Кибернетический калейдоскоп

В декабре исполнится 50 лет с того момента, как выдающийся математик Виктор Глушков организовал в Киеве Институт кибернетики. О нынешнем положении этой науки в стране, которая первой в континентальной Европе построила собственный компьютер, дала миру гениальных мыслителей и великих исследователей эры информатики, обозревателю «ЗН» рассказывает генеральный директор Кибцентра и Института кибернетики Национальной академии наук Украины академик Иван СЕРГИЕНКО.

Автомобильные пробки глазами кибернетика

Несколько лет назад на сессии Киевсовета тогдашний мэр Александр Омельченко сразил докладчика, предлагавшего модернизировать систему сигнализации в городе, вопросом: а вы в западных городах пробки видели?.. Сегодня чудовищные транспортные пробки в Киеве превосходят любые аналогичные в других столицах. Чтобы спастись от них, предлагаются различные решения. Среди них совсем фантастические — вроде рытья тоннелей под городом и Днепром. Еще один вариант спасения городских магистралей от заторов предложил директор Института кибернетики НАНУ академик Иван Сергиенко.

«Когда я утром еду на работу, — рассказал Иван Васильевич, — то расстояние в несколько кварталов часто приходится преодолевать почти час. И что бросается в глаза: на некоторых улицах транспорт переведен на одностороннее движение, видимо, без глубокого анализа ситуации, как говорится, методом тыка. С помощью современных приемов возможно промоделировать ситуацию и дать ответ на непростой вопрос: где нужно сделать две полосы, где три, а по какой улице вообще лучше организовать одностороннее движение. Это не такая простая задача в масштабах мегаполиса. Думаю, что оптимизация движения в Киеве в значительной степени избавила бы город от пробок. Думаю, процентов на 25 улучшила бы ситуацию».

В СМИ промелькнуло сообщение, что городская администрация покупает систему для видео­наблюдения за движением и для фиксации дорожных нарушений. Такая затея обойдется городу в немалую сумму. И это в то время, когда в Институте кибернетики под руководством заведующего отделом управляющих машин и систем профессора Виталия Боюна разработали оригинальную систему с интеллектуальной видеокамерой для фиксации состояния на дороге. Она превосходит по своим возможностям зарубежные образцы. Ею, кстати, уже заинтересовались в Китае, Германии и в других странах. Система не только эффективна, но и намного дешевле тех, которые собираются закупать за границей.

Прощание с избирательными урнами

В мире уже созданы похожие системы даже в тех странах, где нет столь мощных институтов кибернетики, какие есть в Украине. К тому же наша кибернетическая система для голосования, как считают ученые, более оригинальна и на порядок дешевле по сравнению с созданными в мире. Так что нам просто негоже голосовать до сих пор бумажными бюллетенями и заниматься допотопными (и потому длительными) подсчетами. Все-таки ХХI век на дворе!

Сейчас предложение кибернетиков «ходит» по Верховной Раде. Если будет сказано «да!», то ближайшие выборы в нашей стране приобретут динамику и более цивилизованный характер. Тогда мы не будем сравнивать себя с Польшей и удивляться: почему у них выборы проходят так быстро, а у нас затягиваются на недели, месяцы.

Господин нардеп, я вас не узнаю!

Уже созданы системы, способные распознать отпечаток на пальце, нажимающем кнопку, но такую систему достаточно легко обмануть. Разработанная же в Институте кибернетики будет узнавать обладателя карточки не только в лицо, но даже если он сделает новую прическу или сменит костюм.

Компьютер для общения с глухими и незрячими

Одним из обязательств, которые берут на себя страны при проведении «Евро-2012», является обеспечение людям с проблемами слуха комфортных условий для восприятия информации во время соревнований. Как реально выполнить это условие?

В Украине живут около полутора миллиона людей, имеющих физические ограничения, например, глухоту и слепоту, весьма усложняющие людям жизнь и общение с остальной частью общества. А ведь это мощная рабочая и интеллектуальная сила, которую нужно задействовать в государстве, особенно в наше время все нарастающего острого трудового дефицита. Но как им дать возможность работать?

Эта задача решается в Институте кибернетики имени В.Глуш­кова. Цель разработки — создать систему компьютерного виртуального общения и обучения людей украинскому языку жестов (для глухих людей) с возможностью голосового синтеза украинской речи (для незрячих людей).

