Тимур Бергалиев, учёный: Исследования и разработки не имеют границ

Тимур Бергалиев – научный сотрудник Московского физико-технического института. Молодой казахстанский инженер-разработчик возглавляет лабораторию прикладных кибернетических систем в ведущем техническом вузе России. В интервью informburo.kz Тимур рассказал о последних разработках своей команды, о том, как наука может улучшить качество жизни, не дать заснуть водителю и пилоту, и о том, как он оказался в Москве.

– Тимур, давайте начнём с того, как молодому учёному из Казахстана удалось возглавить лабораторию в российском институте. И почему переехали?

– Я родился и вырос в Алматы, закончил лицей №134, здесь живут мои родители. После школы поехал в Москву поступать на физтех, а после выпуска решил связать свою дальнейшую жизнь с наукой и технологиями. На физтехе в этом плане очень благоприятная атмосфера. Здесь стремятся развивать международные связи, для этого каждый год проводится большое количество олимпиад по физике и математике, например, в олимпиаде школьников Phystech.International ежегодно принимает участие несколько тысяч школьников со всего мира, есть летняя школа МФТИ на озере Иссык-Куль и многое другое. Очень много усилий и ресурсов вкладывают в развитие науки – открывают международные центры и лаборатории. Здесь комфортно, и я решил работать в МФТИ, но сказать, что я переехал окончательно – нельзя, я часто бываю в Алматы.

В последнее время, к моей большой радости, всё чаще я стал приезжать в родной город по работе, есть интересные проекты. На данный момент в МФТИ я возглавляю лабораторию прикладных кибернетических систем, мы занимаемся разработками в области биосигналов человека, средств оценки состояния человека. Всё началось с того, что мы с моими друзьями, также выпускниками физтеха, организовали команду разработчиков. В какой-то момент стало понятно, что мы хотим дальше развиваться в области науки и техники, и формат лаборатории был для нас достаточно интересен. Поэтому я предложил это направление руководству МФТИ и взял на себя ответственность вести это дело дальше.

– Расскажите о бионическом протезе. Что это за разработка?

– Это был один из наших первых проектов, с чего мы начинали. Есть люди, у которых отсутствует кисть руки или обе, это может быть врождённый дефект либо приобретённая травма, которая привела к ампутации. Идея заключается в том, чтобы максимально удобно техническими средствами вернуть основную функциональность руки.

Рука, несмотря на свою кажущуюся простоту, невероятно сложный механизм. Она выполняет очень тонкую моторику, и вернуть полноценную функциональность, например, движение каждого пальца и сложные повороты, пока представляется сложным технически, так как не решён ряд фундаментальных задач – материалы, исполнительные механизмы, проблемы с питанием и т.п. Но вернуть часть функций можно, и мы делаем это с помощью биоэлектрического протеза.

Если быть точнее, наша задача заключается в разработке системы и алгоритмов управления такими протезами. Грубо говоря, когда мы хотим сжать руку в кулак, сигнал идёт от мозга к мышцам руки. Так вот самое интересное заключается в том, что когда происходит сокращение мышц руки, в ней возникает электрический сигнал, который мы можем поймать с помощью электромиограммы (ЭМГ), причем сделать это неинвазивно. Простой пример, знакомый каждому – ЭКГ. Наше сердце является мышцей, которое при каждом сокращении вызывает изменение электрического поля на поверхности тела, которое мы и видим на графиках – так называемые кардиограммы.

Аналогично с ЭМГ мы ведём регистрацию сигнала и далее обрабатываем полученную электромиограмму и переводим её в машинный язык, чтобы уже биоэлектрический протез сделал определённый жест. Помимо разработок алгоритмов обработки сигналов мы ведём разработку электроники, аппаратных средств, чтобы такой сигнал считать.

– Бионический протез – не единственное направление разработок. Над чем ещё работает ваша команда?

– Наша команда развивает различные направления в области биосигналов человека. Мы разрабатываем носимую электронику для мониторинга состояния человека. К примеру, мобильные устройства регистрации кардиограмм, кожно-гальванической реакции, вариабельности сердечного ритма, параметров активности и т.д.. Наша задача – улучшить качество и уменьшить размеры таких устройств, снизить себестоимость, развить окружающую такие сенсоры инфраструктуру: мобильное приложение, алгоритмы обработки сигналов, системы поддержки принятия решений для специалистов по аналитике и т.д.

