Зав. лаб. № 80 Роман Валерьевич Мещеряков

Лаборатория киберфизических систем создана в июне 2018 г. Заведующим лаб. № 80 был назначен доктор технических наук, профессор РАН Роман Валерьевич Мещеряков. В составе лаборатории – 16 сотрудников.

Киберфизические системы (Cyber-Physical System, CPS) объединяют вычислители, сети и физические процессы. Они состоят из окружающей среды, датчиков, вычислительных элементов и исполнительных механизмов, в которых вычислители осуществляют мониторинг и управление физическими процессами с использованием обратной связи, а происходящее в физических системах оказывает влияние на вычисления. В них обеспечивается тесная связь и координация между вычислительными и физическими ресурсами.

Развитие киберфизических систем неразрывно связаны с прогрессивными технологиями последних десятилетий, таких как туманные и облачные вычисления, Интернет вещей, межмашинное взаимодействие, методы интеллектуального анализа и распознавания. Существующие решения объединяются в рамках нового понятия и дополняются новыми кибернетическими подходами для решения важнейших задач оптимизации производства, энергетики, транспорта, сельского хозяйства и других важнейших отраслей жизни.

Направления исследований лаборатории затрагивают как базовые основы создания киберфизических систем, так и вопросы управления робототехническими системами и их безопасного функционирования.

Базовые основы киберфизических систем:

• Математическое и программное обеспечение виртуальных полигонов робототехнических систем.
• Создание систем коллаборативной робототехники.
• Повышение качества работы человеко-машинного интерфейса в особых условиях.

Управление робототехническими системами:

• Теоретические основы управления робототехническими системами.
• Модели, алгоритмы, программные средства обработки информации в робототехнических системах.
• Особенности использования роботов в инфраструктуре IoT.
• Групповая робототехника. Проблемы децентрализованного управления.

Безопасное функционирование киберфизических систем:

• Протоколы безопасного обмена информацией в гетерогенных робототехнических системах.
• Проблемы регулирования развития систем робототехники, наделённых искусственным интеллектом.
• Организации доверенного взаимодействия в робототехнических системах.
• Особенности защиты систем управления в робототехнике.

Важным прикладным направлением деятельности лаборатории является разработка систем экологического мониторинга различных техногенных пространств с использованием новых технологий в области робототехники, сетей передачи данных и интеллектуального анализа. Проводятся перспективные исследования в области создания математического и программного обеспечения для управления робототехническими системами и создания виртуальных полигонов. Сотрудники лаборатории участвуют в проектах по разработке моделей, алгоритмов и программных средств обработки информации в сложных гетерогенных системах, а также в разработке протоколов, средств защиты и обмена данными в системах типа Интернет вещей.

Развитие направления киберфизических систем охватывает широкий пласт работ, связанных с формированием новых методологических основ управления интеллектуальными робототехническими производствами «умных фабрик», а также взаимодействия окружающей среды с вычислительными ресурсами. Прогнозируемое распространение киберфизических производственных систем на сегодняшний день нуждается в разработке теоретической и методической платформ для изучения взаимодействия физических и вычислительных компонентов. Также необходимо создание новых аналитических методов. Такая целевая установка является ориентиром при организации деятельности лаборатории.

Исследования лаборатории финансово поддержаны грантами Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ). Отметим проект РФФИ, посвящённый разработке комплекса научно-технических решений для безопасного межмашинного обмена данными между агентами мобильных робототехнических групп с сетецентрическим управлением. Решение задач группового управления взаимодействием роботов позволит сформировать подходы к формированию и оснащению киберфизических систем широкого назначения: в производственной сфере, здравоохранении, энергетике, сельском хозяйстве, транспорте и т.д.

Интеллектуальный анализ и обработка данных в системах с гетерогенными объектами – еще одно актуальное направление деятельности лаборатории. Проект по распознаванию признаков агрессии и психологического давления в разнородных материалах Интернет-контента также поддержан РФФИ, он является междисциплинарным и выполняется совместно сотрудниками лаборатории и учёными других институтов. Целью исследования является создание социо-киберфизической системы мониторинга контента в целях противодействия проявлению деструктивного воздействия на пользователей.

Среди социально значимых проектов также выделяется идея группы сотрудников лаборатории по развитию мультиагентных систем (роев) беспилотных летательных аппаратов для поиска потерявшихся в лесу людей. Значимость работы крайне высока, а решаемая задача является для нашей страны в высшей степени актуальной. Возможность длительного автоматического полёта группы летательных аппаратов, оборудованных GPS, системой уклонения и камерой с адаптивным обучением для распознавания образов, позволит находить людей быстрее и эффективнее, автоматизировав ряд сложных процессов.

Проведение испытаний и тестирование робототехнических систем, разрабатываемых как в лаборатории киберфизических систем, так и в остальных подразделениях ИПУ РАН, требует создания условий, приближённых к реальным показателям внутренней и внешней среды. В связи с этим сотрудниками лаборатории проводится работа по созданию полигонной базы с фиксированными и изменяющимися условиями реальной окружающей среды. Реализация физического полигона в стенах Института позволит повысить эффективность и снизить затраты ресурсов для проведения ряда важнейших экспериментов и исследований, а также станет дополнительной площадкой для образовательных и познавательных мероприятий и обмена опытом.

Сотрудники лаборатории ведут активную научно-организационную работу, являясь членами редколлегий ряда отечественных и зарубежных журналов, а также членами программных комитетов международных конференций.