Чистые помыслы

Тема была анонсирована широчайшая — экология и здоровье. Основным спикером выступил председатель Сибирского отделения РАН академик Валентин Николаевич Пармон. Не удивительно, что его доклад был посвящен инициативам СО РАН в экологической сфере. «Большая Норильская экспедиция уже вошла в историю», — констатировал В. Пармон. В том числе и тем, что с «Норникелем» на берегу была достигнута и полностью выдержана договоренность: никакой ангажированности — что ученые обнаружат, то и представят общественности. На самом деле, при всем накале страстей вокруг разлива топлива на норильской ТЭЦ-3 в мае прошлого года,  СО РАН и оперативно организованный им полевой отряд оказались вне критики.  А успех породил последствия на перспективу. «Поскольку последствия норильской аварии будут проявляться не один год, — подчеркнул глава СО РАН, — мы продолжаем долговременное сотрудничество с “Норникелем”, что обеспечило организацию Научно-исследовательского центра “Экология” в структуре Сибирского отделения». По словам Валентина Пармона, появились аналогичные запросы и от других крупных российских компаний, имеющих схожие с «Норникелем» проблемы.

Другими начинаниями СО РАН в сфере экологии были названы консорциум под стомиллионный грант Минобрнауки РФ на создание цифрового двойника озера Байкал и учреждение Научного совета по проблемам экологии Сибири и Восточной Арктики как стратегического штаба и мозгового центра: «В науке полагается сначала корректно поставить задачу, затем подобрать адекватный инструментарий, и только после этого приступить непосредственно к работе». В этой работе В. Пармон выделил две целевые линии: сохранение природного разнообразия и трансформацию окружающей среды «в дружественную для человека». В Научном совете предполагается несколько тематических секций: по экологии городов, наземным экосистемам, водным ресурсам. Впрочем, процесс их формирования и самоопределения только начат.

Выступает Валентин Пармон

Доклад Валентина Пармона был стержневым, но далеко не единственным. Тон задавали математики, поскольку современная экология непредставима без моделирования состояний окружающей среды и ее элементов: воздуха, земной и водной поверхностей, биосферы и всего прочего. Председатель Клуба межнаучных контактов член-корреспондент РАН Сергей Игоревич Кабанихин (МЦА НГУ) выступил с обзором по теме мониторинга и моделирования качества воздуха. Во многих крупных городах оно оставляет желать много лучшего, в списке самых проблемных названы сибирские Братск, Новокузнецк, Омск, Чита и Норильск.

«В каждом городе, в зависимости от местных условий, выбирают свои приоритеты для достижении поставленной цели — повышения качества воздуха», — констатировал Сергей Кабанихин. Например, в Алматы подсчитали, что местные ТЭЦ дают около 23 тысяч тонн выбросов в год, а автотранспорт — 190 тысяч. И когда в городе ввели ограничительные меры в связи с Covid-19, небо очистилось за несколько дней. Аналогичный проект с участием сибирских ученых реализуется в Шанхае со свойственным современному Китаю размахом. Состав атмосферы мониторится десятками беспилотников, на покупку электромобилей выделяются государственные и муниципальные субсидии, а госрегистрацию и номерные знаки их владельцы получают бесплатно.

Профессор Александр Бакланов из исследовательского департамента Всемирной метеорологической организации под эгидой ООН (World Meteorological Organization,WMO) вышел на связь из Швейцарии и рассказал о международной программе оздоровления климата и долгосрочного экологического развития городов. Она распространяется на 30 мегаполисов мира, включая Москву (с участием РАН, МГУ, Росгидромета и т.д.). «Экономические факторы и ущербы от загрязнения окружающей среды и изменения климата для различных секторов города и для здоровья являются ключевыми для комплексного решения задач устойчивого развития экологически и климатически умных городов, — прокомментировал А. Бакланов. — Хотелось бы, чтобы в эту программу был включен и один из сибирских городов, тем более что северным территориям не всегда подходят решения, предлагаемые для более мягкого климата. Математические модели — это ключевой инструмент исследования, и сибирские ученые могут сказать свое веское слово». Участники обсуждения сначала предложили включить в международную программу Новосибирск, но затем сошлись на Красноярске, который не намного меньше, а проблема чистоты воздуха там стоит объективно острее.

Немного Красноярска в Новосибирске

Поветрие по графику

В широком эколого-медицинском контексте нельзя было обойти тему коронавирусной пандемии, тем более что одно из сообщений делала коллега Сергея Кабанихина по институту кандидат физико-математических наук Ольга Игоревна Криворотько. В новосибирских СМИ она выступает с весьма конкретными эпидемическими прогнозами, построенными на разрабатываемой в ИВММГ СО РАН метамодели. Конечно, точность моделирования (и как следствие прогнозирования) зависит от достоверности входящей информации. Но ученые-экспериментаторы знают, что если прибор врёт одинаково, на его показаниях можно строить динамические ряды. И если кроме официальной статистики нет никакой другой, то используют ее.

