Наука с прицелом на рынок

Традиционно трудности с коммерциализацией научных разработок и выведением продуктов на рынок считаются одним из основных барьеров развития новых технологий. Для того чтобы преодолеть этот разрыв, при ведущих вузах и исследовательских центрах было создано 14 центров компетенций НТИ. BG ознакомился с проектами, которые уже реализуются консорциумами ученых и индустриальных партнеров.

Анализ производственных данных позволяет находить аномалии и прогнозировать отказы в работе промышленного оборудования

Фото: Предоставлено НТИ

Одним из главных источников увеличения числа перспективных проектов в рамках НТИ является стимулирование новых технологических разработок на базе университетов и их ускоренная коммерциализация в партнерстве с корпорациями. Для этого уже созданы 14 центров компетенции НТИ. В каждом центре сосредоточено развитие проектов в рамках определенной сквозной технологии: искусственного интеллекта, больших данных, квантовых технологий, сенсорики, распределенных реестров, интернета вещей, робототехники, машинного обучения и когнитивных технологий и других.

Российская венчурная компания (РВК) выполняет функции оператора в части проведения конкурсного отбора, мониторинга и сопровождения деятельности центров компетенций. В каждом случае потребность и возможности для разработки определенного решения определяется консорциумом заказчиков и исполнителей. Такой формат должен облегчить вывод проектов на рынок: в консорциумы центров входят крупные корпорации. Партнерами центров уже стали: Сбербанк, МТС, «Газпром нефть», Mail.ru. Все это должно привести к массовой коммерциализации разработок: если сейчас число выводимых вузами на рынок лицензий измеряется десятками, то в перспективе пяти лет речь должна идти о тысяче.

«Работа в формате центра компетенций НТИ — это вызов для вузов и научных организаций. Необходимо фокусировать свою деятельность на потребностях бизнеса, перестраивать процессы. По прошествии первого года полноценной работы центров компетенций НТИ, отобранных в 2017–2018 годах, уже видны результаты деятельности, которые востребованы компаниями, готовыми использовать эти разработки для выведения новых продуктов на рынок»,— отмечает директор центра управления технологическим развитием НТИ в РВК Арсен Гареев.

Логистика на блокчейне

Одним из наиболее перспективных является проект по созданию интеллектуальной системы контроля транспортировки грузов Chainbox в рамках центра НТИ «Технологии распределенных реестров» на базе Санкт-Петербургского государственного университета.

Сейчас разработки блокчейн-решений в привязке к отслеживанию груза и его состояния ведутся как мелкими, так и крупными игроками, однако в обоих случаях речь идет об узконаправленных решениях: это могут быть, к примеру, специальные контейнеры для перевозки медикаментов, контроль температуры и влажности в автоперевозках. Отдельные компании, такие как Shipchain, Yojee, заявляют о возможности трекинга в реальном времени в привязке к блокчейн-платформе, но не раскрывают подробностей того, как эта связка работает.

Chainbox же представляет собой универсальную программно-аппаратную систему для контроля транспортировки грузов, передаваемых в логистической цепочке. Грузы будут снабжены специальными компонентами, использующими распределенный реестр для хранения данных о своем местоположении, статусе принадлежности, условиях внешней среды. Для работы системы используются существующие готовые аппаратные компоненты, такие как микрокомпьютеры, различные датчики (местоположения, состояния внешней среды, замка). При этом программное обеспечение, разрабатываемое центром, универсально и подходит для различных типов датчиков.

За прошлый год разработчики создали прототип решения и геоинформационной системы, предоставляющей историю статусов контейнера и с возможностью управлять им, к примеру закрыть или открыть контейнер, передать права доступа, изменить статус доставки, и представили его потенциальным заказчикам — как российским, так и международным. По результатам презентации проекта потенциальным партнерам в Китае и РФ было принято решение о доработке продукта с учетом международных требований для расширения вариантов сбыта. Для этого до конца года планируется решить вопросы упаковки и начать производство тестовой партии для пилота совместно с индустриальным партнером.

