ИИ спасёт амурских тигров и уничтожит растения-вредители: лучшие проекты «Зимнего университета» НовГУ

Можно ли с высоты птичьего полёта отличить рожь от пшеницы? Какие роботы смогут заменить пожарных при возгорании в многоквартирном доме? Как микродатчики помогут спасти амурских тигров? Ответы на эти вопросы знают участники «Зимнего университета» НовГУ.

«Зимний университет по инженерным наукам. Новые научные горизонты» проходил на базе Передовой инженерной школы НовГУ с 25 ноября по 9 декабря. В нём приняли участие 220 будущих инженеров: 50 студентов российских университетов, в которых созданы Передовые инженерные школы, 50 студентов из Беларуси, 25 из ЮАР, 15 из Индии, 54 из Киргизии, 26 из Таджикистана.

Программа «Зимнего университета» состояла из образовательного, проектного и культурного блоков. Образовательный и проектный блоки реализовались по шести тематическим трекам: «Моделирование объектов виртуальной реальности», «Беспилотные авиационные системы и спутниковые технологии», «Системы автоматического проектирования комплексов локации объектов и сред», «Разработка систем с использованием нейросетевых технологий», «Разработка автоматизированных систем управления», «Технологии информационного моделирования промышленных объектов». За время обучения участники создали готовые инженерные решения по каждому треку.

Всего было разработано 24 проекта. 12 лучших были представлены на демо-дне, где в качестве экспертов выступили представители НовГУ и радиоэлектронной промышленности региона — компаний «НПК СПП», АО «ОКБ-Планета», «Планета-Аргалл».

Искусственный интеллект повысит урожайность

По итогам публичной защиты лучшим стал проект «Dynamic Smart Fields» — технология для мониторинга сельскохозяйственных земель. Её авторы создали искусственный интеллект, способный оценивать территорию и растения по нескольким важным аспектам.

— Мы используем снимки с общедоступного спутника Sentiel-2, — рассказал спикер команды, студент Кыргызского государственного технического университета Аман Урумбеков. — Он предоставляет фотографии раз в пять дней, а значит, мы сможем получать достаточно актуальные данные. Мы разработали и натренировали собственную нейросеть, которая анализирует эти снимки и позволяет оценивать состояние растений, влажность почвы и атмосферы. В зависимости от этих показателей даются рекомендации по посадке и уходу за культурами. На данный момент нейросеть определяет 17 различных видов агрокультур, и этот список может расширяться по индивидуальным запросам заказчиков.

Разработка поможет автоматизировать оценку плодородности территорий, что особенно актуально для России с её огромными площадями. Также можно будет распознавать инвазивные виды-вредители на ранних этапах распространения. Существующие аналоги такой возможности не дают.

— Наиболее сильные из аналогичных разработок созданы за рубежом, — добавили авторы проекта. — Мы считаем, что такое стратегически важное программное обеспечение должно создаваться в России или по крайней мере в СНГ. И наш продукт уже во многом превосходит конкурентов: например, они могут определять только три культуры.

Целевой аудиторией проекта может стать Минсельхоз России, экологические компании, крупные агропромышленные предприятия.

Ещё один проект, связанный с сельским хозяйством, занял второе место. Это «BotanCheck» — система автоматизированного мониторинга за состоянием растений в промышленных теплицах. Комплекс рассчитан на теплицу туннельного типа с прямой стенкой шириной 9,6 метра, длиной 100 метров. Разработка поможет снизить потери урожая от болезней.

Высокие технологии — против браконьеров

Ещё один обладатель второго места — команда «Radio Rescue». Её проект направлен на сохранение исчезающих видов животных — в первую очередь чёрных носорогов в ЮАР и амурских тигров в России. Как считают авторы проекта, существующие решения недостаточно эффективны для обеспечения безопасности этих животных, так как используют дроны, которые легко могут сбить браконьеры, или технологию GPS, которая уязвима для помех.

— Наш проект служит одновременно развитию биоразнообразия и радиотехники, — подчеркнул студент Университета Кейптауна Рамотло Дичочи. — Суть проекта – разместить на животных передатчики LoRa. Они будут будут связываться с двумя приёмниками, соединёнными с общей базой мониторинга, которая анализирует полученные данные. Технология LoRa использует псевдоперестройку частоты, что делает её устойчивой к помехам. Передатчик размещается на роге носорога или на ухе тигра, он сливается с окраской животного и полностью безопасен для его здоровья. В отличие, например, от микрочипов, влияние которых на организм ещё мало изучено.

