Все лауреаты родились в 1987 году. Они активно публикуются в самых престижных международных журналах. Их индекс Хирша, который характеризует место ученого в мировом научном рейтинге, - от 21 до 52. Такими цифрами не могут похвастаться многие куда более возрастные ученые. Уровень работ этих трех молодых ученых еще раз подтверждает, что самую передовую науку можно делать в России, что никакие самые жесткие санкции не могут остановить ее развитие. Размер каждой премии составляет 5 миллионов рублей.
Сильный - значит умный
Профессор Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского Сусанна Гордлеева удостоена награды за разработки в области нейроморфного искусственного интеллекта. Здесь ключевой термин - "нейроморфный". Именно он подчеркивает принципиальное отличие таких систем ИИ от тех, которые сегодня реализуются на уже хорошо известных многим нейросетях.
- Когда люди слышат слово "нейросеть", они уверены, что это почти аналог нашего мозга. Это заблуждение. На самом деле к тому, как устроен и работает мозг, нейросети отношения не имеют, - объясняет Гордлеева. - Скажем, в архитектуре современных компьютеров вычислитель и память разнесены по разным блокам. Поэтому при обработке информации приходится ее постоянно перебрасывать между ними. Это очень серьезный минус нейросетей, реализованных на современных компьютерах.
Действительно, такая архитектура является их узким местом. Как следствие - задержки в обработке информации, а главное, большой расход энергии. В настоящее время суточное энергопотребление некоторых моделей ИИ на основе нейросетей измеряется мегаватт-часами. Ожидается, что в ближайшем будущем оно достигнет уровня потребления в некоторых странах.
Архитектура нейроморфного ИИ принципиально иная. В ней с помощью электроники воспроизводится устройство и принципы работы головного мозга. Не случайно такие системы называются биоподобные. Скажем, в них, как и в мозге, память и вычислитель объединены, поэтому задержки и расход энергии сведены к минимуму. Например, отечественный нейроморфный процессор "Алтай" потребляет на сравнимых задачах почти в тысячу раз меньше энергии, чем традиционные нейросети.
Но не только экономией энергия привлекают сегодня нейроморфные ИИ. Сверхзадача, а можно даже сказать мечта науки - создать "сильный" интеллект. Пока сегодня царит "слабый". Он стремительно входит в самые разные сферы жизни, становится "героем нашего времени". И все же он "слабый", потому что работает по алгоритмам, заложенным в него человеком. А "сильный" должен сам придумать алгоритмы. Думать почти как человек. Задача крайне заманчивая, но проблема в том, как его этому научить. С этим и связано исследование Сусанны Гордлеевой. В чем его суть?
- Прежде всего надо напомнить, что в мозге помимо всем известных нейронов есть так называемые глиальные клетки, а их самый распространенный тип - астроциты, - говорит Гордлеева. - И хотя астроцитов в 10 раз больше, чем нейронов, но их функции были почти неизвестны. Считалось, что они что-то вторичное, этакая подсобка для прокорма нейронов. Скажем, они не генерируют электрические сигналы, а значит, вообще не могут участвовать в обработке информации. Но недавно в разных лабораториях было показано, что это не так. Что астроциты по-своему, но имеют отношение к работе с информацией. То есть мозг делает это иначе, чем ранее представлялось.
Эти новые знания стали для ученого поводом кардинально изменить взгляд на принципы создания нейроморфного ИИ. Вначале в лаборатории были разработаны математические модели, в которых астроциты были включены в обработку информации. А по их результатам построены новые алгоритмы биоподобного искусственного интеллекта.
- Когда мы его обучили, а потом выпустили решать задачи, то он справлялся с ними намного быстрей и лучше, чем все существующие подобные системы, - говорит Гордлеева. Ученый особо подчеркивает, что создавать такие нейроморфные ИИ можно уже сейчас, для этого имеется вся электронная техника.
По мнению специалистов, работы Сусанны Гордлеевой открывают новое научное направление в области нейроморфных систем искусственного интеллекта.
Наводчик на золото
Кандидат геолого-минералогических наук из Санкт-Петербургского госуниверситета Ольга Якубович удостоена премии за создание новых методов поиска месторождений стратегически важных металлов - золота и платины. Из самой формулировки работы очевидна ее значимость для страны. Автор предложила геологам неожиданный и эффективный инструмент поиска месторождений.
Здесь надо напомнить, что среди многих методов, которые есть в геологоразведке, одним из самых эффективных является определение возраста изучаемых минералов. Суть в следующем. Скажем, сегодня известно, что наиболее богатые золотом руды имеют возраст более порядка 2,5 млрд лет. Они очень перспективны на содержание крупных залежей золота. А значит, здесь имеет смысл разворачивать серьезные поиски. Если же минералы молодые, им, допустим, 1,5 млрд лет, то золото здесь почти наверняка можно не искать. Аналогичная картина и с платиной, и с другими металлами. То есть далекое прошлое, когда тот или иной металл образовался, является сегодня лучшим ориентиром для поиска.
Но оказывается, что определить возраст минералов - очень непростая задача. Они надежно скрывают свои годы. Чтобы "докопаться" до них, есть разные методы, а лучше всего это получается по изотопам рений-187 и осмий-187. Однако у этого подхода масса недостатков: он сложный, дорогой, трудоемкий и занимает много времени.
