Украинские кибернетики разработали “органы чувств” компьютеров

Интеллект средств информатики повышается не только путем наращивания вычислительной мощности компьютеров, но и за счет создания и развития новых органов чувств. Первые в мире электронно-вычислительные машины, среди которых главное место занимает созданный в далеком 1951 году украинский компьютер “МЕСМ”, имели искусственный мозг, но были слепоглухонемыми устройствами, общаться с которыми могли только квалифицированные специалисты по математике и электронике.

Впоследствии компьютеры научились видеть, слышать и разговаривать, потому сейчас с ними свободно общаются не только специалисты, но и домохозяйки, студенты и дети.

С развитием микроэлектроники современные компьютеры стали карманных размеров, их встраивают в портативные медицинские приборы, измерительные устройства, игровые приставки, средства связи, аудио- и видеоаппаратуру.

Следующим шагом интеллектуализации средств информатики стало развитие искусственных органов чувств. Микрокомпьютеры с искусственным носом, искусственным языком уже сегодня могли бы определять качество продуктов питания, питьевой воды, алкогольных и безалкогольных напитков, оценивать состояние воздуха и уровень его загрязненности, контролировать концентрацию сахара в крови, оценивать состояние растений, неинвазийно в экспрессном режиме делать сложные медицинские анализы без посещения соответствующих медицинских заведений.

Чувствительные элементы нового поколения — а это микроэлектронные датчики и интеллектуальные системы, на их основе разработаны и созданы коллективом авторов в составе Я. И. Лепеха, Ю. О. Гордиенко, С. В. Дзядевича, А. О. Дружинина, А. А. Евтуха, С. В. Ленкова, В. Г. Мельника, В. О. Романова. Эта работа “Создание микроэлектронных датчиков нового поколения для интеллектуальных систем”, выдвинута на получение Государственной премии Украины в области науки и техники”. Остановимся на некоторых результатах этой работы подробнее.

Некоторые из этих сенсоров и систем были представлены в павильоне “Наука” на стенде Института кибернетики имени В. М. Глушкова на Всеукраинской выставке “Барвиста Україна” с 17 по 20 августа 2010 года. Среди них портативный интеллектуальный биосенсорный прибор “Флоратест”, который за считанные секунды без всяких повреждений определяет состояние растения после засухи, заморозков, внесения удобрений, гербицидов и т. д. Этот прибор дает возможность определить оптимальные дозы химических удобрений и биологических добавок, оценить уровень загрязнения воды, почв и воздуха пестицидами, тяжелыми металлами и промышленными выбросами. С помощью прибора в условиях прецизионного земледелия можно прогнозировать будущие урожаи.

Себестоимость разработанного в Институте кибернетики прибора “Флоратест” не превышает 300 долларов США, в то время как заграничные аналоги стоят свыше 2000 долларов. Он построен как открытая система, имеет переменные выносные оптические сенсоры, что дает возможность быстро ориентировать его на то или иное применение. Результаты этой работы с успехом демонстрировались на международных выставках и ярмарках, докладывались на международных конференциях.

Экономическая целесообразность изготовления и использования такого прибора подтверждается актами, в частности, от Национального научного центра “Институт виноградарства и виноделия имени В. Е. Таирова” УААН, указывающими на значительную экономию средств при поливе виноградников и выявлении заболеваний растений на ранних стадиях.

Институт кибернетики получил заказ на десятки приборов “Флоратест” от государственных учреждений и коммерческих структур. Заявки продолжают поступать и сейчас. Внедрение прибора поддерживается учреждениями Национальной академии аграрных наук. Для того, чтобы удовлетворить многочисленные заказы, между Украинским научно- технологическим центром и Институтом кибернетики подписано соглашение на реализацию проекта по подготовке этого прибора к серийному производству в Украине. Серийное производство и широкое внедрение прибора “Флоратест” в аграрную отрасль даст возможность повысить производительность сельского хозяйства в Украине и качество конечной продукции.