Цифровые технологии в промышленности

В центре НТИ по хранению и анализу больших данных на базе МГУ им. М. В. Ломоносова реализуется проект «Предиктивная аналитика технических систем». Он предусматривает разработку программного комплекса для работы и анализа производственных данных производственного оборудования. Такие данные могут использоваться для прогнозирования отказов оборудования и поиска аномальных режимов работы, а также обеспечения устойчивой работы технологического оборудования. Для дальнейшего анализа разработчики проекта выбрали компании из нефтегазового, металлургического и энергетического секторов. Список наиболее критического оборудования для этих компаний был уже подготовлен, а на основе данных от ряда компаний-партнеров проведен анализ наиболее частых причин отказов оборудования. Во втором полугодии 2019 года были заключены соглашения на проведение пилотных проектов с компаниями из металлургического сектора и угледобывающей компании.

Предиктивная аналитика технических систем — это перспективное направление, которое развивается в том числе за счет востребованности у компаний, выпускающих программное обеспечение по промышленной автоматизации. В этом сегменте уже высокая конкуренция: ведущими игроками являются Microsoft Azure Predictive Modeling Studio, SAP Predictive Maintenance, Prognostic Center of Excellence, Berkeley Predictive lab, Microsoft R Open, Oracle Crystal Ball. Компаниями разработан ряд стандартных и доступных для общего пользования методов по поиску аномалий и прогнозированию отказов работы оборудования.

Наиболее интересные исследования и разработки в этой области касаются создания универсальной прогнозной модели для разных видов оборудования и универсальной платформы для работы с прогностическими моделями, не требующей от специалистов в индустриальных компаниях дополнительных навыков в области машинного обучения. Еще одно важное направление — это объединение работы статистических моделей, предсказывающих результат по накопленным историческим базам, и работы физической модели — так называемой модели цифрового двойника, позволяющего симулировать работу оборудования.

Развитие предиктивной аналитики на российском рынке в целом следует мировым трендам, однако ввиду меньшего спроса от индустриальных компаний на более детальную аналитику производственных данных и повышение эффективности производства это направление развивается медленнее, чем за рубежом. С другой стороны, сильная отечественная математическая школа позволяет создавать более эффективные модели для анализа данных. Это одно из преимуществ, которое есть у разработок в этом направлении в рамках программы центра НТИ МГУ.

Важное ограничение для развития подобных технологий как в России, так и за рубежом,— характер анализируемых данных. Чаще всего они являются коммерческой тайной. В российской практике проблема носит более выраженный характер за счет того, что компании не уверены в компенсации в судебном порядке потенциальных убытков из-за разглашения конфиденциальной информации. Большинство крупных российских бизнесов предпочитает развивать подобные сервисы внутри компании с привлечением ученых и специалистов по анализу данных, чтобы снизить подобные риски.

Еще одним проектом, тесно связанным с реальным производством, является создание платформы виртуальной разработки, испытаний и поддержки цифровых двойников на базе центра НТИ «Новые производственные технологии» в СПбПУ. Платформа уже позволяет реализовывать коммерческие инициативы: примером выполнения разработки на базе цифровой платформы стал проект по снижению массы двигателя на основе «цифрового двойника» для АО «ОДК-Климов». Всего в 2019 году с использованием платформы было реализовано исследований и разработок по заказам высокотехнологичных компаний на сумму более 300 млн руб.

По оценке экспертов центра НТИ «Новые производственные технологии», отставание в развитии большинства производственных цифровых технологий в России по сравнению с мировым уровнем составляет пять-десять лет. При этом объем рынка так называемого традиционного PLM (Product Lifecycle Management — управление данными о продукте на протяжении его жизненного цикла), который содержательно наиболее близок понятию «цифровое проектирование и моделирование», в 2017 году составил $27,16 млрд. Мировой рынок так называемого полного PLM, по оценкам CIMdata, был еще более значительным — $43,7, а к 2022 году достигнет $61 млрд.