Эту работу, актуальную не только для Украины, но и для других стран, ученые проводят под руководством заместителя директора института по научной работе члена-корреспондента НАН Украины Юрия Кривоноса и профессора Юрия Крака. Ими получен совместный грант НАН Украины и УНТЦ.

Использование подобной виртуальной системы позволит людям с физическими ограничениями работать исследователями в научных учреждениях. В том же Институте кибернетики они смогут разрабатывать программы для компьютеров и др. Если в ближайшие годы компьютер научится изъясняться жестами, то на «Евро-2012» появятся технологически новые компьютерные сурдопереводчики.

Кардиограмма для растения

— С растений, хотя они и не имеют сердца, мы можем снять кри­вую, очень напоминающую кар­дио­грамму, — рассказал о новей­ших разработках отдела преобразования информации института профессор Владимир Романов. — По этой кривой мы можем очень точно установить состояние растения. Прицепив к листу датчик, мы сразу же определим интенсивность свечения хлорофилла. Если фотосинтез в растении происходит хорошо, хлорофилл светиться не будет. Но если с ним случилось что-то неприятное, например, поставили в холодильник, то кривая изменится. Она как градусник для человека показывает: в организме растения — беда. Этот эффект по имени его первооткрывателя называется «эффектом Каутского».

«Привязав» кривую реакции листа к каким-то конкретным изменениям среды, мы можем по ней судить о состоянии растения: подкармливали его, замерзало ли оно зимой, достаточно ли ему воды… А это, в свою очередь, поможет принять важные практические решения. К примеру, весной можно с помощью прибора исследовать лист клубники и ответить на вопрос, какой будет урожай.

Мы передали прибор также в институт Таирова, который в Крыму занимается виноградарством. Каждый литр воды на крымской земле — на вес золота. К счастью, виноград, как человек, — если много выпил, ему плохо. А при водном дефиците в 10 процентов виноград чувствует себя комфортно. Прибор как раз и позволяет поддерживать полив в оптимальном состоянии. То есть экономить воду и создавать идеальные условия для развития растения.

В Институте кибернетики хотят упростить пользование прибором так, чтобы фермеру вообще не нужно было анализировать кривую — пользователь должен прочитать на панели прибора конкретную рекомендацию, например: «прекратить полив», «растение нуждается в подкормке фосфором», «в растении развивается рак».

Уверен, что в приборе заложена масса других возможностей, которые еще предстоит обнаружить. Пока мы работаем над тем, чтобы довести его до размеров мобильного телефона. Для больших хозяйств предусмотрено создание радиоканала и навигационной системы, чтобы при больших площадях не пришлось ходить с ним по полю, а можно было бы принимать сигналы через спутник прямо на пульт, стоящий в хозяйстве.

Однако беда в том, что сегодня в Украине очень трудно перейти от создания десятка приборов на базе института к промышленному производству тысяч образцов для массового использования. Неужели и нам придется, как сегодня это происходит довольно часто, обращаться в Китай, чтобы там наладили его промышленное производство? А потом будем покупать приборы в Поднебесной…

Диагностика по капиллярам

Состояние системы микроциркуляции применяется при обследовании людей, испытывающих на себе влияние стрессовых, геомагнитных, температурных, метеорологических, вибрационных факторов. Прибор незаменим для контроля и дозирования системы физических нагрузок во время спортивных тренировок.

Его удобно применять при профосмотрах у водителей, железнодорожников, летчиков, космонавтов и прочих лиц, связанных в силу своей профессии с фактором повышенного риска. Он применяется в медицине катастроф и в реанимационных отделениях для контроля уровня восстановления кровотока после критических состояний. Ученые уверены: разработка может принести большую пользу в медицине. Важно, что это уже действующий диагностический аппарат.

Чтобы киевские дома не поскользнулись на плывунах

Когда перед вычислителями ставятся задачи такого колоссального объема, то обычными средствами и на простых компьютерах их не решить. Здесь на помощь приходят суперкомпьютеры. Именно за такую работу взялись ученые в связи с большим строительством в Киеве. Сейчас, когда определяют место для нового дома в городе, как правило, интересуются только видом из окна да удобством коммуникаций. О явной недостаточности такого подхода свидетельствуют хотя бы те гигантские трещины, которые расчленяют, к примеру, здание библиотеки имени Вернадского. Таких примеров в столице можно привести немало…

Чтобы определить, какой этажности в данном месте можно строить здание, как нагружать почву и на какую глубину уходить под землю, нужно провести основательные обследования и выяснить, что будет перекрыто под землей и как это скажется на подземной обстановке.

