня получается формировать команду и развивать ее.

Сейчас в моей лаборатории работает порядка 20 человек, большая часть ребят ― мои ученики.

Собственное производство в университете и приборы на уровне лучших международных аналогов

Наша лаборатория входит в состав Высшей инженерно-технической школы ИТМО и реализует несколько разноплановых проектов. В целом мы занимаемся высокоточными навигационными системами, датчиками, технологиями связи. При этом у нас есть неписанное правило: все свои научные разработки мы стараемся довести до внедрения, а еще лучше ― до производства и коммерческой реализации. Поэтому вся наша научная деятельность имеет прикладной характер.

Один из самых масштабных проектов — волоконно-оптический гироскоп. Почти у всех сегодня есть смартфоны, в каждом смартфоне обычно стоят акселерометры и гироскопы ― это нужно, чтобы определять положение устройств в пространстве. Если же вы пользуетесь спутниковой навигацией, для этого вам, конечно, понадобится нормальная связь со спутником. К сожалению, обеспечить ее получается далеко не всегда ― вы въехали в тоннель, и всё, связь теряется. Иногда нужно, чтобы навигация работала независимо от спутника. А еще часто необходимо, чтобы она была точной. Технологии, которые используются в современных смартфонах, могут обеспечить точность порядка градуса в час, не больше. Вполне достаточно для обычного пользователя, но если решать задачи для подводного флота, в космосе, это очень мало. Наш волоконно-оптический гироскоп позволяет обеспечить точность до сотых или даже тысячных градуса в час.

И это уже не просто исследование, это реальные системы, которые производятся и используются более семи лет. За это время было создано как минимум три поколения приборов. А начиналось все с того, что это надо было для начала хоть как-то собрать, защитить от воздействия температуры ― хоть чем, пусть даже шубой из шерсти. Сейчас же мы пришли к тому, что у нас есть отечественные навигационные системы на уровне лучших зарубежных результатов. И основной элемент в них ― это наш гироскоп.

Еще одно знаковое направление ― создание квантовых усилителей. И у нас уже налажено производство таких систем ― оно располагается прямо здесь, в ИТМО. Эти усилители ― часть большого проекта строительства трансарктической подводной волоконно-оптической линии связи Мурманск ― Владивосток «Полярный экспресс».

Проект предполагает, что с Кольского полуострова до Камчатки и далее до Владивостока по северному морскому пути будут прокладываться линии волоконно-оптической связи. Расстояния бешеные, как в этих условиях удастся сохранять сигнал? Решить эту проблему помогут квантовые усилители, которые будут устанавливаться под воду в кабели с определенной периодичностью.

Это очень сложные приборы, аналогов которым в мире очень мало. Например, их производит японская компания NEC, но не продает их в Россию. Мы уже разрабатываем, производим и поставляем нашим заказчикам собственные усилители, которые по качеству сопоставимы с лучшими примерами на рынке.

Среди других проектов ― волоконно-оптическая коса. Это целая система для исследования шельфа на наличие полезных ископаемых. Работает всё так: за кораблем в море тянутся волоконно-оптические «косы», длина которых может достигать нескольких километров. Они улавливают специально сгенерированные сигналы, которые проходят через воду и отражаются от морского дна. Полученную картину расшифровывают, формируется рельеф дна в реальном времени.

На перспективу. Сейчас разработка, которая наиболее увлекает, ― это энкодеры и вообще оборудование, которое позволит создавать более высокоточные отечественные станки лазерной обработки. Это нужно в разных сферах ― от маркировки и микрофрезеровки до сверхточной обработки, например ― прецизионной резки лопаток турбин газотурбинных двигателей. Для этого необходим многокоординатный позиционер, он должен работать на большой скорости, также нужны различные датчики ― линейных перемещений, угла поворота, платы ― контроллеры движения. Все это еще предстоит разработать, это большое направление, которое развивается и имеет большие перспективы.

Как устроена лаборатория

Две лаборатории Высшей инженерно-технической школы занимают бОльшую часть площадей одного из корпусов ИТМО (Новоизмайловский проспект, 34 к.3). Я руковожу лабораторией «Моделирования и программирования» (у нас команда программистов), но мы очень тесно работаем с коллективом лаборатории «Программируемой электроники» (руководитель ― Артем Сергеевич Алейник). Проще говоря, мы делаем приборы, где они создают электронику, а мы ее программируем. Мы постоянно взаимодействуем на всех этапах реализации проекта.

Несмотря на то, что мы занимаемся программированием, группа работает с большим количеством разного оборудования ― это отладочные платы с программируемыми интегральными схемами, дочерние платы различных видов (видеокамеры, мультитач-дисплеи, оптические трансиверы и многое другое), осциллографы, спектроанализаторы, мультиметры, генераторы сигналов произвольной формы и так далее.

Иван Дейнека демонстрирует работу системы обработки видео в реальном времени на базе построения пространства Хафа. Типичные применения системы ― машинное зрение, анализ поверхностей, контроль пористости, подсчёт количества мелких деталей. Видео: Дмитрий Григорьев / ITMO.NEWS

Задачи PI

Рабочий день каждого PI, конечно, проходит сильно по-разному. В мою группу входят высокоуровневые программисты, которые, главным образом, решают задачи приёма, постобработки и визуализации данных с использованием языков программирования С и С++, а также низкоуровневые программисты, «хардверщики», которые реализуют алгоритмы управления и обработки сигнала в железе с применением языков описания аппаратуры. В течение дня мне нужно пообщаться с обеими командами и понять, как обстоят дела с проектами. Работа PI ― это в принципе очень много общения с людьми.

Наши лаборатории живут не благодаря грантам, а за счет проектов с индустриальными партнерами. И именно это позволяет обеспечивать финансовую устойчивость нашей работы. Поэтому очень важная часть моей деятельности ― это контролировать и способствовать выполнению этих проектов. Всегда нужно искать новые проекты, и это не только научный, но и бизнес-поиск. Надо понимать, нужно ли это заказчику, окупится ли это.

В нашей структуре большую роль в поиске проектов играет руководство, но PI, безусловно, также вольны ― и это поощряется ― искать заказчиков, встречаться с ними, ездить на выставки и демонстрировать возможности лаборатории. Например, у меня есть собственный коммерческий проект курсов повышения квалификации. Курсы посвящены программированию ПЛИС и автоматизации проектирования печатных плат, по итогам прохождения слушатели получают официальные удостоверения.

Какие возможности для развития PI есть в ИТМО

Как мне кажется, в ИТМО сейчас созданы одни из лучших условий в России для научной работы. Это касается и инфраструктуры, и кадров, и сотрудничества с индустриальными партнерами. Помимо этого, сейчас в университете идет активная работа по формированию условий именно для PI ― создаются регламенты, как будут работать руководители научных групп, какие отдельные возможности и бонусы смогут получить.

Добавим, что уже два года ИТМО проводит Школу PI. Первое мероприятие состоялось в 2021 году. Этим летом международный научный центр SCAMT провел Школу PI для молодых ученых, которые хотят создать и развивать собственную лабораторию, в партнерстве с «Татнефтью». А прямо сейчас в университете проходит конкурс «PI с командой». Он предназначен для сильных научных групп, которые ведут прорывные исследования. Победители конкурса получат грант до 30 млн рублей на развитие собственной лаборатории в ИТМО. Узнать подробности и подать заявку можно на сайте.