Наконец, для развития производства осуществляется проект по повышению точности промышленных роботов-манипуляторов (его реализует Центр технологий компонентов робототехники и мехатроники на базе университета «Иннополис»). Целью проекта является разработка алгоритмов повышения точности позиционирования промышленных роботов-манипуляторов при выполнении контактных операций, в том числе задач механообработки твердых материалов.

При построении траектории движения робота в пространстве требуется учитывать податливость всех механических компонентов, направление и амплитуду приложенного внешнего усилия. Реализация проекта как раз позволит создать продукт, который может быть массово использован на предприятиях машиностроительной отрасли для повышения точности промышленных роботов-манипуляторов.

Энергетика по-новому

Использование цифровых «двойников» ускоряет процесс моделирования новых разработок

Фото: Пресс-служба РВК

Сразу два проекта реализуются в энергетике. В рамках центра НТИ «Технологии транспортировки электроэнергии и распределенных интеллектуальных энергосистем» на базе НИУ МЭИ разрабатывается проект по созданию «цифровых подстанций». Здесь создаются опытные образцы устройств и комплексов релейной защиты и автоматизации таких подстанций с различными архитектурами (централизованная, децентрализованная, гибридная). В 2020 году планируется внедрение разработанного решения на первом пилотном объекте при поддержке членов консорциума, созданного на базе центра НТИ МЭИ, и совместно с индустриальными партнерами.

Мировой опыт построения и внедрения цифровых подстанций составляет всего около десяти лет, но производителями устройств релейной защиты уже предлагается широкий спектр приборов, поддерживающих данную технологию. Цифровые подстанции в нашей стране стали строиться около трех лет назад, а запуск в серийное производство данных устройств для данных объектов отечественными производителями только начинается.

Вторым проектом (а точнее, группой проектов) занимается Центр компетенций по технологиям новых и мобильных источников энергии Института проблем химической физики Российской академии наук. Здесь разрабатывают мобильные электрохимические генераторы на топливных элементах, использующих водород в качестве топлива, а также функциональные материалы для получения водорода из неорганических топлив. Основными целями проекта являются увеличение удельной энергоемкости и снижение стоимости разрабатываемых систем. Такие системы могут применяться как в качестве энергоустановок для транспорта (легкая беспилотная авиация, грузовой и легковой автотранспорт, транспорт специального назначения), для робототехники и малой генерации электроэнергии, например в условиях отделенных территорий.

Работы по проекту направлены на создание как твердополимерных топливных элементов, так и твердооксидных — микротрубчатой конструкции. В рамках проекта уже изготовлены опытные образцы трубок, необходимых для создания электрохимических генераторов, и проведены их испытания. В мире работы по микротрубчатым топливным элементам ведутся только организацией eZeleron, ей был получен ряд результатов, показывающих перспективность технологии. Твердополимерными топливными элементами в мире занимается большее количество исследователей — как в плане разработки топливных элементов для различных видов транспорта, так и для генерации электричества. Центр НТИ не отстает от мирового уровня: для портативной техники и робототехники в ИПХФ РАН совместно с рядом индустриальных партнеров созданы опытные партии энергоустановок на топливных элементах подобного типа. Для ряда задач (в основном портативные источники тока и источники энергии для робототехники) ведутся разработки химических источников водорода. По данному направлению разработаны методики получения и подготовлены технологические регламенты на мелкосерийное производство материалов для химических источников водорода термолизного типа. Серьезные наработки в данной области есть, например, у компании Horizon и ряда других. Однако они построены на гидролизных системах, имеющих сложность применения при отрицательных температурах.

Кванты в банках

Быстрый темп развития технологии квантового распределения ключа (технологии, обеспечивающей безопасную передачу ключа шифрования с использованием принципов квантовой механики) требует соответствующего развития сопутствующих технологий для внедрения квантовых коммуникаций на рынок. В настоящий момент в России отсутствуют квантовые сети, готовые к внедрению бизнес-приложений для конечного пользователя, а использование технологии квантового распределения ключа ограничивается защитой процесса передачи данных. Однако новые разработки позволяют также проводить квантово-защищенную аутентификацию, распределять ключи между пользовательскими приложениями и обеспечивать защищенное хранение данных. Сейчас проект по созданию квантовых сетей разрабатывается в рамках центра НТИ «Квантовые коммуникации» на базе НИТУ МИСиС, к нему уже проявили интерес крупные банки: Газпромбанк, Сбербанк, ВЭБ. За прошедший год эксперты центра разработали программное обеспечение для работы с сетью произвольной топологии и для квантово-защищенной аутентификации.