Созданные в Институте молекулярной биологии и генетики, Институте электродинамики, Институте физики полупроводников НАН Украины интеллектуальные системы нового поколения включают в себя биосенсоры и биоматрицы, которые вместе со встроенным микрокомпьютером исполняют роль искусственного носа или языка, давая возможность определить одну молекулу вредного вещества среди миллионов других. Этими свойствами не владеет ни одно живое существо. Такие системы уже сейчас можно использовать в контейнерах или рефрижераторах для контроля качества продуктов питания, на вокзалах или в аэропортах для экспрессного определения острых вирусных инфекций. Портативный прибор на основе наноструктурированного кремния для определения сероводорода помогает избежать трагические случаи, которые не раз случаются, когда копают колодцы, погреба, выполняют другие работы, где всегда существует опасность выбросов этого газа.

Для диагностики черепно-мозговых травм на основе нитевидного кремния во Львовской политехнике создан миниатюрный датчик измерения внутричерепного давления. Этот датчик успешно прошел клинические испытания и использовался в нейрохирургическом отделении Львовской больницы скорой помощи. На том же принципе авторы работы создали миниатюрные датчики измерения давления в брюшной полости при гастроэнтерологических исследованиях, датчики дифференциального давления для диагностики слуховой трубки при отоларингологических заболеваниях, набор датчиков силы для контроля разрушительных нагрузок на железобетонные конструкции и многие другие. Микроволновые датчики и приборы высокой чувствительности для контроля параметров современных полупроводниковых материалов созданные в Харьковском национальном университете радиоэлектроники. Высоконадежные датчики на поверхностных акустических волнах для измерения давления газов и жидкостей в технологических средах АЭС, транспортных системах и магистральных трубопроводах разработаны в Одесском национальном университете им. И. И. Мечникова.

Интеллектуальные системы, представленные на выставке “Барвиста Україна 2010”, вызвали настоящую заинтересованность у многих посетителей, которые не без удивления констатировали, что и в Украине создаются новые перспективные приборы и устройства с использованием микро- и нанотехнологий. К сожалению, такие выставочные акции хотя и успешно демонстрируют достижение наших ученых, но, как правило, только этим и ограничиваются. Жаль, что эти демонстрации не часто заканчиваются подписанием контрактов или продажей лицензий. Только у авторов этой работы свыше 70 патентов на изобретения. Сенсоры и системы на их основе имеют уникальные параметры, большинство из них не имеет аналогов за рубежом. И хоть эффект от внедрения этих систем достаточно весом и достигает миллионов гривен, но до массового использования их в Украине еще далеко. Государственные фонды и программы, как правило, поддерживают научные исследования, создание экспериментальных образцов, но путь от экспериментального образца к коммерческому прибору требует существенно больших расходов. Соответствующих средств у государства нет, а отечественные инвесторы пока еще не очень охотно поддерживают инновационные проекты. Поэтому увидеть отечественные интеллектуальные приборы и системы можно, как правило, только на выставочных акциях, а на украинском рынке доминируют приборы заграничного производителя, как правило, большей стоимости и с худшими параметрами.

В связи с этим хотелось бы отметить, что авторы этой работы много сделали для внедрения отечественных микроэлектронных сенсоров и интеллектуальных систем в массовое производство. Они разработали технологии, конструктивные решения, создали программное и методическое обеспечение. Архитектурные решения и методики применения интеллектуальных систем с микроэлектронными сенсорами проверены на моделях в Институте кибернетики с использованием суперкомпьютера и гридтехнологий. Поэтому дальнейшее тиражирование этих приборов нуждается в относительно небольших средствах, а их появление на рынке Украины могло бы принести высокие прибыли, дать толчок к развитию других инновационных проектов.

Авторы работы, о которой здесь идет речь и которая выполнена в тесном сотрудничестве ведущих ученых НАН и МОН Украины, безусловно, заслуживают присуждения им Государственной премии Украины в области науки и техники за 2010 год.

Иван СЕРГИЕНКО, директор Института кибернетики имени В. М. Глушкова НАН Украины