В Институте кибернетики этими проблемами начали заниматься лет 30 назад. Но тогда рассматривался весьма ограниченный круг вопросов: нужно что-то построить — проводили исследование для локального участка и по упрощенной схеме. Для этого математики разработали специальные методы. Но опыт многих городов мира показывает, что задачу полноценно нельзя решать только для ограниченной территории — показателен пример Мехико, в котором из-за откачки воды из-под города начали проседать небоскребы. Чтобы подобная участь не постигла киевлян, нужно провести масштабные исследования всего Киева и понять, к чему вообще ведет высот­ное строительство. Нужно понять, где можно строить, а где нельзя.

Для этого необходимо пробурить и взять пробы (анализы грунта) с глубины до 700 метров в определенной последовательности. Чтобы не было никаких сомнений в четкости прогноза, для Киева такую работу нужно (в оптимуме) провести на площади 180 на 240 километров. Это позволит создать математическую модель, в которой будет до миллиона переменных и множество ограничений. Уже созданы математические методы, позволяющие справиться с такой сложнейшей задачей. Для ее решения нужна колоссальная память и супервысокая скорость вычислений — триллионы операций в секунду. Украинские кибернетики обладают всем необходимым для выполнения подобных расчетов.

Остановка за малым — нужны средства, чтобы прорыть шурфы, взять пробы и дать кибернетикам исходные данные для вычислений. Начинать эти исследования, поначалу хотя бы для некоторых районов Киева, необходимо уже в самое ближайшее время. Тогда мы будем планировать развитие города не вслепую, как сейчас, а сознательно и на научной основе.

Кластеры решают экономические задачи

Несколько лет назад в Институт кибернетики обратилась японская фирма Вакон. Япон­цы поставили перед киевлянами конкретную экономическую задачу: как лучше наладить продажу электрической энергии, в какое время суток, какова должна быть оптимальная цена и каким потребителям ее следует распределять в первую очередь? Казалось бы, задача несложная. Но в действительности проблема очень непростая. Кстати, она весьма остро стоит и у нас. В Украине производят электроэнергию и продают ее в различные страны. Но верно ли назначается при этом цена и правильно ли продавать электроэнергию по одной стоимости в различное время суток?

Так, вечером электроэнергии нам самим не хватает, а, например, с часу ночи до шести утра, ее избыток. Так почему бы не установить в домах счетчики, которые считали бы электроэнергию по разной цене: ночью — по совсем низкой, утром и днем, когда работает промышленность, — дороже, и совсем по высокой цене в прайм-тайм, когда все включают телевизоры, компьютеры, лампочки и так далее.

Тогда многие энергоемкие производства стали бы больше использовать электроэнергию ночью, аккумуляторы электромобилей заряжали бы также ночью, и не исключено, что именно низкая цена ночного электричества сделала бы их более популярными. Такие же условия следовало бы выставить и на внешнем рынке: хотите дешевую электроэнергию, покупайте ее у нас ночью. Это поможет ликвидировать проблемы, возникающие у нас самих со снабжением электроэнергией в часы пик.

Сделать счетчики, которые начисляли бы электроэнергию по разной цене в зависимости от времени суток — не проблема. Что же мешает в ближайшее время внедрить эту систему не только японцам, но и нам?..

Вместо послесловия

— В то же время информатизация у нас нередко натыкается на явное равнодушие или противодействие, — подытожил Иван Сергиенко. — Считаю, что это направление заслуживает того, чтобы в государстве был создан специальный орган, занимающийся его проблемами. Когда-то при президенте существовало Агентство по информатизации Украины, которым руководил профессор Матов. Его критиковали, но все же тогда было сделано очень многое. Теперь в оставшемся от него департаменте работают 25 человек. Они реально на ситуацию не влияют. С моей точки зрения, в ближайшее время нужно создать отдельное Министерство информатизации...