Институт със супермозък и сърце на суперстартъп

Текстът е публикуван в бр. 3 (43) на сп. Business Global.

Проф. Силвия Илиева е директор на институт GATE към Софийския университет „Св. Климент Охридски“ от неговото създаване през 2019 г., както и професор във Факултета по математика и информатика. Носител на годишната награда на БАИТ за 2024 г. През февруари проф. Илиева беше обявена за посланик на IDSA – признание за значителния ѝ принос в развитието на IDS-базираните пространства от данни. Била е ръководител на катедра „Софтуерни технологии“ през 2009 – 2015 г. и ръководител на екипите по разработване на бакалавърска и магистърска програма „Софтуерно инженерство“ в съответствие с препоръките на ACM/IEEE. Започва кариерата си в БАН през 1988 г. като част от тогавашния Координационен център по информационни и комуникационни технологии, днес – Институт по информационни и комуникационни технологии. Има успешно участие в над 30 европейски изследователски проекта. Автор е на над 100 научни публикации. Изследователските ѝ интереси са в областите на софтуерните платформи, софтуерните процеси, софтуерното инженерство за изкуствен интелект.

Какво всъщност е GATE – научен и образователен институт, или стартъп за развойна дейност и инкубатор за иновации, проф. Илиева?

GATE е първият институт за наука и иновации в областта на големите данни и изкуствения интелект на Софийския университет „Св. Кл. Охридски“ и проводник на промяната, в посока на превръщането на университета от чисто образователна в научноизследователска и иновационна академична институция.

Мисията на GATE е да провежда приложни изследвания и да развива иновации в полза на институциите, индустрията и обществото, но и да предлага образование и да изгражда учени и високотехнологични специалисти в областта на големите данни и изкуствения интелект.

Изграждайки изцяло нов екип, инфраструктура и идентичност, GATE е научен институт със сърцето на бързоразвиващ се стартъп, който е на гребена на вълната на новите технологии. Във фокуса на научните изследвания на института са авангардни теми като цифрови двойници (на градовете, на пациентите, на индустрията), обясним изкуствен интелект, разпределено машинно самообучение, семантична оперативна съвместимост и обогатяване на данни, пространства за данни.

GATE също така стимулира тясно сътрудничество между университета, индустрията и обществените организации за провеждане на отговорни приложни изследвания с реални ползи за обществото. В този смисъл GATE не е просто научен институт в традиционния смисъл на думата, а движещата сила зад създаването на една иновативна национална екосистема и успешното ѝ интегриране в европейската.

Да разгледаме как вашият модел за споделяне на данни е приложим в различни сфери. Да започнем с „Градовете на бъдещето“.

В приложната област „Градове на бъдещето“ чрез възможностите на изкуствения интелект изследователите от GATE разработват  т.нар. „цифров двойник“ на града и пространство за данни. 

Данните са ключ към вземането на информирани решения, ценен ресурс за иновации и развитие и предпоставка за вземане на интелигентни решения за развитието на града. Интегрирането на публични и частни данни, както и данни на гражданите за състоянието на околната среда, мобилността, строителството, енергийна ефективност и др. е от решаващо значение за постигането на устойчиви градове. Създаването на пространство за данни и прилагането на технологиите за създаване на цифрови двойници позволява да се анализират по иновативен начин замърсяването на въздуха, използването на енергията и природни ресурси, и предприемането на адекватни мерки за подобряване на градската инфраструктура и мобилността.

„Цифровият двойник“ реализира сценарии тип „какво – ако“, като например какъв би бил ефектът от замърсяването на въздуха върху заобикалящата ни среда и здравето на гражданите или как по-оптимално да се планира градската среда, за стане градът по-достъпен за гражданите и като цяло по-добро място за живеене. Той подпомага информираното вземане на решения въз основа на 3D моделиране на градската инфраструктура и резултати от анализи и симулации със средствата на геопространствения изкуствен интелект и термофлуидната динамика. Както добре знаем, високите концентрации на замърсители имат директно влияние върху човешкото здраве и стандарта на живот в градските райони. Съществуващите станции за мониторинг на атмосферния въздух обаче измерват концентрацията на замърсители в отделни изолирани точки и предоставят данни с различна честота и качество. Платформата, разработвана от екипа на GATE, „предсказва“ качеството на въздуха в реално време, на произволно местоположение чрез използване на методи, базирани на вероятностни и статистически анализи, невронни мрежи и др. Прогнозите за концентрацията на различни замърсители интегрират данни от различни сензорни станции и метеорологични данни, а резултатите от тях се визуализират по лесен за възприемане начин, за да се осигури цялостна картина за градския въздух.