Ольга Криворотько рассказала, что для задач эпидемиологии применяется несколько типов моделей, ранее опробованных в метеорологии. Основных типов два. Агентное моделирование идет «снизу вверх», от индивида и его атрибутов (пол, возраст, место проживания, состав семьи, мобильность и т.п.) к сообществам. Модели SIR-типа (susceptible, infectious, recovered — восприимчивые, заразные, выздоровевшие) строятся по обратному принципу, «сверху вниз», то есть от популяций к индивидам. Базируясь на некоторых статистических массивах, модели учитывают ряд факторов: например, неизвестности (восстановление отсутствующих данных посредством некоторых алгоритмов) и случайности (когда заражаются затворники и не заболевают социально активные). Обзор зарубежных и российских моделей распространения ковида занял немало времени, а когда докладчица дошла до прогнозов, то для Новосибирской области картина представилась оптимистичной. «По результатам нашего моделирования эпидемия уже идет на спад с учетом плановой вакцинации и соблюдения карантинных мер», — считает О. Криворотько.

Распространение ковида в Новосибирске, модель и относительная реальность

Но она же показала график, построенный на модели от другого академического учреждения — ФИЦ «Институт вычислительных технологий». Эта модель предсказывает новый пик заболеваемости новосибирцев в апреле 2021 года с нарастанием ежедневно выявленных случаев со 100 до 160 и с медленным затуханием только к февралю 2022 года. Не удивительно, что ученые стали обсуждать проблему корректности и полноты исходных данных для моделирования. Начальник департамента промышленности, инноваций и предпринимательства мэрии Новосибирска (на день заседания) Александр Николаевич Люлько, математик по специальности, акцентировал внимание на одном из базовых показателей — общей смертности. «У нас работает геоинформационная система “Ритуал”, где регистрируется 100 % захоронений и кремаций, — рассказал чиновник. — За 2020 год прирост общей смертности в городе составил 15,5 % к предыдущему году, впервые за 10 лет население Новосибирска не прибывало, а уменьшалось. Но пик уже пройден, он приходился на прошлый ноябрь». Александр Люлько считает, что на статистику общей смертности влияет два ключевых фактора: собственно ковид и недооказание квалифицированной медицинской помощи страдающим другими, более летальными, заболеваниями.

Схожей точки зрения придерживается академик Михаил Иванович Воевода: «Мы  оперируем понятиями смертности, заболеваемости и так далее, но эти показатели отображают не только ковид, но и его осложнения. Они напрямую зависят от общего состояния системы здравоохранения и требуют стандартизации. К примеру, если в каком-либо регионе проводится массовая диспансеризация населения, то цифры сразу меняются в разы. Поэтому истина в последней инстанции — данные рандомизированных популяционных обследований по известным науке правилам. Это и есть основа для построения самых адекватных моделей». Попутно в ходе обсуждения подвергся сомнению тезис о том, что в условиях пандемии «природа настолько очистилась…» Не очистилась.  Доктор физико-математических наук Александр Самуилович Гинзбург, член экологического консультативного совета при московской мэрии, сообщил, что в марте 2020 года на пике локдауна в столице наблюдался повышенный уровень аэрозольных загрязнений.

Александр Люлько и мэр наукограда Кольцово Николай Красников

Доклад академика Николая Александровича Колчанова не касался ковидной пандемии, но тоже базировался на обширных массивах медико-биологической статистики. Речь шла о связи генетического полиморфизма человека и глобальных миграционных процессов. Одним из примеров стала эпидемия (то есть превышение порога в 20% взрослого населения) ожирения в США, которая, по прогнозу ученого, должна случиться и в России «с задержкой лет на 20». Это заболевание в основном вызвано причинами из области метаболической эпигненетики. Проще говоря, при определенном пищевом программировании в организме происходят генетические изменения, передаваемые нескольким поколениям потомков. Последствием может стать не только ожирение. Николай Колчанов рассказал о том, что у коренных африканцев, живших во влажных тропических лесах, дефицит натрия в организме нивелировался заменой одной аминокислоты  на другую. Когда же произошло массовое насильственное переселение негроидов в Северную Америку, то затем, спустя столетия, при изменившемся режиме питания и климатических условиях этот переходящий по наследству механизм повлек повышенные риски развития гипертонической болезни. «Глобальные миграции неизбежно будут приводить к росту дифференцированной смертности и снижению общей приспособляемости населения Земли», — резюмировал академик.

Под занавес

Дискуссия в малом зале Дома ученых затянулась, но, как говорится, не отпускала. Причиной тому была не только широта и актуальность заявленной темы, но и проявившаяся в этот вечер (пятничный, заметим) востребованность именно такого формата научного (и одновременно межнаучного) общения. Кандидат экономических наук Наталья Викторовна Горбачева из Института экономики и организации промышленного производства СО РАН говорила о необходимости участия ее коллег в обсуждении экологических, медицинских и всех остальных проблем. «Многие технологии и достигаемые за их счет эффекты далеко не бесплатны для государства, — заметила Н. Горбачева, — и распространяются в пространстве и обществе весьма неравномерно». Напомнив, что Новосибирская область выбрана одной из семи российских площадок для создания «карбоновых полигонов» для испытания новых технологий поглощения двуокиси углерода из воздуха, экономист подчеркнула важность вовлечения в этот процесс некоммерческих организаций, которые «формируют общественное мнение и модели поведения».

