Магия науки: «Открытый университет» прошел в третий раз

В минувшие выходные в Санкт-Петербурге в третий раз прошел фестиваль «Открытый университет», привлекающий лекторов из ведущих петербургских вузов к обсуждению актуальных вопросов науки, развития города и жизни людей. На этот раз профессоры Университета ИТМО, СПбПУ и Европейского университета рассказали аудитории о биотехнологиях, робототехнике и науках, в которых всегда есть место магии.

По образу и подобию 

Чтобы переложить часть своих функций на какую-то систему или машину, человеку необходимо сделать ее в определенном смысле интеллектуальной. Разговоры об искусственном интеллекте и роботах, которые успешно выдерживают тест Тьюринга, все еще ведутся под грифом «будущее», однако уже сейчас есть много механизмов, основанных на интеллектуальном управлении и являющихся достоянием настоящего времени. 

По сути, отмечает декан факультета компьютерных технологий и управления Университета ИТМО Алексей Бобцов, интеллектуальное управление – это когда человек дернул рычажок, а машина начала все делать самостоятельно. Таким интеллектом обладает, например, стиральная машина: режим стирки определяет ее действия. Робототехники стремятся к более сложным версиям интеллектуального управления и ставят перед собой соответствующие задачи. 

«Существует ряд вызовов, с которыми ученым еще предстоит справиться, – рассказывает Алексей Бобцов. – Так, робот может быть быстрым, но он должен быть и точным в своих действиях. Разработанные на данный момент программы просто не в состоянии достигать одновременно высокой скорости и точности. И это то, над чем бьются многие робототехники. Они также стремятся к универсальности систем, которая позволит распространить их на большее количество машин и новых продуктов, – это экономически выгодно. Возьмем, например, робопротезы для людей с ограниченными возможностями или тяжелой травмой. Если они будут универсальны, их производство станет оптовым, а значит, и более доступным».

Университет ИТМО. Алексей Бобцов.
Университет ИТМО. Алексей Бобцов.
Среди современных задач робототехники есть также достижение высокой степени адаптивности робототехнических систем и их автономность. «Умная» адаптивность подразумевает умение системы определять условия своей работы и подстраиваться под них. Так, например, автомобили будущего смогут адаптировать бензин любого качества для оптимальной работы двигателя. Автономность же роботов, то есть умение функционировать без постоянного контроля со стороны человека, особенно привлекательна, добавляет Алексей Бобцов. 

«Представьте, что вы пришли в университет и забыли свои конспект. Одна команда, отправленная через ваш смартфон, и вам на выручку вылетит квадрокоптер, который принесет забытую вещь. Удобно», – замечает он. 

Сделать сказку былью мешает ряд технических причин. Так, чем сложнее система интеллектуального управления, тем сложнее для нее код. Слишком громоздкий код будет долго обрабатываться, система будет запаздывать, если вообще будет в состоянии работать. Поэтому важно следить за эффективностью кода. Стараться быть проще следует и математикам: каждый умный контроллер нуждается в программе, а программа, в свою очередь, – в умной математике. Однако сейчас, делится Алексей Бобцов, нередко математика имеет слабую инженерную привлекательность, поскольку она слишком сложна и непонятна. 

Университет ИТМО. Алексей Боровков.
Университет ИТМО. Алексей Боровков.
Один из способов говорить просто о сложном – создавать бионические системы, находя эффективные технологические решения в природе. Проректор по перспективным проектам, научный руководитель Института передовых производственных технологий СПбПУ Алексей Боровков рассказал, что находить вдохновение для изобретений в окружающем мире – это естественно. Обтекаемая форма птичьего клюва может лечь в основу «носа» скоростного поезда, часть «каркаса» человека – грудная клетка – может вдохновить создателей автомобилей на новую модель машины с эргономическим дизайном и так далее.

«Конечно, частично сравнение технологии с подходящей аналогией из животного мира является дополнительным маркетинговым преимуществом, – отмечает Алексей Боровков. – Бионические решения, как правило, очень элегантны, и инвесторам, которые могут и не разобраться в сложной математике, которая стоит за той или иной конструкцией, легче мыслить какими-то образами, картинками. Ну, и, безусловно, цифрами: если созданный продукт превышает качественные показатели существующих аналогов, является более легким, способен помочь сэкономить, на него обратят внимание». 

Прятки с волнами 

Есть, однако, вещи, которые природой не предусмотрены – например, истинная невидимость. Поэтому это понятие перекочевало в фантастические книги и фильмы про далекое будущее и магию. В животном мире можно встретить существ, которые мимикрируют под окружающую среду, однако невидимостью это не назовешь, как и не назовешь невидимым человека в камуфляже, сливающемся с цветом ландшафта. 

Известно, что мы видим не сами предметы, а отраженные от них волны света, попадающие в наше поле зрения. По словам инженера-исследователя лаборатории метаматериалов Университета ИТМО Михаила Одита, при таком раскладе единственный способ стать невидимым – обмануть глаза смотрящего, а именно: исключить отражение волн света и тень объекта, которая способна выдать его существование. 

Университет ИТМО. Михаил Одит.
Университет ИТМО. Михаил Одит.

«Волны должны проходить сквозь объект, не искажаясь и не преломляясь, –  рассказывает он. – Но как это сделать? Все существующие в природе материалы такими свойствами не обладают. Поэтому здесь помогут новые материалы, которые были впервые упомянуты только в новом столетии, – метаматериалы. Структуры из них обладают характеристиками, которые в природе не встретишь. Например, из них можно сделать что-то вроде плаща-невидимки, который бы состоял из большого количества оболочек, где коэффициент преломления света будет равен единице на внешней стороне и нулю на внутренней. Если в такой “чехол” завернуть предмет, волны будут его как бы обтекать, проходить сквозь, не искажаясь».

Игры в прятки с волнами может быть очень полезны человечеству. Так, например, плащи из метаматериалов с определенными свойствами могут защищать целые здания от сейсмических волн, вызванных землетрясениями. Они могут применяться и в городах, «плавающих» в электромагнитных волнах компьютеров, мобильных телефонов и других гаджетов. 

«На данный момент ученые не смогут сделать человека невидимым, так как нельзя замаскировать его в полном диапазоне частот, – отметил инженер Международного института фотоники и оптоинформатики, президент оптического студенческого общества Университета ИТМО Егор Гурвиц. – Можно лишь исключить какую-то конкретную длину волны, тем самым убрав определенный цвет из поля зрения. Под всю палитру подобрать материалы очень сложно, но не невозможно. С помощью геометрических преобразований мы можем подбирать различные параметры сред таких материалов, реализовывать экспериментальные прототипы. Но на все это нужно время».

Университет ИТМО. Егор Гурвиц.
Университет ИТМО. Егор Гурвиц.
За два дня фестиваля «Открытый университет» слушатели также узнали о том, что такое Smart city и кто на самом деле построил Санкт-Петербург, и вместе с лучшими преподавателями петербургских вузов прикинули, что проще побороть – пробки или рак. Посмотреть все лекции, прошедшие на Новой сцене Александринского театра, можно на Youtube-канале Университета ИТМО.


Ульяна Малышева,
Редакция новостного портала Университета ИТМО

Архив по годам: