«Большие вызовы»: идеи, которые вывезут

«Большие вызовы» — всероссийский конкурс научно-технологических проектов и один из флагманских проектов Сириуса. Его цель — объединить увлечённую наукой и технологиями молодёжь, дав ей возможность реализовать смелые идеи и разработки. В этом году на конкурс поступило рекордное количество заявок — более 16,5 тыс. Школьники и студенты из России и стран СНГ должны были разработать и представить проект по одному из 12 направлений, которые согласуются со стратегией научно-технологического развития страны.

Экспертная комиссия оценила проекты и отобрала лучшие. В итоге более 400 призёров и победителей конкурса этим летом собрались на федеральной территории, где им предложили поработать над задачами от партнёров Сириуса — крупнейших институтов и научно-технологических компаний России. На месяц участники «Больших вызовов» влились в действующие научные коллективы, работали в научных кабинетах и лабораториях, отправлялись в мини-экспедиции для сбора материалов, а ещё ходили на лекции ведущих российских учёных, педагогов и популяризаторов науки. Всё для того, чтобы найти решения для актуальных для российских промышленности и бизнеса проблем.

Матрицы спроса

При планировании стратегии транспортного развития на определённой территории необходимо обладать информацией о том, насколько вообще там востребованы услуги перевозок. Обычно такой спрос выражают в виде матриц корреспонденций, которые наполнены информацией о количестве перемещений между различными точками моделируемой области. Такие данные можно получить с помощью замеров, опросов или треков перемещения, детекторов транспортного потока, датчиков фото- и видеофиксации нарушений, а также у сотовых операторов.

Участников «Больших вызовов» подключили к решению транспортных вопросов Сириуса © Енченко Алёна / Медиадом «Сириус»

«Матрицы корреспонденции нужны как исходные данные для транспортных моделей. А сами транспортные модели — это необходимый инструмент для разработки планов градостроительного развития и транспортного планирования. С помощью таких инструментов наш Центр будет анализировать проектные решения, которые планирует реализовать Сириус. Так, нужно моделировать собственные автобусные маршруты, а также загрузку дорожной сети, в том числе при изменении туристических потоков», — объясняет старший инженер-исследователь Центра социально-экономического прогнозирования Университета «Сириус», руководитель образовательных программ Российского университета транспорта Леонид Барышев.

Научно-технологический университет «Сириус» предложил одной из команд «Больших вызовов» создать готовые методы и инструменты расчёта транспортного спроса на федеральной территории. Также им нужно было оценить объём транспортных потоков в Сириусе. Школьники провели исследование проблематики вопроса, решили несколько подзадач, оценили существующие подходы и предложили методику расчётов. 

«Проект представляет собой реальную задачу, которая стоит и перед нашей научной группой. Задача является вычислительно сложной и требует разработки эффективных методов. А тема сейчас активно исследуется, и явного алгоритма решения такой задачи нет. Наоборот, исследователи пробуют разные подходы», — исполняющий  обязанности заместителя руководителя группы Транспортного моделирования Центра социально-экономического прогнозирования Университета «Сириус» говорит руководитель проекта Ирина Подлипнова.

Под крылом самолёта

Специалисты Уральского завода гражданской авиации озадачили школьников разработкой программного комплекса для ускорения производства самолётов. Она должна сократить время поиска узлов и компонентов в сложных системах летательных аппаратов и минимизировать ошибки их монтажа. По данным завода, проблемы пространственной ориентации и неэффективного поиска приводят к значительным простоям (30–45 минут на операцию) и ошибкам монтажа (11 % отказов двигателей).

Разработка школьников может помочь быстрее собирать и чинить самолеты © Juice Flair / Shutterstock / FotoDom

«Мы работаем над проектом по автоматизации процесса поиска конкретного узла в системе самолёта. Чтобы техник-сборщик, помимо технологической карты, мог отсканировать нужную деталь и ему в 3D на мобильном устройстве стало видно, куда и как её устанавливать. Похожие системы уже есть в строительной отрасли, но в сфере производства летательных аппаратов много секретных данных, и вся информация должна передаваться исключительно по защищённым протоколам», — описывает проект школьник из Кемерова Кирилл Рудяков.

Работая над проектом, команда изучила различные компоновки летательных аппаратов, чтобы затем подробно описать функционал прототипа и выполнить его эскиз. При этом важно было обеспечить передачу информации по защищённым протоколам связи — это обязательное требование для работы с секретными данными в авиастроении.

По окончании смены ребята хотят продолжить развивать проект, чтобы довести его до реализации. Первым делом они планируют запатентовать разработку, а потом предложить её отраслевым предприятиям. Если адаптировать систему под разные виды летательных аппаратов, список потенциальных покупателей может значительно расшириться.

От «Больших вызовов» к собственным дронам Фото: © Герард Исмагилов / Медиадом «Сириус»

Герард Исмагилов — живой пример того, как проектный конкурс Сириуса двигает вперёд юные таланты. Именно благодаря ему школьник начал конструировать и программировать подводных роботов. Он трижды побеждал на «Больших вызовах».

Сейчас Герард уже студент, он учится в Университете науки и технологий МИСИС. Активно участвует во всероссийских конкурсах и фестивалях по робототехнике. На форуме «АРМИЯ-2024» молодой специалист представил два проекта: подводного робота с гибридным управлением и универсальную гусеничную платформу для доставки грузов и боеприпасов. Кроме того, молодой человек разрабатывает беспилотные летательные аппараты и даже руководит целым отделом робототехники в компании, производящей устройства из отечественных комплектующих. Один из последних проектов — дрон-перехватчик, способный передвигаться со скоростью до 350 км/ч и ловить быстро движущиеся объекты. 

«Моя мечта — открыть на Урале завод, способный производить до 10 тысяч беспилотников в день. А ещё центр, где ребят будут обучать современным технологиям, производству БПЛА и робототехники», — говорит Герард Исмагилов, который уже сейчас занимается с воспитанниками челябинского регионального центра, созданного по модели Сириуса.

Цифровой докер

Крупнейшие порты мира расположены в Азии © Sven Hansche / Shutterstock / FotoDom

Более 80 % всего объёма мировой товарной торговли идёт по морю. Эффективность таких перевозок, которые выполняют контейнеровозы и сухогрузы, во многом зависит от логистики погрузки. Причём цифровизация этого процесса развита далеко не во всех портах. Для архангельского решение предложили участники «Больших вызовов». По заданию столичного МФТИ они взялись за наукоёмкую задачу — автоматизировать процесс построения бэйплана, или плана размещения контейнеров на судне. Он должен гармонично интегрироваться в каргоплан, то есть план размещения на судне генеральных грузов в дополнение к контейнерам. Речь идёт о трубах, мешках с сыпучими материалами и т.д. 

Школьники использовали в качестве модели контейнеровозы, сухогрузы и суда ледового класса, курсирующие по Северному морскому пути — перспективной транспортной артерии, на которую Россия делает ставку. Ребята построили упрощённую визуализацию, в которой учли размеры контейнеров и максимальную нагрузку на них, класс опасности, разные варианты размещения грузов, а также размеры и расположение судовых помещений. С помощью этой модели можно проверить созданный прототип программного продукта для построения бэйплана. В перспективе его планируют расширить до каргоплана. 

«Подготовка каргоплана человеком часто занимает более одного дня, не говоря о процессе согласования. Автоматизация позволит не только существенно сэкономить время, но и повысить качество расчёта благодаря учёту всех необходимых параметров. Модель, которую готовят участники проекта, учитывает множество разных ограничений. Например, длинный контейнер можно разместить на более коротких, но не наоборот (крепление не совпадает), а рефрижераторные контейнеры требуют доступа к электроэнергии для поддержания температурного режима, поэтому в соответствующем помещении должно быть достаточное число ячеек питания. Важно учесть и маршрут следования судна. Если вы поместите в трюм груз для Норильска, а на палубе над ним будут контейнеры до Владивостока, очевидно, при первой разгрузке возникнут сложности. Общее количество различных типов ограничений превышает 30 — это более 100 тыс. параметров и переменных, определяющих бэйплан», — отмечает заместитель заведующего лаборатории «Численные методы прикладной структурной оптимизации» МФТИ и технический директор компании «Квантовые и оптимизационные решения» Алексей Чернов.

Беспилотные роботы

Развитие робототехники — один из главных современных трендов в сфере транспорта Фото: © Эргардт Евгений / Медиадом «Сириус»

Другая команда школьников получила возможность поработать с колёсным роботом, оснащённым системой искусственного интеллекта. Робот умеет по голосовому запросу проводить исследование местности, находить объекты, до которых нужно добраться, и доезжать до них.

«Ребята работали с железом с нуля. Мы привезли на „Большие вызовы“ отдельные компоненты, которые школьники собрали воедино. Дальше они нашли модели по нашим рекомендациям, собрали всю систему, сделали frontend и backend, выбрали серверное решение. В результате всё получилось: робот ездит, выполняет базовые задачи. Такие исследования помогают детям оказаться на технологическом фронтире и заниматься тем, что в ближайшие годы будет окружать нас повсеместно», — говорит старший преподаватель факультета компьютерных наук Высшей школы экономики Иван Копылов.

Работа на проекте потребовала от его участников знания языков программирования Python и C++, а также умения работать с алгоритмами навигации и серверной архитектурой. Большинство этих навыков нужны любому грамотному ИТ-специалисту, особенно тем, кто занимается ИИ.

«Машинное обучение — это прорывная сфера, в которой можно очень круто исследовать. Там интересные математические закономерности. На „Больших вызовах“ я прокачал теорию. Здесь много классных лекций от действительно ведущих экспертов, и наши наставники — тоже большие специалисты», — рассказывает участник проекта Максим Борсук.