Заместитель председателя СО РАН доктор физико-математических наук Сергей Робертович Сверчков, открывая заседание Клуба межнаучных контактов, вспомнил его историю и предысторию. Еще в 1965 году при знаменитом клубе-кафе «Под интегралом» появился «Кибернетический клуб». Его первым мероприятием стала дискуссия «О перенесении человеческого разума в кибернетическую систему». «По сути, едва ли не впервые в нашей стране, зашла речь о создании искусственного интеллекта, — поделился С. Сверчков, — но такой подход сильно противоречил марксистско-ленинской теории, и первое обсуждение стало последним, клуб разогнали». Формулировка и само сообщество «межнаучных контактов» появляется примерно десятилетием позже. «Этот клуб гремел на всю страну», — вспомнила директор Дома ученых СО РАН Галина Германовна Лозовая. По ее (и не только) мнению, время востребовало восстановить такой формат общения с использованием онлайн-включений. На первом заседании на связь выходили Москва, Париж, Женева, ряд сибирских точек.

«Всё хорошее так или иначе продолжается» — обобщил председатель возрожденного клуба Сергей Кабанихин. Клубная система предполагает некоторые формальности: уже избрано правление, пишется устав, обсуждается программа следующих заседаний. При этом посещать их, задавать вопросы и участвовать в дискуссии может любой, кто прочел этот текст. Или увидел анонс следующей встречи.

Андрей Соболевский

Фото автора, схема из презентации Ольги Криворотько

«Разработка мультимасштабной иммуно-эпидемиологической математической модели COVID-19 с учетом воздействия на экономику региона и сценариев действия органов власти» — такое название получил проект Федерального исследовательского центра информационных и вычислительных технологий (ФИЦ ИВТ). Эта модель будет построена в рамках исследования фундаментальных проблем возникновения и распространения коронавирусных эпидемий. В основе разработки – методы системного анализа и математического моделирования в прогнозировании распространения вирусных эпидемий, оценке последствий и минимизации причиненного ими ущерба с учетом экономико-демографических и социально-психологических характеристик, специфичных для отдельного региона или большого муниципалитета.

«В рамках проекта будет разработана специализированная предиктивная система построения и анализа мультимасштабных иммуноэпидемиологических моделей инфекционных заболеваний, – пояснил первый заместитель директора ФИЦ ИВТ кандидат физико-математических наук Андрей Васильевич Юрченко. – Основой для нее станет отечественная платформа BioUML, развиваемая Центром совместно с нашим партнером — компанией “Биософт” — и предназначенная изначально для моделирования широкого круга биологических систем и анализа биомедицинских данных. По ряду параметров платформа BioUML является лучшей в мире и единственной на настоящий момент, на 100% соответствующей стандарту SBML (Systems Biology Markup Language)».

По словам ученого, в состав разрабатываемой платформы будет входить библиотека подмоделей, используя которую, пользователь сможет собирать как из конструктора сложные мультимасштабные модели путем комбинирования подмоделей различных уровней (модель распространения, модель иммунного ответа, модель действий органов власти и т.д.), как в рамках готовых шаблонов, так и настраивая при необходимости значения параметров для конкретного инфекционного заболевания или региона.

Для работы пользователей из органов власти будет разработан специальный веб-интерфейс, обеспечивающий:

— Создание личного кабинета для специалиста (сотрудника органов власти);

— Учет основных параметров: численность населения, данные о количестве заболевших, вылечившихся, умерших, количестве проведенных тестирований и т.п.;

— Оценку эффективности принятых и планируемых к реализации мер (ограничение массовых мероприятий, самоизоляция, тестирование, вакцинация и т.п.), в том числе с учетом социальной напряженности и экономической целесообразности;

— Идентификацию параметров модели на основе введенных данных;

— Построение прогнозов, сравнение их друг с другом, ретроспективное сравнение прогнозов и текущей ситуации и т.п.

Размер гранта составляет 6 миллионов рублей, срок его исполнения – 2 года.

По материалам пресс-службы ФИЦ ИВТ

Фото из открытых источников

«Документ был подписан первым заместителем ФИЦ ИВТ Андреем Юрченко, директором Института государственно-частного планирования Еленой Антипиной и директором НИИ “Восход” Андреем Бадаловым», — уточнила ответственный секретарь межведомственной рабочей группы ФИЦ ИВТ по развитию региональной суперкомпьютерной и телекоммуникационной инфраструктуры Ольга Дорохова.

Она отметила, что СНЦ ВВОД станет пилотным проектом сети отечественных защищенных суперкомпьютерных центров с высокой скоростью обработки и передачи информации, имеющих собственные хранилища больших массивов данных. Ключевыми пользователями СНЦ ВВОД станут Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» Роспотребнадзора, а также Центр коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (ЦКП СКИФ), который в перспективе станет генератором большого объема данных. Для этого суперкомпьютерный центр разместится вблизи основных потребителей.

4 февраля Андрей Юрченко на встрече президента России Владимира Путина с представителями общественности в Череповце предложил организовать сеть суперкомпьютерных центров не только в Москве, где они уже существуют, но и в регионах. Позднее Юрченко пояснил, что разработанный ИВТ проект Сибирского национального центра высокопроизводительных вычислений, обработки и хранения данных (СНЦ ВВОД) в новосибирском Академгородке должен быть создан не позднее 2023 года. В апреле ИВТ СО РАН получил статус федерального исследовательского центра.