Разработка программного обеспечения для квантовых сетей необходима для обеспечения работы будущих пользователей технологии квантовых коммуникаций на уже существующих системах и топологиях сети. При этом за рубежом такие проекты уже активно реализуются: в Южной Корее развивается применение квантовых сетей для телекоммуникационной отрасли с обеспечением защиты LTE- и 5G-линий связи. Множество проектов реализуется в США, Великобритании и странах Евросоюза. К 2021 году сегмент услуг, связанных с внедрением сетей и бизнес-приложений, по экспертным оценкам, займет приблизительно 20% рынка квантовых технологий, емкость которого в настоящее время составляет $286 млн. В дальнейшем этот сегмент будет расти как за счет роста рынка на уровне 20–25% в год, так и за счет увеличения в нем доли услуг и бизнес-приложений и достигнет к 2022 году объема $944 млн с долей услуг и бизнес-приложений 30%.

«Сквозные» биотехнологии

В Центре компетенций на базе ИБХ РАН создают сквозную биотехнологическую платформу и разрабатывают новые препараты для лечения сахарного диабета

Фото: Эмин Джафаров, Коммерсантъ

Работа центров затрагивает не только промышленные и цифровые технологии. На базе центра технологий управления свойствами биологических объектов ИБХ РАН реализуется проект по созданию «сквозной» биотехнологической платформы и организация производства активных фармацевтических субстанций (АФС).

Производство АФС в рамках данной платформы состоит из двух этапов. На первом этапе происходит получение сайт-специфических протеолитических рекомбинантных ферментов, с помощью которых на втором этапе производятся лекарственные полипептиды. Уникальность разрабатываемой платформы в том, что, во-первых, за счет ноу-хау Центра НТИ удалось значительно удешевить данный процесс, а во-вторых, данный способ открывает возможность получения разных лекарственных полипептидов с помощью одного унифицированного процесса. При этом коммерческими продуктами являются как продукты первого этапа (ферменты), так и продукты второго этапа (АФС лекарственных полипептидов).

В рамках платформы уже ведется разработка биотехнологий получения активных фармацевтических субстанций для препаратов, которые могут использоваться для лечения инсулиннезависимого сахарного диабета II типа, долговременного контроля веса, а также для производства инновационного рекомбинантного пептидного анальгетика. За этот год, в частности, был разработаны лабораторные регламенты получения ферментного препарата энтеропептидазы, а также TEV-протеазы и созданы их опытные партии. Помимо этого участниками консорциума в рамках центра был разработан лабораторный регламент получения терипаратида — полипептидного препарата, входящего в перечень жизненно необходимых лекарственных препаратов и являющегося единственным на отечественном рынке анаболическим препаратом, применяемым для лечения остеопороза.

В мире ведущими производителями ферментативных препаратов аналитического уровня чистоты являются компании США и ЕС, в частности компания NEB. В РФ исследованиями в области прикладного применения сайт-специфических протеолитических ферментных препаратов занимается небольшое число научных коллективов, часть из них уже вовлечено в деятельность ЦНТИ ИБХ. При этом на отечественном рынке отсутствуют ферментные препараты энтеропептидазы и TEV-протеазы, которые можно было бы применять при производстве биофармацевтических препаратов. Разработки Центра НТИ имеют высокий потенциал на внутреннем рынке страны в связи с политикой РФ, связанной с импортозамещением лекарственных средств. Все препараты такого типа в настоящее время импортируются и имеют достаточно высокую стоимость. Таким образом, внедрение разработок центра позволит полностью обеспечить потребность российских пациентов в препаратах данного типа.