Създали сте и Енергиен атлас на София…

Да, той съчетава подходи от географските информационни системи и статистически методи за оценка на потреблението на енергия в сгради с различно предназначение. Водещ изследовател на екипа е д-р инж. Лидия Витанова. 

Резултатите от проучването идентифицират значителна разлика в потреблението на енергия между сгради в силно урбанизирани райони в София и тези в предградията. Високото енергийно потребление се наблюдава в зоните, където са разположени и вече са застроени търговски, промишлени и спортни сгради.

Резултатите от Енергийния атлас могат да се използват за допълнителен анализ на енергийната ефективност и изменението на климата, както и за изчисляване на т.нар. градски топлинни острови. Сам по себе си той е инструмент за изследователите, обществото и местните власти при координирането на действията в областта на климата и намаляването на потреблението на енергия, както и за подпомагане на гражданите и общностите в разбирането на ефекта от енергийното потребление по достъпен начин.

Данни на енергийния атлас са използвани за обогатяване на 3D семантичния модел на града, който е част от пилотния проект за създаване на Цифров двойник на града на територията на район „Лозенец“.

 Какво представлява идеята за градски климатичен профил на София, върху която работите?

Климатичният профил съчетава градски феномени, свързани с климата (може да бъде градски остров на топлина, увеличение на местните температури, засушаване) и факторите, които влияят за появата им. Това са особеностите на градската среда, начин на живот, градската инфраструктура и процеси. 

Градските топлинни острови са урбанизирани райони, които се характеризират с по-високи температури спрямо отдалечените райони. Сградите, пътищата и друга инфраструктура поглъщат и отдават слънчевата топлина повече от зелените пространства като паркове и гори, както и от водните басейни. Според множество изследвания е установено, че ефектът от островите на топлина води до повишаване на нощните температури в градските райони с около 2 – 5°C спрямо температурите в отдалечените и крайградските райони. Освен завишената консумация на енергия фактори за появата на градските топлинни острови са трафикът, презастрояването, демографският ръст, липсата на зелени и водни пространства.

Добри практики за намаляване на негативните последствия от островите на топлина могат да бъдат изграждането на т.нар. зелени коридори и увеличаването на зелените пространства, ползване на велосипеди и електромобили, насърчаване на пешеходното придвижване, използване на „умни“ приложения и уреди с цел намаляване на консумацията на енергия и др.

Имате и направление „Дигитално здравеопазване“, какво представляват вашите устройства за следене на пациенти?

В сферата на невродегенеративните заболявания GATE разработи и публикува в международни научни списания иновативни биомаркери за ранна диагностика на болестта на Алцхаймер. Те са базирани на неинвазивни стандартни изследвания и са готови бъдат включени в програма за превенция. Бъдещите планове в това направление са свързани с точната диагностика, т.е. определяне на стадия на болестта чрез изследване на структурната, функционалната и ефективната мозъчна свързаност. Разработките ни за болестта Алцхаймер продължават и по проект VELES.

Освен това екипът ни по цифрово здравеопазване разработи нови методи и патентова иновативна система за проследяване на пациент в клинична и домашна среда с помощта на оптични сензори. Системата е модул от продукт за превенция на внезапната смърт при епилепсия, който следи пациента в реално време, като открива и алармира отново в реално време за стартиращ епилептичен припадък, персонализирайки се чрез самообучаващ се изкуствен интелект. Продуктът е във финална фаза на тестове с реални пациенти.

Системата е модул и в продукти за превенция на синдрома на внезапната детска смърт и централната сънна апнея (блокиране на дихателните пътища, което, причинявайки спад на нивото на кислород в кръвта, води до спиране на дишането). Изброените продукти, разработвани от GATE, откриват и алармират в реално време за жизнени признаци като ритъм на дишане, сърдечен ритъм и т.н. по време на сън и в будно състояние.

Това са реални устройства, които предстои да бъдат внедрени в клиничната и терапевтичната практика в полза на пациента.

Какво представлява проектът VELES?

VELES е проект, финансиран по програма „Хоризонт Европа“, който цели създаването на Хъб за ускоряване на върхови научни постижения и иновациите в областта на интелигентното здравеопазване в България, Гърция, Румъния и Кипър. Основната цел на проекта е да създаде регионално пространство за данни за интелигентно цифрово здравеопазване и устойчива екосистема около него, но в рамките на VELES се разработват и иновативни методологии и пилотни проекти.

Консорциумът на VELES включва 15 организации от 7 страни, като партньори от Швеция, Испания и Германия също участват в процеса на трансфер на опит и добри практики. Освен GATE, който е координатор на проекта, VELES включва още три български организации – Министерството на електронното управление, „Телелинк Бизнес Сървисис“ ЕАД и „Биотехнологичен и здравен клъстер – България“.