Среди участников проекта на сайте плана развития Новосибирского научного центра «Академгородок 2.0» обозначен Новосибирский университет, Институт цитологии и генетики (ИЦИГ) СО РАН, Институт вычислительной математики и математической геофизики (ИВМиМГ) СО РАН, ФИЦ ИВТ . По словам ректора НГУ академика Михаила Федорука  ранее по решению президиума СО РАН был создан наблюдательный и координационный совет данного центра.

ТАСС

Иллюстрация проектного офиса СНЦ ВВОД

Лаборатория персонализированной медицины Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН с лабораторией биоинформатики Федерального исследовательского центра информационных и вычислительных технологий разработали систему, включающую компьютерную программу, которая позволит подобрать индивидуальное лечение пациентам с артериальной гипертонией, а в перспективе — с другими сердечно-сосудистыми заболеваниями. Аналогов программы нет ни в России, ни за рубежом.

Артериальная гипертония встречается у 40% взрослого населения в России и других странах мира, это самая частая причина инфаркта миокарда, инсульта, сердечной недостаточности, хронической болезни почек. В современных рекомендациях есть пять основных классов лекарственных препаратов, снижающих давление. В каждом классе около 20 основных лекарств. Таким образом, в арсенале врача около 100 препаратов, снижающих артериальное давление, и назначение происходит эмпирически, методом подбора. На это уходит много времени, денег, возникают риски осложнений.

«Практическим результатом совместной работы стала компьютерная программа для оптимизации лечения гипертонии», — сообщил заведующий лабораторией биоинформатики ФИЦ ИВТ кандидат биологических наук Федор Анатольевич Колпаков.

В основе новой программы — методы информационно-математического моделирования, с помощью которых ученые создали цифровой двойник сердечно-сосудистой системы человека. В программу вводятся данные пациента с учетом патофизиологии (возраст, рост, вес), ряд параметров общеклинического скрининга (общий анализ крови, биохимические показатели, УЗИ сердца). После обработки информации программа рассчитывает портрет «виртуального пациента» и подбирает оптимальный препарат для лечения (достоверность достигает 90%), прогнозируя наиболее вероятный эффект от лечения разными лекарствами и предлагая дополнительные исследования, которые следует провести, чтобы сделать более точный выбор. «Конечно, внедрение этой программы в медицинскую практику требует приложения еще немалых усилий, в частности, нужно испытать ее на большем количестве пациентов и в итоге провести ее сертификацию», —  добавляет Ф.А. Колпаков.

В настоящее время ученые внедряют в программу и учет генетических показателей, что позволит сделать её ещё более точной и персонализированной, а также работают над версией системы с возможностью подбирать персонализированное лечение пациентам с сахарным диабетом.

Галина Лифшиц (справа)

«Использование цифровых технологий в персонализации лечения дает возможность подобрать максимально эффективные и безопасные препараты для каждого конкретного пациента», — отмечает заведующая лабораторией персонализированной медицины ИХБФМ СО РАН доктор медицинских наук Галина Израилевна Лифшиц.

Сейчас разработанная программа поддержки принятия решений при назначении лечения гипертонии находится в высокой степени готовности. Ученые предполагают, что после необходимой апробации и сертификации доступ к программе смогут получить любые медицинские учреждения, клиники и центры сердечно-сосудистого профиля.

По материалам пресс-служб ФИЦ ИВТ и ИХБФМ СО РАН

Фото Юлии Поздняковой («Наука в Сибири») и из открытых источников (анонс)

Ключевым проектом АСИ является Национальная технологическая инициатива (НТИ)  — программа, направленная на становление рынков новой генерации: распределенной энергетики (Energynet), систем искусственного интеллекта (Neironet), персонализированной медицины (Healthnet) и других. Недавно Дмитрий Николаевич Песков, спецпредставитель Президента РФ по цифровому и технологическому развитию, объявил о планах перезагрузки платформы НТИ 2.0. Советник председателя Сибирского отделения РАН Ольга Анатольевна Дорохова, недавно ставшая общественным представителем АСИ в Новосибирской области по направлению «Предпринимательство и технологии», также видит необходимость перезагрузки НТИ, в особенности в связи с пандемическим кризисом. «После окончания самоизоляции мы встретим новую реальность — посткоронавирусную экономику, — считает она. — Часть рынков ждет разрушение или консервация».

В связи с глобальными изменениями и их ожидаемыми последствиями инициативная группа сибирских ученых предложила включить в НТИ три подпрограммы: Marketnet, Synchronet и Sciencenet. Первая из них направлена на выявление, перезагрузку и трансформацию рынков высокотехнологической продукции. «Полагаю, именно инструментарий национальной технологической инициативы может стать рабочим механизмом отраслевого перераспределения бизнес-субъектов между консервирующимися, разрушающимися, вновь образующимися, и быстрого растущими рынками», — уверена Ольга Дорохова. При этом, по ее мнению, важно учитывать региональную специфику: «В каждом или почти каждом субъекте Федерации есть свои особенности, которые определяют наиболее актуальные для данной территории проекты из портфеля АСИ и НТИ: для их реализации в регионах должны быть свои лидеры и дорожные карты».

