Учени и докторанти от университета се конкурират с MIT и Станфордския университет
Разработват хибриден модел, който предсказва епидемии и дава насоки на политиците и устройство, което усеща стреса преди вас
Холографски комуникации, тактилен интернет, автономни автомобили и интелигентни дронове - всичко това звучи като сюжет от научнофантастичен филм. За екип от учени в Техническия университет - София, обаче това са реални изследователски направления, по които работят днес.
През последните години научната група "Бъдещи комуникационни мрежи и технологии за тактилни приложения - RECONNECTION", ръководена от проф. Агата Манолова, разработва технологии, които ще бъдат в основата на следващото поколение комуникации - 6G. Тя е в рамките на проекта "Подобряване на научноизследователския капацитет и качество за международна разпознаваемост и устойчивост на ТУ – София", (BG-RRP-2.004-0005).
Докато мобилните оператори по света постепенно навлизат в ерата на 5.5G, учените вече гледат към следващата стъпка. Разликата не е само в по-високите скорости. Концепцията за 6G предвижда мрежите да разбират контекста на информацията и да могат да обслужват приложения, изискващи практически мигновен обмен на огромни обеми данни.
"Телекомуникациите са фундаментът на дигиталната трансформация. Без тях изкуственият интелект, автономните системи и интелигентните градове не могат да функционират пълноценно", обяснява проф. Манолова.
Едно от най-интересните направления е холографската комуникация. Вместо традиционните двуизмерни изображения бъдещите мрежи ще позволяват предаване на пълна триизмерна информация в реално време. Това означава, че хората няма просто да виждат обекти на екран, а ще могат да взаимодействат с тях като с реални физически обекти.
Приложенията са многобройни, но сред най-обещаващите е медицината. Представете си хирург, който по време на операция вижда пред себе си пълна триизмерна визуализация на органа, а не само ограничената част, която е в зрителното му поле. В същото време специалисти от други болници или държави могат да наблюдават процедурата и да участват дистанционно чрез добавена реалност и интерактивни 3D модели.
Подобен подход може да бъде особено ценен в региони с недостиг на високоспециализирани медицински кадри, като предоставя достъп до експертно знание независимо от географските ограничения.
Изследванията намират приложение и в транспорта. Автономните автомобили ще трябва непрекъснато да обменят информация помежду си и с околната среда - чрез камери, лидари, сензори и комуникационни системи. При движение с висока скорост дори минимално забавяне може да има критични последствия. Именно затова бъдещите 6G мрежи се разглеждат като ключова технологична предпоставка за масовото навлизане на автономния транспорт.
Част от работата на екипа е насочена и към безпилотните летателни системи. Учените от екипа вече са разработили и патентовали метод за прецизно позициониране на дронове.
Подобни технологии могат да се използват при спасителни операции, наблюдение на критична инфраструктура и доставка на медикаменти в труднодостъпни райони.
Друга важна област е обработката на триизмерни данни, подпомагащи изкуствения интелект. Изследователите работят върху методи за компресиране на сложни 3D модели, анализ на пространствени данни и създаване на интелигентни системи, които могат да разбират и интерпретират околната среда почти като човек.
А телефонът? Не след дълго той също ще се озове в историята като "древна технология".
"Допускам, че цялата тази комуникация ще минава по много по-естествен начин - като част от всекидневието ни - обяснява проф. Манолова. - Директно ще се визуализира пред нас. Няма да е необходимо да си вадя телефона, за да излезе от него някаква холограма."
Очилата, гривните и малките смартустройства, така наречените wearables ще са следващата стъпка. Информацията ще се появява
директно в зрителното поле - няма значение дали това ще е навигация, разпознаване на лица, преводи в реално време, медицински показатели.
Научните резултати вече получават сериозно международно признание. Само за няколко години групата е реализирала над 25 публикации в индексирани международни издания, сред които IEEE Access, Electronics и IEEE Journal on Selected Areas in Communications. Част от тях вече са цитирани десетки пъти от учени по света - сериозен показател за тяхната научна значимост.
"При това говорим за публикации на докторанти, които влязоха в проекта без предишен изследователски опит. Страшно се гордея с екипа", коментира проф. Манолова.
Екипът поддържа активно сътрудничество с университети и научни организации в Австрия, Бразилия, Тайланд, Китай и САЩ. Една от публикациите е в съавторство с проф. Винсент Пур от Университета в Принстън, един от топ 1% от водещите световни учени в телекомуникациите. Сред най-значимите признания е приемането на ТУ - София, като пълноправен член на One6G - водещата международна организация, която обединява индустрията и академичната общност в подготовката на бъдещите стандарти за 6G.
Според проф. Манолова обаче най-голямото постижение не са публикациите или международните партньорства, а младите учени, които се развиват в рамките на проекта. Няколко докторанти вече са на финалния етап на своите дисертации и публикуват резултати на световно ниво.
"Истинският успех на науката е, когато успееш да създадеш следващо поколение изследователи. Именно тези млади хора ще развиват технологиите, които днес все още възприемаме като бъдеще", казва проф. Манолова.
Хибриден модел предсказва епидемии и дава насоки за политиците
Огнищата на ебола в Конго сковаха света от страх, но истината е, че в Африка всяка година избухват над 200 нови епидемии. Не всички прерастват в глобални кризи като сегашната, но всяка една от тях изисква бърза, умна и точна реакция. За съжаление, решенията на политиците твърде често са неефективни, тъй като се базират на недостатъчна информация.
