Цифровые лаборатории с AI – в помощь молодым петербургским ученым

31.01.2024 |

Елизавета Клейн.

Молодые ученые, победители конкурса прорывных исследовательских проектов в области агроиндустрии и пищевой промышленности Blue Sky Research, получат возможность работать в современных цифровых лабораториях. Пять новых исследовательских центров в рамках проекта откроются уже в 2024 году на базе трех университетов: ИТМО, СПбПУ им. Петра Великого и ДГТУ.

Общий объем выделенных средств на создание цифровых лабораторий составляет 50 млн рублей. Руководителями новых исследовательских центров станут победители первого конкурса Blue Sky Research, проводившегося в Петербурге в 2022 году: Екатерина Пчицкая, Михаил Медведев, Никита Серов, Виктор Клинков. В роли наставников выступят Александр Семенча и Евгения Кириченко, также принимавшие участие в конкурсе.

Екатерина Пчицкая, кандидат физико-математических наук, выступила на конкурсе в роли заказчика двух проектов: «Улучшение разрешения микроскопических изображений путем деконволюции с использованием функции рассеяния точки (ФРТ), вычисленной методами машинного обучения», и «Вычисление функционала плотности (DFT) с помощью нейроморфных сетей». Екатерина изучает синапсы – связи между нейронами, – чтобы найти лекарство от болезни Альцгеймера, препятствующее дегенерации синапсов.

Михаил Медведев, кандидат физико-математических наук, так же выступал в роли заказчика проекта о нейроморфных сетях вместе с Екатериной Пчицкой: они вместе подавали заявку на конкурс. Нейроморфные сети – это математическая модель, помогающая воссоздать процессы, происходящие в мозгу человека.

Никита Серов участвовал в конкурсе одновременно и как заказчик, и как исполнитель. В качестве заказчика Никита выступал с темой «SeQuant: химические цифровые образы биополимеров», а как исполнителя его заинтересовала тема «Цифровая платформа для предсказания магнитных свойств наночастиц». Никита занимается созданием цифровых образов наночастиц: распознавая их с помощью электронного микроскопа, можно сразу получить числовые данные, отвечающие размеру, форме, структуре и другим параметрам, после чего найти похожие материалы в базе данных. Или, наоборот, зная набор данных, – найти по электронному образу фактический образец вещества.

Виктор Клинков также является кандидатом физико-математических наук и в конкурсе выступил в качестве исполнителя двух проектов: «Создание интеллектуального миниспектрометра для характеризации продуктов питания» и «Создание системы сбора данных «роя» инфракрасных газовых CO2 датчиков для экомониторинга окружающего воздуха». В этих же проектах принял участие и наставник будущих цифровых лабораторий – Александр Семенча. Используя в работе симбиоз химии, физики и химической технологии, ученым удается изучать свойства «фононов» – названных по аналогии с фотонами мельчайших частиц: с помощью них удобно описывать движения атомов в твердых телах, что помогает анализировать и рассчитывать физические свойства твердых тел.

Евгения Кириченко, доктор биологических наук, была научным заказчиком проекта «Анализ изображений опухолей ЦНС и их дифференциальная диагностика с помощью искусственного интеллекта». Изучая небольшие фрагменты опухолей мозга, обработанные антителами к коннексину (белку, объединяющему глиальные клетки в сеть, представляющую собой опухоль), Евгения планирует подобрать наиболее эффективную терапию для подобных случаев заболевания.

В новых лабораториях будут использоваться возможности искусственного интеллекта, применяться технологии машинного обучения, а также виртуальной и дополненной реальности. Современные инструменты и методики позволят сокращать цикл исследований, уменьшая его за счет времени, затрачиваемого специалистами на проверку научных предположений и практические исследования, а также быстрее передавать знания от более квалифицированных специалистов к младшим сотрудникам.

Организаторы Blue Sky Research уверены в том, что, внедряя новые форматы исследований, организации сферы науки могут активнее привлекать и удерживать молодое поколение специалистов. Применение сквозных дисциплин и объединение разных научных областей для решения междисциплинарных задач, по мнению генерального директора фонда поддержки инноваций и молодежных инициатив Санкт-Петербурга Сергея Салкуцана, должно также привести к сокращению цикла получения новых знаний.

Применение цифровых технологий в научных исследованиях дает возможность намного быстрее обрабатывать колоссальные объемы данных и объединять результаты исследований в различных научных областях. Виртуальные и роботизированные эксперименты позволяют проводить предварительные исследования на основе цифровых моделей, не требующих определенных условий, что тоже сокращает время обработки данных.

Конкурс грантовой поддержки Blue Sky Research появился в качестве эксперимента в конце 2021 года в рамках инициативы «Площадки для взаимодействия науки, бизнеса, государства и общества». Его организатором выступает Фонд поддержки инноваций и молодежных инициатив Санкт-Петербурга, а партнерами – фонд Центр стратегических разработок «Северо-Запад» и ассоциация «Искусственный Интеллект в Промышленности».

В 2023 году конкурс проводился уже во второй раз, и его участники также использовали искусственный интеллект в своих проектах, например, для подбора ДНК-конструкций, направленных на лечение сельско-хозяйственных культур. В дальнейшем в лабораториях смогут работать и участники будущих конкурсов.