Ольга Дорохова

Советник председателя СО РАН отметила географический и системный дисбаланс: активность в рамках проектов НТИ концентрируется в основном вокруг Москвы и Санкт-Петербурга. Преодолеть эту диспропорцию должен, в частности, Synchronet — инструмент переноса в Новосибирскую область центра компетенций по синхротронной и нейтронной тематике. «Использование источников синхротронного излучения влечет не только прорывные научные результаты, но и переход к новым технологическим укладам, — акцентировала Ольга Дорохова. — Синхротрон из чисто исследовательского инструмента сегодня превращается в драйвер многих отраслей индустрии: производства микро- и наноэлектроники, новых материалов с заданными свойствами, медицинской, биотехнологической и другой продукции. В Новосибирской области создается самый современный в мире источник СИ (ЦКП «СКИФ» — Прим. ред.) и работает заинтересованный пользователь будущего источника синхротронного излучения СКИФ мирового значения — Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии “ Вектор”, играющий ведущую роль в борьбе с коронавирусом в мировом масштабе».

Эксперт отметила, что в Сибири для реализации Synchronet есть «зрелые центры компетенций» — Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН и Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, являющиеся, соответственно, заказчиком-застройщиком и проектировщиком технологического оборудования СКИФа: «Собранная там команда выступает носителем компетенций и создателем нового уровня синхротронных и нейтронных технологий», — определила О. Дорохова.

Sciencenet должен вернуть российской науке утраченную в ходе реформ роль базовой производительной силы и прямо связан с концепцией программы «Академгородок 2.0» — будущей платформы синтеза науки, образования и высокотехнологичного бизнеса. «Чтобы Стратегия научно-технологического развития РФ действительно начала когда-нибудь реализовываться, науке надо ставить задачи, сроки и обеспечивать ресурсами, как это было во времена создания отечественного ядерного оружия, — считает советник председателя СО РАН. — Сегодня у нас системно провален этап трансфера прикладных научных разработок в индустрии, отсутствуют “технологические лифты”. Ситуация с резко выросшей  потребностью в средствах профилактики и лечения опаснейших инфекций показала необходимость запуска быстрых трансферных сценариев. И наш Sciencenet — способ ответа на новые вызовы до того, как мы получим очередную эпидемию, кризис или иную угрозу».

Говоря об уже запускаемых механизмах «быстрого научного реагирования», Ольга Дорохова отметила ранее созданную при СО РАН межведомственную рабочую группу (МРГ) по борьбе с островирусными инфециями: «Думаю, что сегодня ее деятельность уже стала ощутимой в национальном масштабе». Эксперт  считает, что новые организационные форматы Сибирского отделения РАН созвучны начинаниям АСИ: планируемому форсайту по перезагрузке НТИ и федеральному конкурсу «100 лидеров технологий», ориентированному на поддержку внедрения по-настоящему инновационных разработок.

В Новосибирской области также приступили к работе два других общественных представителя АСИ. По направлению «Образование и кадры» работает Денис Александрович Обуховский, реализующий в Новосибирской области федеральный проект «Помоги учиться дома». «Будут востребованы дарители ненужной компьютерной техники, — анонсировал активист АСИ, — и выявлены наиболее нуждающиеся в ней школьники, прежде всего из многодетных и малообеспеченных семей». Евгений Александрович Дормидонов представляет направление «Новый бизнес» и называет себя «кем-то вроде провайдера между предпринимателями и властью». Он входит в рабочую группу при губернаторе Новосибирской области по переформатированию контрольно-ревизионной деятельности: «Наша задача — радикально снизить регуляторную нагрузку на бизнес».

Соб. инф.

Фото предоставлено Ольгой Дороховой

«Это долгожданное и радостное событие для всего ИВТ. Наверное, это был самый трудный путь реорганизации в федеральный исследовательский центр, но наш коллектив достойно его прошел. Мы благодарны Минобрнауки России и лично Валерию Николаевичу Фалькову за объективную оценку деятельности института и присвоение ему статуса, к которому мы так долго шли — с 2014 года. Это, безусловно, придаст нам и нашим партнерам дополнительной уверенности, сподвигнет коллектив к новым научным свершениям», — отреагировал на известие основатель и научный руководитель ИВТ СО РАН, академик Юрий Иванович Шокин.

Юрий Шокин

В последние годы ИВТ расширяет области своих компетенций и их приложений. Наряду с традиционными задачами математического моделирования технологий оптимизации конструкций турбин гидроэлектростанций и цунамирайонирования побережий и акваторий, в институте разрабатываются концепции и средства управления сбором, хранением и анализом больших объемов научных данных, методы анализа изображений, комбинирующие новейшие нейросетевые технологии с классическими и ансамблевыми подходами и применяемые, в частности, для анализа термографических и рентгеновских снимков при медицинской диагностике. Так, применительно к проблемам, связанным с коронавирусной инфекцией, ученые исследовательского центра предложили совместить в одной программной системе термографический и рентгенографический источники данных (мультимодальный подход) с автоматическим картированием органов и систем на основе контуров рентгеновского снимка, учитывая при этом индекс массы тела и процент жировых отложений для коррекции параметров термографической диагностики.

Совместно с Институтом автоматики и электрометрии СО РАН и Институтом химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН здесь разрабатывается лазер для биомедицинской диагностики. Прорывными стали работы по созданию программной системы «Виртуальный пациент», информационных и автоматизированных систем экологического мониторинга, отечественной SCADA (система диспетчерского управления и сбора данных) для систем управления технологическими процессами. Отдельного упоминания заслуживает алгоритм перевода дореволюционных текстов на современный язык, созданный специалистами исследовательского центра.

ФИЦ ИВТ долгое время сотрудничает с Научно-исследовательским центром «Планета», входящим в структуру Росгидромета. Технологии обработки данных с орбиты совершенствуются в исследовательском центре год за годом, создано уникальное программное обеспечение, совместимое с зарубежными аналогами, поэтому данные в аналитическую систему загружаются и с российских, и с иностранных спутников. «Уникальность этой разработки заключается в специфичных алгоритмах обращения с данными, которые позволяют избежать этапа их пересчета на регулярную сетку, что ускоряет обработку поступающей информации и минимизирует объемы хранимых данных. Преимуществом российской системы является то, что сведения поступают и обрабатываются оперативно, опережая получение аналогичных данных NASA на несколько часов, что может быть критически важным при мониторинге чрезвычайных ситуаций, например, лесных пожаров», — прокомментировал первый заместитель директора ФИЦ ИВТ кандидат физико-математических наук Андрей Васильевич Юрченко.

Другой важный стратегический партнер ИВТ — АО «Информационные спутниковые системы имени академика М.Ф. Решетнёва» (Красноярский край), совместно с которым проводятся цифровые исследования в области прочности и надежности, осуществляется разработка современных композитных конструкций для спутниковых космических систем.

Кроме этого, ФИЦ ИВТ обладает мультидисциплинарной многопользовательской научной инфраструктурой: центром научных IT-сервисов, инжиниринговым центром технологий автоматизации, инженерно-испытательным центром, производственно-технологическим центром. ИВТ создана и поддерживается уникальная и крупнейшая в своем классе академическая компьютерная сеть Новосибирского научного центра. Также ИВТ выпускается научный журнал «Вычислительные технологии», индексируемый в Scopus, AMS MathSciNet, Ulrich’s Periodicals Directory, Russian Scientific Citation Index at Web of Science, CrossRef и РИНЦ.

ИВТ — соинициатор проекта создания в Новосибирске Сибирского национального центра высокопроизводительных вычислений, обработки и хранения данных СНЦ ВВОД, входящего в программу перспективного развития «Академгородок 2.0». «Нельзя не порадоваться за коллег из Института вычислительных технологий. Я сам выходец из этого института и продолжаю с ним тесное сотрудничество. Инициируя разработку проекта СНЦ ВВОД, мы опирались именно на этот богатый опыт успешного взаимодействия, в том числе по развитию информационно-вычислительной инфраструктуры для науки и высшего образования. Получение ИВТ статуса федерального исследовательского центра добавляет уверенности в том, что наш амбициозный проект будет успешно реализован», — сказал ректор Новосибирского государственного университета и руководитель координационного совета СНЦ ВВОД академик Михаил Петрович Федорук.

По материалам пресс-службы ФИЦ ИВТ

В минувшую пятницу состоялось заседание МРГ, в начале которого участники рассмотрели новые препараты и технологии, способные обеспечить лечение коронавирусной инфекции или снижение ее вирулентности и патогенности. Вторая часть была посвящена комплексному прогнозному многофакторному моделированию всех аспектов и последствий пандемии.

Сложность и точность моделей распространения заболевания растет: учитываются такие параметры, как количество привитых от туберкулеза, климатические особенности разных регионов и многое другое. Так, компьютерная модель Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН учитывает пассажиропотоки между городами страны, а также введенные федеральными и региональными властями ограничительные меры, она быть перенастроена под разные субъекты РФ. Параллельно в Санкт-Петербурге ученые также разработали математическую модель и считают разные варианты сценариев развития коронавирусной инфекции с учетом особенностей своего региона. Об этом сообщил проректор по перспективным проектам и руководитель Центра национальной технологической инициативы «Новые производственные технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета кандидат технических наук Алексей Иванович Боровков.

Модели строятся на основании уже известных и в той или иной степени подтвержденных закономерностей, однако в развитие реальной ситуации постоянно вмешиваются ранее не учтенные факторы. Об этом в своем комментарии к докладам, касающимся создания единой платформы для многофакторного анализа сценариев и прогнозов по развитию ситуации вокруг коронавирусной инфекции, сообщил первый заместитель директора Института вычислительных технологий  СО РАН кандидат физико-математических наук Андрей Васильевич Юрченко: «Мы обладаем опытом математического и сценарного моделирования, которое включает и множество ранее созданных моделей такого типа, и поиск новых рисков с оценкой степени и глубины их влияния на ситуацию, — отметил ученый. — В ИВТ СО РАН уже работает единая платформа для построения таких прогнозов. На наш взгляд, ближайшей очень серьезной угрозой станет наложение экологических проблем отдельных регионов и последствий начавших свое распространение лесных пожаров на ситуацию с пандемией. Известно, что смог (в том числе дым от возгораний), качество воздуха напрямую влияют на органы дыхания, усугубляя любую легочную патологию. Кроме того, смог снижает инсоляцию и проникновение ультрафиолета, естественных факторов, снижающих вирулентность COVID-19. Наконец, само по себе наличие в воздухе большого количества частиц пыли является усугубляющим фактором — она является естественным переносчиком вируса на далекие расстояния. Поскольку такие частицы сохраняют свою вирусную активность до пяти суток, повышаются миграционные возможности вируса в отрыве от живых носителей. Предположу, что это далеко не всё, что нам предстоит учесть».

