Первые жетоны

В 1958 году студенту ЛИТМО Борису Гринчелю — молодому и увлеченному инженеру — было всего 24 года. А самому Ленинградскому метрополитену — и вовсе три. Тем не менее, этот вид транспорта уже успел стать самым популярным среди ленинградцев, что быстро привело к проблеме пассажирских пробок в часы пик. В первые годы существования метро для оплаты проезда нужно было приобретать билет, точно так же, как и в наземном транспорте. Проверять их на входе должны были контролеры — иногда их число доходило до 20, но этого всё равно не хватало, чтобы быстро пропустить всех пассажиров.

Для решения этой проблемы студент ИТМО предложил ввести автоматизированную систему оплаты и контроля проезда. В качестве основы он выбрал вертушки, похожие на те, что устанавливают на проходных заводов и фабрик. В них он установил что-то вроде копилок — по его задумке, турникет пропускал пассажира после опускания монеты в приёмник.

Проблема была в том, что проезд в метро стоил 50 копеек, а монет с таким номиналом не было. Так Борис Гринчель изобрел жетон — он сам спроектировал макет, а дизайн с изображением станции «Площадь Восстания» отрисовал художник Ленинградского монетного двора. И хотя разработанные Борисом Гринчелем прототипы турникетов оказались неудачными и были быстро заменены, само изобретение жетона по праву остается за ним.   

Беспилотные поезда будущего

Совсем недавно мы писали о совместном проекте Университета ИТМО и Научно-исследовательского и проектно-конструкторского института информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте (АО «НИИАС»). Задача сотрудников ИТМО, а именно Лаборатории валидации и верификации сложных технических систем на факультете безопасности информационных технологий, — обеспечить безопасность беспилотных поездов для пассажиров и окружающей среды.

Ученые сосредоточены на нейронной сети и блоке сенсоров, которые и будут управлять поездом: прорабатывают все возможные негативные сценарии и варианты их решений, чтобы каждая строка кода приводила к безопасному исходу а сам беспилотный поезд не формировал сценарии опасного взаимодействия.

Высокотехнологичные поезда уже есть в США, Японии и других развитых странах. Но чтобы их запустить, потребовалось с нуля построить особую безопасную инфраструктуру — чаще всего на высоте нескольких метров над землёй. Авторы же этого проекта хотят создать такой транспорт, который можно было бы встроить в существующую городскую среду — на любой территории, при любом климате и при любой городской планировке. С одной стороны, это делает проект весьма амбициозным, но вместе с тем ― и более реалистичным в современных российских реалиях.

А как насчёт беспилотных автомобилей?

Беспилотные автомобили — это то будущее, которое делается прямо на наших глазах. Разработкой одновременно занимаются крупнейшие IT-компании вроде Google и «Яндекс», но даже им пока не удалось решить главную проблему — сделать такие автомобили полностью безопасными.

Над решением уже много лет бьются ученые всего мира, в их числе ― и специалисты ИТМО. В частности сотрудники факультета безопасности информационных технологий в 2020 году разработали методику для мониторинга дорожной ситуации на основе системы блокчейн. С помощью предложенного ими алгоритма можно фиксировать любые дорожные происшествия и хранить их в журналах активности беспилотных автомобилей. Также технология потенциально сможет помочь составлять базы данных ДТП, чтобы определять наиболее опасные участки дороги.

Всё это нужно для того, чтобы защитить данные от фальсификаций. Ведь даже сами производители беспилотных автомобилей могут быть заинтересованы в подтасовке статистики, чтобы, например, доказать абсолютную безопасность своих разработок и ускорить их выход на рынок. И наконец, сами водители также могут захотеть скрыть факт ДТП.

Готовы ли мы к переходу на электромобили?

Электромобили становятся всё более и более популярными. Например, в Норвегии на долю электромобилей и гибридов уже приходится более половины продаж на рынке. А к К 2025 году власти страны планируют и вовсе запретить продажи бензиновых и дизельных машин.

Чтобы исследовать, готовы ли электросети к увеличению числа электромобилей, учёные Университета ИТМО объединились со специалистами из Таллинского технического университета и Университета Аалто. Их целью было разработать решение, которое поможет безболезненно встроить зарядные станции для электрокаров так, чтобы не произошло массовой перезагрузки существующих сетей.