Ольга Якубович впервые в мире предложила принципиально иной способ вычисления возраста минералов. Его суть: надо заменить изотопы рения и осмия на изотопы урана и гелия. Что вызвало у специалистов массу вопросов. Почему?
- Идея определять возраст минералов по содержанию в них гелия была предложена еще в начале прошлого века лауреатом Нобелевской премии Эрнестом Резерфордом, - говорит Якубович. - Как работает этот метод, нужен отдельный разговор. Здесь важно подчеркнуть, что тогда он выглядел для геологии очень перспективным, и его начали активно применять, но вскоре выявился его главный минус. Оказалось, что в большинстве минералов гелий вообще не сохраняется в течение всей геологической истории. Даже при довольно слабом нагреве он просто улетучивается. И значит, просто нечего измерять. Так что идея великого физика потеряла актуальность. Можно сказать, что ее с почетом похоронили. Мы решили ее возродить.
На первый взгляд, это кажется нереальным. Откуда в минералах гелий, если он из них быстро улетучивается? И вот здесь произошел настоящий прорыв, который кардинально изменил отношение к гелию. "Нам удалось обнаружить, что в самородных металлах - золоте и платине, а также и в некоторых сульфидных минералах, в частности пирите, гелий хорошо сохраняется в течение миллиардов лет. И его вполне можно использовать для определения возраста минералов. Что намного проще, дешевле и быстрее по сравнению с существующими методами", - объясняет ученый.
Предложенные Ольгой Якубович технологии востребованы в геологоразведке в России, а также в ряде африканских стран. Они были успешно опробованы на месторождениях в Хабаровском крае, Южном и Полярном Урале, в Якутии и на Алтае.
Меню для вредителя
За открытие новых механизмов, которые позволяют прогнозировать нашествие насекомых-вредителей сельского и лесного хозяйства, а также эффективных методов борьбы с ними премии удостоен кандидат биологических наук Сергей Павлушин из новосибирского Института систематики и экологии животных СО РАН.
Речь идет о спасении лесов от нашествия непарного шелкопряда. Каждый год из разных регионов страны приходят тревожные SOS о массированных атаках этого опасного вредителя. А скажем, на Алтае он практически прописался, проникая на огромные территории. После таких визитов лес стоит голый, как глубокой осенью.
Кто-то скажет, что этот шелкопряд не вчера появился, он уже основательно изучен наукой. Известно, что многие виды деревьев, например, лиственные, приспособились и способны переносить вредителя без особых последствий. После нашествия они восстанавливаются. Какие-то очень чувствительны, они быстро высыхают. И такая картина на территории страны наблюдалась многие годы. А значит, можно было с высокой точностью прогнозировать, когда и где ожидать нашествие, с какими последствиями.
Сейчас ситуация кардинально изменилась. Виновник этого - климат. Все более ускоряющееся глобальное потепление, говоря образно, привело в движение леса и поля. Они двинулись на север. А с ними вместе туда же направился и непарный шелкопряд. Причем он перемещается гораздо быстрее, что может привести к самым неожиданным сюрпризам. А вот с какой скоростью? Чем это может конкретно грозить? Как с этим врагом бороться? Ответы на эти вопросы искал Сергей Павлушин.
- Мы впервые показали, что вредитель распространяется очень быстро, около 40-50 километров в год, за 10 лет он продвинулся на север примерно на 500 километров, - говорит ученый. - По сути, он уже пришел в тайгу, где для него новый продукт - хвойные деревья. Оказалось, что вредитель довольно быстро адаптируется к этому меню, вырабатывая потенциал для новых нашествий и дальнейшего продвижения на новые территории. Если он начнет на хвое размножаться так же активно, как на лиственных, то урон будет очень серьезный. И тогда масштаб проблемы окажется куда значительнее, чем сейчас.
Как остановить вредителей? Сегодня имеется обширный арсенал различных средств, в основном химических, но для сохранения окружающей среды предпочтительней биологические препараты. Они созданы на основе бактерий и вирусов. Механизм действия у каждого "оружия" разный. И перед работниками лесных хозяйств стоит вопрос: что выбрать?
- Нам удалось впервые в мире показать, что выбор "оружия" можно сделать, зная, как развивалось насекомое, - объясняет Павлушин. - Если оно началось поздней весной, то вредитель более устойчив к бактериальным препаратам и лучше подавляется вирусными. Если же развитие пришлось на раннюю теплую весну, то все наоборот. Зная эту погодную зависимость, можно заранее подбирать максимально эффективные средства борьбы с вредителем.
Работа лауреата позволит прогнозировать развитие событий при дальнейшем потеплении, дает ориентиры, к чему готовиться, какие принимать меры.
Сергей Павлушин выбрал свой путь к науке еще в школе. Когда учился в 9-м классе, то записался в экологическую секцию при Лицее N9, которую организовала сотрудник Института систематики и экологии животных СО РАН Богомолова Наталья Викторовна. "Мы начинали с азов, а закончили тем, что многие стали студентами в сфере биологии, а кто-то пришел затем работать именно в этот институт", - говорит Сергей. Кстати, он успевает заниматься не только наукой. У него обширный круг увлечений: "Играю на гитаре, занимаюсь дайвингом, играю в КВИЗ - это молодежная версия "Что? Где? Когда".