Андрей Юрченко

Для оперативного принятия локализованных управленческих решений, адекватных местным условиям и задачам, необходимо взаимодействие штабов, экспертных групп и аналитических центров. Важно использование инструментов поддержки принятия решений, работающих с реальными данными и имеющих возможность моделировать последствия. В докладе заместителя главного ученого секретаря Сибирского отделения РАН кандидата технических наук Юрия Александровича Аникина прозвучала необходимость создать комплексную модель различных процессов при пандемии — биологических, экономических и социальных. Это позволит при принятии решений оценивать различные факторы: структуру региональной экономики, производственные цепочки, логистику, зависимость от импорта и экспорта, доставку фармпрепаратов и медицинских изделий. «Любые меры имеют свои косвенные и пока не очевидные результаты. Так, например, массовое применение различных антисептиков ускоряет появление резистентных бактериальных инфекций. А жесткие карантинные меры повышают риск того, что следующий штамм вируса появится до момента получения массового иммунитета к текущему, и станет возможным двойное заражение. Введение жестких ограничений в отдельном городе может осложнить работу предприятия, критически участвующего в производственных цепочках других регионов. Значимый ущерб сейчас могут нанести недифференцированные решения», — пояснил эксперт.

Юрий Аникин

На основе моделирования можно принимать локализованные решения о степени изоляции, мерах поддержки, экономических ограничениях, потребностях в различных сферах, — подчеркивалось на заседании МРГ.  За каждой такой моделью, кроме математиков, должны стоять опытные специалисты-практики в конкретной отрасли. Такую междисциплинарность возможно реализовать в рамках межведомственного взаимодействия, инициированного СО РАН, и с привлечением нескольких институтов Новосибирского научного центра.

Ольга Дорохова,

ответственный секретарь МРГ при СО РАН

На недавнем совещании президента России Владимира Владимировича Путина с членами правительства вице-премьер Татьяна Алексеевна Голикова отметила: «Мы проверяем еще 22 новых лекарственных препарата, которые представлены Сибирским отделением Российской академии наук, и достоверные результаты получим 10 апреля 2020 года». О комплексных предложениях федеральному центру сообщал и председатель СО РАН академик Валентин Николаевич Пармон на Общем собрании отделения.

В частности Новосибирский государственный университет прорабатывает  применение искусственного интеллекта и глубокого машинного обучения для автоматизации, повышения качества и скорости, снижения стоимости обработки данных компьютерной томографи), МРТ, флюорографии и других методов сканирования состояния организма, а Институт вычислительных технологий СО РАН занимается прикладными исследованиями в области машинного зрения и методов анализа медицинских изображений, в том числе расшифровки термограмм.

«С развитием цифровых тепловизоров, повышением их температурной точности и разрешения, появилась возможность автоматического и автоматизированного компьютерного анализа получаемых с них изображений и даже видеоряда. Медицинская термография, имея достаточно глубокие корни, с внедрением методов компьютерного анализа получает новую жизнь. Особую важность получают подходы на основе анализа мультимодальных данных, объединяющих термографию с другими диагностическими методами. Институт вычислительных технологий СО РАН имеет более чем десятилетний опыт разработки методов и технологий анализа изображений, применяя его в анализе данных дистанционного зондирования Земли, около 5 лет практики анализа медицинских изображений и серий изображений (томограмм), а в последние полтора-два года наш коллектив активно погружен в задачи предметного анализа именно термографических снимков с применением методов искусственного интеллекта (машинное обучение) и комбинированием их с классическими и ансамблевыми методами кластеризации и классификации объектов на изображениях», — прокомментировал первый заместитель директора ИВТ СО РАН кандидат физико-математических наук Андрей Васильевич Юрченко.

Андрей Юрченко

Ученые предложили совместить в одной программной системе термографический и рентгенографический источники данных (мультимодальный подход) с автоматическим картированием органов и систем на основе контуров рентгеновского снимка, учитывая при этом индекс массы тела и процент жировых отложений для коррекции параметров термографической диагностики. Подход назвали «Комплексная термо- и рентгенографическая функциональная диагностика для формирования прогнозного сценария осложнений при COVID-19». Новой диагностической методике предстоит пройти тестирование, а также получить некоторую финансовую поддержку на доработку программного обеспечения.

Аппаратное обеспечение методики — современный рентгеновский аппарат, персональный компьютер, а также мобильный теплоовизор. Таковым может стать СВИТ, http://www.sbras.info/news/evropeiskaya-sertifikatsiya-sibirskogo-teplovizora разработанный и выпускаемый в Институте физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН. Приёмным элементом этого прибора служит двухмерная матрица полупроводниковых конденсаторов на основе арсенида индия (InAs), установленная в фокальной плоскости инфракрасного объектива и по чувствительности превосходящая зарубежные аналоги.