Изучив разные типы электромобилей, аккумуляторов, способов зарядки, а также привычки пользователей автомобилей, исследователи предложили рациональную модель зарядки электромобилей с минимальной нагрузкой на энергосистему. В основу в том числе лег проект «умной» энергетической системы для зданий, так называемого «интернета энергий», который разрабатывается в лаборатории «Силовая электроника и автоматизированный электропривод» ИТМО. В нем в качестве дополнительных источников электрической энергии участвовали ветроэнергостанция, солнечные панели, а также зарядная станция — всё это нужно для того, чтобы равномерно распределять возрастающую нагрузку.

Полученные данные и модели планируется использовать, в частности, и при проектировании распределительной сети для Второго  кампуса Университета ИТМО — ИТМО Хайпарк.

Интеллектуальные зарядки

Еще одна проблема, с которой уже сталкиваются не столько владельцы электрокаров, сколько пользователи электросамокатов — это отсутствие в городе адекватной инфраструктуры для зарядки аккумуляторов. Сейчас зарядных станций очень мало, и самое главное, они малоэффективны — чтобы полностью зарядить аккумулятор, потребуется не один и не два часа.

Летом этого года студенты ИТМО и выпускники ЛЭТИ разработали модуль для быстрой зарядки электрокаров и электросамокатов, который уже готов к внедрению на улицах города. Их стартап Powerplace выиграл миллион рублей в конкурсе EnergyHUB  и был поддержан Правительством Санкт-Петербурга.

Интеллектуальный модуль для станций зарядки позволит не только заряжать аккумуляторы гораздо быстрее, но и значительно снизит риски перегрузки сети и аварийных отключений. Модуль оснащен программным обеспечением, которое контролирует силу подачи тока и динамически распределяет нагрузку.

Как считают сами разработчики, их проект поможет большему числу людей начать пользоваться экологически безопасным транспортом, а также подготовит почву для массового внедрения электрокаров на улицах города.

Будущее электродвигателей

Другое направление разработок в ИТМО — создание систем управления нового поколения нелинейными вентильно-индукторными электроприводами. Их огромное преимущество в том, что при отказе одной фазы двигателя, например, при аварии или коротком замыкании, двигатель не выходит из строя полностью (как это происходит с современными электрокарами), а лишь теряет 30% своей мощности.

Такие электродвигатели уже существуют, в них даже активно инвестируют Илон Маск и Билл Гейтс, но вот непосредственно управлением ими — вопрос всё ещё открытый.  Для этого необходимо разработать современные алгоритмы управления электроприводом, основанные на предиктивных алгоритмах, сложных нейронных сетях, а также алгоритмы с нечеткой логикой. Именно этим сейчас и занимаются в лаборатории «Силовая электроника и автоматизированный электропривод» на базе факультета систем управления и робототехники.

Ещё одно направление — разработка тяговых электроприводов для локомотивов и самосвалов. В частности, сейчас команда ИТМО в научно-производственном центре «Прецизионная электромеханика»  работает над проектом силовых приводов для электропоездов совместно с AS RIGAS ELEKTROMASINBUVES RUPNICA (АО "Рижский электромашиностроительный завод").

Как отмечает ведущий инженер научно-производственного центра «Прецизионная электромеханика» Галина Демидова, в российских реалиях подобные проекты гораздо перспективнее, ведь рынок электрокаров в стране пока что не развит:

«В России электромобили всё еще не очень популярны, в первую очередь, из-за высокой цены на них, в связи с тем, что производство сосредоточено в других странах, что приводит к недоступности таких машин для широких масс населения. Ну и у нас совсем не развита инфраструктура. Однако недавно правительство заключило тендер на создание сети зарядных станций в Москве и Санкт-Петербурге в ближайшие полтора года. Скорее всего это приведет к тому, что после внедрения данных зарядных станций нового поколения люди начнут больше пользоваться электромобилями. В настоящее время все разработки в этой области сосредоточены на системах управления силовой электроникой и тяговыми электроприводами для локомотивов, самосвалов, водных судов и авиации», — резюмирует Галина Демидова.