Одно из интересных направлений – с помощью таких устройств оценить психофизиологию водителей и пилотов, чтобы предотвратить их засыпание. Это достаточно распространённая проблема – при монотонном движении водитель может уснуть или какое-то время находиться в полусонном состоянии. Наша задача заключается в том, чтобы с помощью устройства заранее определить, что человек засыпает, и дать сигнал, чтобы он принял решение отдохнуть. Сейчас, дополнительно к носимым устройствам регистрации биосигналов человека, мы подключили камеры, для того чтобы определить сонливость водителя или пилота по частоте и степени закрытия глаз, фиксации параметров отвлечения. Когда человек засыпает, меняется частота и скорость моргания. Оптимизируя и соединяя все эти подходы, мы пытаемся разработать систему, которая была бы удобной, небольшой, не мешала бы водителю, но при этом была эффективной и обладала высокой вероятностью срабатывания. Проблема засыпания за рулём достаточно актуальна, спросите любого водителя: бывали случаи, что они просыпались, когда были уже на встречной полосе, рискуя попасть в лобовое столкновение.

– Когда на рынок поступит ваш прибор?

– Мы сейчас на стадии разработки, поздней осенью начнём испытания на больших грузовых машинах. Будем испытывать объединённую систему, то есть считывать физиологические параметры человека во время езды: сердечный ритм, кожно-гальваническую реакцию, частоту и скорость закрытия глаз и т.д.

– Как выглядит система?

– Система будет состоять из двух основных частей. Сам браслет, который надевает водитель, и небольшая камера, которая будет крепиться в разных местах. В частности, мы также проведём испытания, чтобы определить место в кабине, откуда лучше вести мониторинг.

– Какой сигнал будет подаваться водителю, чтобы он проснулся?

– Если говорить о правовом регулировании, водителя отвлекать нельзя в любом случае. Вмешиваться в системы автомобиля тоже нельзя. В нашем случае основная задача – разработка способа, который бы заранее с наибольшей вероятностью определял засыпание, желательно за несколько минут. А уже как сделать обратную связь – задача решается разными способами. Пока такой проблемы нет.

– Какие разработки уже удалось воплотить в жизнь?

– Так как мы накопили достаточно большой опыт разработок в области биосигналов человека, мы решили создать образовательную платформу в области биосигналов, электрофизиологии и нейротехнологий.

Один из наших продуктов – это образовательная платформа в области бионейросигналов “Юный нейромоделист”, которая позволяет школьникам и студентам поработать в этом направлении, используя доступное оборудование, понятную учебную программу. Продукт уже поставляется в школы и кружки в странах СНГ. Основная идея – дать возможность детям примерить одну из профессий будущего, где направление человеко-машинного взаимодействия является одним из самых перспективных. В частности, образовательная платформа включает в себя сенсоры электромиограммы, сенсоры кардиограммы, сенсоры пульса, сердечного ритма, сенсоры энцефалограммы для диагностики мозговой активности. Также в ближайшем будущем наша команда планирует к запуску проекты по носимой электронике, по интеллектуальным камерам и т.д.

– Что это за камеры, в чём будет их преимущество?

– Мы хотим сделать камеры “умными”, то есть с возможностью предобработки определённых ситуаций на борту самой камеры и с беспроводным модулем передачи данных. Таким образом, в частности, мы сможем экономить трафик при передаче информации. Бывают ситуации, когда нет возможности передавать данные по кабелю. Автономная интеллектуальная камера – это не зависящее ни от чего устройство, которое само может вести обработку и передавать уже обработанный сигнал, значительно меньший по объёму. При этом такая камера будет иметь программное обеспечение, которая позволит вести адаптацию алгоритмов обработки изображения просто и доступно. Например, кто-то хочет измерять объём или диаметр деревянного бруса или, к примеру, снабдить свою производственную линию системой автоматического обнаружения брака и многое другое. Для этого достаточно будет изменить ряд параметров и настроить систему для своих нужд.

– Расскажите о вашей команде, откуда ребята?

– В основном выпускники и студенты МФТИ. Состав многонациональный, практически из всех стран бывшего Советского Союза.

– Вы работаете в Москве. А не хотелось открыть свою лабораторию в Казахстане? Чтобы ваши разработки были под знаком made in Kazakhstan?

– Я считаю, что исследования и разработки не имеют границ, у нас уже есть ряд партнёров в Казахстане, с которыми мы взаимодействуем. Мне кажется, важно быть ближе к центру научных исследований и разработок, в моём случае, например, это МФТИ. Для меня это опытные, сильные коллеги и партнёры в окружении. Естественно, мы открыты к предложениям, и с удовольствием поработаем с коллегами из Казахстана. Вдруг мы создадим совместную лабораторию, например, на базе университета, который ведет активные исследования и разработки по нашей тематике. Ведь тогда есть шанс, что я чаще буду появляться в родном городе.