Проектът ще демонстрира възможностите на регионалното пространство за данни за интелигентно здравеопазване чрез реализирането на четири взаимносвързани пилотни проекта, фокусирани върху лечението на рак (Гърция), алцхаймер (България), мозъчни тумори (Румъния) и деменция (Кипър). Той има амбицията да усъвършенства здравните практики, да стимулира навлизането на иновативни технологии и в крайна сметка да подобри благосъстоянието на населението в региона.

 Вашият институт е партньор у нас на програмата на НАТО DIANA, насочена към иновации в отбраната. Войната в Украйна ускорява ли търсенето на нови високотехнологични решения в сферата на отбраната?

Ускорителят на НАТО за стимулиране на иновациите в отбраната (DIANA) цели да създаде екосистема от иноватори, предприемачи, изследователи, инвеститори и експерти, които заедно да развият технологии от ново поколение в полза на обществената сигурност и гражданската устойчивост. Мисията на GATE да бъде свързващо звено между научната общност, индустрията и обществото се вписва изцяло в концепцията на DIANA, затова институтът бе избран да бъде тестови център в сферата на големите данни и изкуствения интелект. Като част от екосистемата на DIANA, GATE приема иноватори от България и съюзниците в НАТО, които да тестват своите разработки с цел оценка, валидиране и верификация.

Работим активно и с изследователи от Софийския университет и други висши училища, за да разберем какви са обществените предизвикателства, пред които е изправена България, и как е най-добре да се справим с тях. Например в института развиваме задълбочена експертиза в сферата на откриването и борбата срещу дезинформацията – заплаха, която се разпростира отвъд военния сектор и засяга обществото като цяло. Затова DIANA цели да развие технологии с двойно предназначение, които могат да бъдат използвани не само от военни организации, но и в полза на икономическата сигурност, енергийната устойчивост, здравния сектор, дигиталното развитие и много други. 

Войната в Украйна не е пряко свързана с дейностите в рамките на DIANA, доколкото пред страната в момента има далеч по-приоритетни проблеми от тези в сферата на иновациите, които не са в пряка полза на оперативните действия. Но при всички случаи сигурността и иновациите са взаимносвързани и Украйна доказва това с всеки изминал ден.  

Имате ли сътрудничество с Института по отбрана „Цветан Лазаров“ и с предприятията от българската военна индустрия?

И GATE, и Институтът по отбрана „Проф. Цветан Лазаров“ са специализирани в областта на изкуствения интелект и изграждат тясно сътрудничество. Фактът, че и двата института специализират в изкуствения интелект, е показателен за отговорността, която България е поела в рамките на DIANА. Изкуственият интелект е стратегически ресурс, който дава възможност за създаване и използване на много други нови технологии като квантови, космически и биотехнологии. 

GATE изгражда и устойчиви партньорства с български иноватори, предприемачи и инвеститори, които да се запознаят с ползите от екосистемата на DIANA, както и с ползите от други инициативи на НАТО в сферата на иновациите и сътрудничеството с бизнеса. DIANA е и международна мрежа. GATE работи с най-различни тестови центрове и ускорители извън България, за да осигури достъп на българските компании и иноватори до най-новите технологии и добри практики в сферата на иновациите от целия Алианс. За да тестват своите технологии, българските иноватори могат да кандидатстват за специфични предизвикателства, които централата на DIANA публикува на всеки 2 – 3 месеца, или да се свържат директно с GATE.

Институтът е мултинационален по състав – имате и изследователи от чужбина, както и българи, завършили извън страната. Също е и мултидисциплинарен – от геодезисти и инженери, до юристи и политолози. Как се организира и самоорганизира толкова пъстър екип?

Важно е да има установени общи ценности и цели, които да обединяват различните индивидуалности и да спомагат за ефективното съчетаване на разнообразните професионални умения и допълването им с така наречените „меки умения“.

Стремим се да станем глобално конкурентен център за върхови постижения и иновации в областта на големите данни и изкуствения интелект, като развиваме своя изследователски потенциал. Осигуряваме свобода на научните изследвания в съответствие със стратегическите национални и европейски приоритети, както и със световните тенденции. Важен фактор е и привличането на утвърдени учени, много от които българи, които да увличат и вдъхновяват младите ни изследователи. Ръководителите на изследователските екипи разбират и ценят предимството на мултидисциплинарността за успешното решаване на проблеми.Оценка за усилията

В края на февруари 2024 г. проф. Илиева получи годишната награда на ИТ асоциацията БАИТ за специален принос в развитието на информационните и комуникационни технологии в България, за създаването и утвърждаването на GATE като първи Център за върхови постижения в Източна Европа в сферата на големите данни и изкуствения интелект. „Това е признание за усилието, постоянството и професионализма на целия екип на GATE“, каза при получаването на наградата проф. Илиева. „GATE e първият Институт за големи данни и изкуствен интелект в България и първият Център за върхови постижения за големи данни в Източна Европа. Горда съм, че успяхме да поставим България на европейската и световна карта с нашите постижения, а това, че те се ценят, ни мотивира за още повече успехи.“Работата в екип е ключов фактор за постигане на ефективна организация при мултидисциплинарни и мултинационални екипи. Повечето ни изследователи са млади учени, много от тях с опит в чужбина, които са гъвкави и адаптивни към променящите се изисквания в различните, основно международни проекти. Подкрепата, която даваме за професионалното израстване, е от съществено значение за създаване на среда, в която всички членове на екипа се чувстват признати, уважавани и допринасящи за успеха на института. Инвестирането в обучения и мобилност е важно за повишаване на компетентностите и уменията, без значение дали екипът е мултидисциплинарен, или мултинационален.

А в България има изключително много талантливи изследователи, които заслужават подкрепа, за да можем заедно да развиваме нова изследователска култура и да затвърждаваме позицията на страната ни като иновационен център в региона.

Имате ли докторанти във Факултета по математика и информатика? Има ли за някои от тях перспектива в GATE?

GATE е в процес на подготовка на докторантска програма, но до акредитирането ѝ обучаваме докторанти съвместно с ФМИ. Да, естественият път на развитие на докторантите е в научни организации, вкл. в GATE.  

Расте ли интересът към магистърската и към бакалавърската програма по софтуерни технологии във ФМИ, на които сте създател?

Бакалавърската програма по софтуерни технологии всяка година е в първите 10 предпочитани специалности за кандидат-студентите на СУ.

От началото на академичната 2023/2024 г. GATE обучава първите студенти в магистърската програма „Технологии за големи данни“, създадена съвместно с ФМИ, чийто ръководител съм. В рамките на три семестъра те развиват своите умения и знания, засягайки различни аспекти на данните, включващи събиране, интегриране и подготовка за последващ анализ, семантично обогатяване и използване за разработване на аналитични модели, прилагане на инженерни подходи за управление на данните и процесите за тяхната обработка. Студентите се обучават в мотивираща технологична среда, осигурена в новата сграда на института, работейки по реални казуси. Курсовете се водят от изявени изследователи в сферата на големите данни и изкуствения интелект – български и чуждестранни гост-лектори от престижни университети в Европа. Важна част от обучението заема решаването на практически казуси в сътрудничество с водещи национални и международни ИТ компании.

Предвид постоянно разширяващата се палитра на икономически и социални приложения на големите данни съвсем скоро вече няма да има професия или специалност, която да не се нуждае от подобна експертиза.

Всяка година институт GATE отваря вратите си и за млади таланти, които да развият потенциала си и чрез участие в стажантската ни програма. Най-добрите имат реален шанс да продължат и като младши изследователи в GATE.

 В областта на изкуствения интелект работи още един институт, звено към СУ – INSAIT. Имате ли контакти, сътрудничество с колегите си там, планирате ли да работите по общи проекти? 

Много се радваме на инициативата на проф. Мартин Вечев за създаването на още един институт в областта на изкуствения интелект. Познавам лично проф. Вечев от много години. През 2009 г. нашата катедра „Софтуерни технологии“ към ФМИ на СУ го предложи за наградата „Джон Атанасов“ на президента на Република България. Преди създаването на INSAIT сме имали редица срещи с проф. Мартин Вечев, на които споделях опита си от създаването и развитието на GATE и научната ни програма. Обсъждали сме развитието на изкуствения интелект в България и региона. 

Вратите на GATE винаги са отворени за сътрудничество с научни и бизнес организации от България и чужбина. Считам, че инициирането на съвместна научноизследователска и развойна дейност между двата института е естествен път в тяхното развитие. Идентифицирането на обща посока за действие е въпрос на време и ще се радваме да покажем, че общите ни усилия могат да доведат до по-значим и устойчив резултат.

Каква е мечтата Ви за GATE?

Да постигнем устойчивост във времето и да превърнем GATE в притегателна сила за все повече водещи международни учени и млади таланти. Да запазим GATE като водещ изследователски център, където анализът на данни и технологиите на изкуствения интелект се използват отговорно и етично, за да подпомогнат посрещането на предизвикателствата, пред които се изправя човечеството – от здравеопазването и изменението на климата до икономическото неравенство.

Да се утвърди като място, което амбицира и вдъхновява новаторски изследвания, но и приложни иновации, за да се постигне базирана на данни трансформация на бизнеса, на публичните институции и на обществото като цяло. GATE да e разпознаваем и търсен партньор в европейското и световното научно пространство и така да постигне глобално влияние.