Другая инновационная технология, предложенная к ускоренной реализации — самоочищающиеся фотоактивные тканевые материалы. Созданные в Федеральном исследовательском центре «Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН», они могут помочь в обеспечении медперсонала и лаборантов средствами индивидуальной защиты. Об их острой нехватке говорилось на очередном совещании по вопросам развития ситуации с коронавирусной инфекцией и мерам по ее профилактике, которое глава государства проводил с вирусологами и членами кабмина. Для производства фотоактивных материалов по методике ИК СО РАН подходят как хлопковые, так и полиэфирные ткани, которые обрабатываются нанокристаллическим диоксидом титана. Это позволяет получать устойчивые к стирке и стабильные во времени текстильные фактуры, самоочищающиеся от вирусов и бактерий. Самоочистка и обеззараживание одежды, изготовленной из такого материала, происходит как во время ночного хранения, сопровождающегося воздействием мягкого ультрафиолета, так и в процессе носки под действием солнечного света.

По информации сайта ИВТ СО РАН, фото Юлии Поздняковой, «Наука в Сибири»

На встрече с президентом России Владимиром Владимировичем Путиным сибирский ученый акцентировал проблему резкой неравномерности распределения супервычислительных мощностей по территории страны и его несоответствия интеллектуальному потенциалу регионов и их вкладу в российскую науку. Более 90 % этих ресурсов сконцентрировано западнее Урала, около 75 % — непосредственно в Москве, тогда как только Сибирь дает 15 % высококачественных российских научных публикаций (если считать по статьям в изданиях, входящих в Web of Science).

Так, в Новосибирске, с одной стороны, есть три центра коллективного пользования киберинфраструктурой: Информационно-вычислительный центр Новосибирского государственного университета, Сибирский суперкомпьютерный центр Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН и Центр научных ИТ-сервисов ИВТ СО РАН. С другой стороны, суммарная производительность их вычислительных систем меньше одной десятой Кристофари (суперкомпьютер Сбербанка). В результате существенной ограниченности вычислительных мощностей страдают в первую очередь пользователи. В НГУ, ориентированном в основном на потребности студентов и аспирантов, жестко лимитируют количество одновременно используемых для решения задач процессоров, ССКЦ имеет среднее время ожидания старта задания в очереди задач в 14—17 дней, ИВТ СО РАН предоставляет вычислительные ресурсы очень ограниченному числу пользователей. При этом решаемые вычислительные задачи полностью соответствуют приоритетам стратегии научно-технологического развития Российской Федерации. Например, в 2019 году только с помощью ресурсов ССКЦ было выполнено более 100 НИР на общую сумму свыше 700 млн рублей, и это при производительности систем не более 160 терафлопс. Некоторые вычисления уже сейчас невозможно проводить в Новосибирске из-за недостаточной мощности. Если же говорить о параметрах дальневосточных центров, то они еще ниже, и на карте распределения российской суперкомпьютерной инфраструктуры (по данным рейтинга top50.supercomputers.ru) их нет вообще. В то же время в США, по словам ученого, суперкомпьютерные мощности распределены равномерно по всей территории страны, от Массачусетского технологического института (MIT) на восточном побережье до калифорнийского Ливермора.

Заместитель директора ИВТ СО РАН также обратил внимание на перспективу создания на востоке России мощных научных установок класса мегасайенс, в числе которых — сибирский синхротрон СКИФ и его дальневосточный аналог РИФ, размещение которого планируется на острове Русский. «Вот почему возрастает роль проекта СНЦ ВВОД, — уточнил А. В. Юрченко. — Дело не только в отставании России от ведущих научных держав, в пятерку которых мы должны вернуться, и не во вхождении в какие-то другие рейтинги. Перед нами стоит конкретная задача. Одна рабочая станция СКИФа будет генерировать данные со скоростью до 9 гигабайт в секунду. Не всякая современная система хранения данных способна принимать их в таком режиме, не говоря уже об обработке. У синхротрона запланирован внутренний дата-центр, но он проектировался для задачи приема и предварительной обработки данных с дальнейшим их трансфером на более мощную машину. И такая машина должна быть локализована здесь же, чтобы обеспечивать оперативный прием данных со СКИФа и их обработку практически в режиме реального времени».

По словам ученого, проект СНЦ ВВОД предусматривает создание суперкомпьютера, состоящего из двух блоков для возможности решения задач разных классов, в том числе анализа данных с применением методов машинного и глубокого обучения и традиционного суперкомпьютерного моделирования. Первый блок — на основе классического кластерного суперкомпьютера, второй — гибридный, на основе графических процессоров. Оба блока, как планируется, будут соответствовать мировому top50. «При выборе организационной модели мы опирались на опыт европейских стран, прежде всего Германии, — конкретизировал Андрей Юрченко. — Поэтому СНЦ ВВОД будет не просто мощным дата-центром, но и центром компетенций, образовательной площадкой». В перспективе он сможет стать ядром всей Сибирской сети суперкомпьютерной инфраструктуры, в рамках которой, используя современные грид-технологии, можно будет перемещать задачи между узлами этой сети, исходя из класса таких задач и свободных ресурсов.

«Наука в Сибири»

Фото Александры Федосеевой