Именно тази празнина искат да запълнят учените от ТУ - София, заедно с колегата си от Университета в Киншаса в Конго - гост-изследователя в университета проф. Селенка Серека. Повече от година те работят върху модели, които впечатляват с нестандартния си и оригинален подход. Серека определя този на научната група като хибриден.
От една страна, математическите модели описват разпространението на заболяването чрез обикновени диференциални уравнения на макроскопично ниво - причината е, че с тях се проследява как се изменя делът на заразените, на възстановените, на придобилите имунитет и т.н. Тези математически модели българските учени и проф. Серека ги комбинират с агентно-базирани, тъй като тяхната функция е различна - те симулират поведението на отделните индивиди, техните контакти, придвижвания и решения. Всеки AI агент в модела е виртуален човек с конкретни характеристики. Когато тези два подхода се съчетаят в единен хибриден модел, се получава изненадващо добра комбинация.
"Всъщност именно така покриваме едновременно микроскопичното и макроскопичното ниво на епидемията - нещо, което нито един модел самостоятелно не може да постигне", обяснява проф. Серека.
Резултатът е повече от впечатляващ.
"Инструмент, способен да симулира не само как епидемията се разпространява, но и как конкретните мерки биха я забавили или спрели - обясни ученият. - Изследването ни ще помогне на лидерите да вземат точните решения - кога да препоръчат носенето на маски, кога да затворят училищата, как да обосноват и да стартират кампания за масова ваксинация и т.н."
Ползата ще е многофакторна. В краткосрочен план тя води до по-бърза и по-аргументирана реакция при възникване на внезапни огнища
В дългосрочен дава възможност за предварителното планиране на ресурсите, ваксините, разработката им и осигуряването на медицински капацитет, преди епидемията да е засегнала критична част от населението. Моделът ще е изключително ценен и на глобално ниво - най-вече в региони с ограничени здравни ресурси, където всяко закъснение в реакцията може да има жестока цена - в човешки животи. Темата на изследването става още по-актуална предвид слабата защита в днешния отворен свят от опасни щамове на вируси като ебола с висока смъртност.
Устройство, което усеща стреса преди вас
Стресът е един от водещите рискови фактори за сърдечносъдови заболявания, нарушения на съня, отслабване на имунитета и редица хронични заболявания - хипертония, атеросклероза, повишен риск от инфаркт, гастрит, язва, диабет, затлъстяване, автоимунни, мигрена, депресия и др.
В мрежата могат да се открият стотици научни изследвания, които година след година разкриват ужасяващите вреди от този тих и опасен бич на столетието.
Проблемът е, че повечето от нас на този етап са беззащитни, тъй като много рядко можем обективно да го разпознаем. За съжаление, обикновено това става, когато има изявена симптоматика и се налага по-сериозно лечение. Именно този безкрайно важен за здравето въпрос учените от ТУ - София, искат да решат. При това не с общи разсъждения и клишета от типа: "Аз мисля" или "Предполагам", а с конкретни измервания. По този начин всеки има шанс да вземе мерки навреме, тъй като превенцията винаги е за предпочитане.
Доц. Аделина Алексиева ръководи проект за създаването на устройство, което прави точно това: измерва нивото на стрес обективно, удобно - в домашна обстановка, без необходимостта от посещение при медицински специалист.
Подобно е името и на проекта "Иновативна биометрична мониторингова система за измерване и следене на емоционално състояние при човек". Той е в рамките на
"Подобряване на научноизследователския капацитет и качество за международна разпознаваемост и устойчивост на ТУ – София", (BG-RRP-2.004-0005).
На този етап системата следи три физиологични параметъра: пулс, температура на тялото и съпротивление на кожата - показател, чувствителен към активността на потните жлези, пряко свързани с вегетативната нервна система при стресови реакции. Данните се събират от сензори, предават се и се съхраняват в хардуерно защитен модул и заключен хардуерен ключ. Целта е да не могат неоторизирани потребители да получат достъп до подобна чувствителна физиологична информация. Именно този защитен модул вече е патентован като полезен модел. Нещо повече, той може да се използва и като самостоятелно решение за сигурно съхранение на чувствителни данни в съвсем други устройства и приложения.
След като данните са съхранени надеждно, те се анализират от AI алгоритъм с невронна мрежа. Там се сравняват с референтните стойности, изградени на базата на проучвания с реални участници. Резултатът е класификация с три нива: ниско, средно или високо ниво на стреса. Категории, които са разбираеми за всеки обикновен потребител.
"Системата е проектирана така, че да се индивидуализира с времето благодарение на обратна връзка от потребителя", посочва доц. Аделина Алексиева. Той е в състояние да потвърди или да коригира дадено разпознато ниво на стреса, тъй като моделът сам се калибрира към конкретните физиологични параметри на човека. Според нея това е ключово предимство, защото референтните стойности варират значително според възрастта, пола и индивидуалното физиологично състояние.
Екипът е наясно и с ограниченията на технологията.
Стресът е многофакторен и трите параметъра не са в състояние да обхванат цялото му многообразие от биомаркери.
За да се реализира подобна мащабна цел, ще е необходимо партньорство с медицински специалисти, с които учените да валидират получените клинични данни.
"Принципът вече е доказан - казва Алексиева. - Ако в даден момент има възможност за калибриране с по-широки данни - системата ни е готова за това."
Крайният продукт все още не е произведен, но архитектурата е изградена, патентована и тествана. Следващата стъпка са клиничната валидация и търсенето на партньор от индустрията, готов да превърне прототипа в достъпно за потребителите устройство.
По този начин ТУ - София, прави още една важна крачка не само към подобряването на превенцията, а и на цялостния здравен статус на европейските граждани.