Система «Radio Rescue» поможет не только предотвратить браконьерство, но и изучать поведенческие паттерны животных, что будет интересно исследовательским центрам и университетам. Наблюдение будет вестись в режиме реального времени. Также заказчиками могут выступать правительства, природоохранные заповедники и частные лица.

— Мы хотим создать масштабируемую и универсальную технологию, — отметил Рамотло Дичочи. — В дальнейшем её можно будет распространить на другие страны и использовать для наблюдения за разными животными, ориентируясь на их размер.

Чистое небо над Ильменем

Третье место занял проект «Чистое небо». Его цель — в течение одного года создать и ввести в эксплуатацию учебно-тренировочный центр для беспилотников с полигоном, который включает шесть практических зон: сельское хозяйство, МЧС, испытательный центр, зона со средствами радиоэлектронной борьбы, маневрирование.

— В зоне МЧС можно проводить тренировки по поиску людей под завалами, отрабатывать тушение пожара в здании, а также работать с водой и лесом, — пояснила разработчик команды, студентка Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники Кристина Маршалова. — Зона маневрирования разделена на два участка: для беспилотников малого и среднего размера. Также присутствует территория для проведения соревнований и взлётно-посадочная полоса.

На данный момент создана BIM-модель учебного центра — её уже сейчас можно внедрить в VR-среду и использовать как тренажёр. Реальный центр, площадь которого займёт 372 тысячи квадратных метров, авторы проекта предлагают разместить в 30 километрах от Великого Новгорода, южнее озера Ильмень. При выборе места учитывалось, что рядом не пролегают маршруты большой авиации и нет контролируемых зон аэропортов.

«Бронза» досталась и проекту по воссозданию в виртуальной реальности утраченной усадьбы «Званка» в Чудовском районе. Цель проекта — воспроизведение исторических объектов с использование технологий 3D и VR. Это позволит сохранить культурное наследие, предоставит туристам и исследователям возможность окунуться в историю.

Прямой эфир из эпицентра пожара

Специальный приз «Выбор Передовой инженерной школы» вручили команде проекта «Shikh Rakshak» — в переводе с санскрита «Защитник от огня». Это робот для спасательных операций при возгораниях в многоквартирных домах. По статистике, на которую ссылаются авторы разработки, более 80 % смертей, связанных с пожарами, приходятся именно на инциденты в жилых зданиях.

— Наше решение — модель искусственного интеллекта, интегрированная в робота, — рассказал исследователь команды Кениан Фишер. — Он использует тепловизоры, инфракрасные датчики и радиолокационные модули для обнаружения живых существ, в том числе за стенами и в задымлённых помещениях. Алгоритмы искусственного интеллекта с нейронной сетью выявляют зоны повышенного риска. Обстановка в помещении в режиме реального времени транслируется пожарным, что позволяет им не принимать решения «вслепую». Таким образом, мы снизим риски не только для пострадавших, но и для самих пожарных.

Устройство способно автономно работать в опасных условиях и передавать информацию на расстояние 15-20 километров. Также предусмотрены дополнительные возможности: устранение пожара и помощь пострадавшим до прибытия экстренных служб.

— Наше программное обеспечение удобно в использовании, легко адаптируется и работает на разных языках, — добавил разработчик Сумит Ахер. — Доступна расширенная визуализация данных под любые платформы.

Специальными призами за лучшую архитектуру проекта были отмечены разработки «Чистое небо» и «Стеклянный щит» — умная система безопасности для помещений.

— Все команды интенсивно работали в течение этих двух недель, — отметил, подводя итоги, проректор по образовательной деятельности НовГУ Юрий Данейкин. — Некоторые проекты уже проработаны настолько, что можно хоть завтра приступать к реализации. И к некоторым участникам мы обратимся с предложением реализовать на основе их идей и разработок конкретные проекты для Новгородской области.

Программа «Зимнего университета» реализовывалась на двух языках – русском и английском.