Výsledky pětiletého výzkumu na ČVUT: superpočítač, kyberbezpečnost i záchrana lidských životů

České vysoké učení technické (ČVUT) v Praze představilo výsledky pětiletého projektu Research Center for Informatics (RCI) zaměřeného na výzkum umělé inteligence, robotiky a informatiky. Vědci z Fakulty elektrotechnické (FEL), Fakulty informačních technologií (FIT) a Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské (FJFI) v rámci přednášek a živých ukázek prezentovali humanoidní, kolové, pásové a kráčející roboty, autonomní drony, aplikace v bioinformatice, kyberbezpečnosti a řadu dalších témat. Na výzkumných tématech podpořených projektem RCI se podílelo celkem 252 vědců a vědkyň jak z Česka, tak ze zahraničí.

„RCI cílí na špičkový výzkum. Zabývá se problémy umělé inteligence a informatiky v širokém spektru. Od teoretické informatiky po aplikace v medicíně,“ uvedl vedoucí projektu RCI profesor Jiří Matas z katedry kybernetiky FEL ČVUT. Popsal, že projekt čítal devět výzkumných balíčků zaměřených například na počítačové vidění, počítačovou grafiku, strojové učení, kyberbezpečnost či využití strojového učení v medicíně.

Jedním z důležitých přínosů projektu RCI je nákup počítačového klastru za více než 121 milionů korun, který se svým výkonem řadí mezi největší tuzemské superpočítače určené výhradně pro nekomerční výzkumné účely. „Na klastru běží hlavně frameworky pro učení hlubokých neuronových sítí, jako jsou PyTorch a TensorFlow,“ popsal Daniel Večerka z katedry kybernetiky FEL ČVUT. „Výpočetní uzly, hlavně ty s GPU (grafický procesor), jsou velmi využívané a po většinu času běží na všech 104 dostupných GPU nějaký výpočet,“ doplnil expert.

Podle docenta Martina Sasky, šéfa skupiny multirobotických systémů na FEL ČVUT, grant pomohl výrazně rozšířit finančně náročný výzkum kooperujících formací a rojů autonomních robotů – dronů. „Díky takto komplexnímu projektu, který umožnil přímou spolupráci se špičkovými vědeckými pracovišti, jsme dokázali vyvinout světově unikátní multirobotické řešení. A vedle desítek vědeckých výstupů se nám ho podařilo prosadit i do několika průmyslových aplikací ve spolupráci s českými firmami,“ konstatoval Saska. Vysvětlil, že jde o inovativní způsob nasazení skupin dronů pro detekci stromů napadených kůrovcem, inspekci průmyslových objektů nebo vyhledávání zdrojů radiace. Pracoviště v důsledku toho získalo smlouvy s průmyslem za desítky milionů korun a zapojené firmy se podílejí na financování dalšího výzkumu, uvádí tisková zpráva.

„Fakulta informačních technologií byla v RCI zodpovědná za výzkum v tématech výkonné výpočty a velká data, vestavná bezpečnost a teoretická informatika,” sdělil pak profesor Pavel Tvrdík, vedoucí Katedry počítačových systémů na FIT ČVUT, jehož tým se ve spolupráci s výzkumníky FJFI ČVUT zabýval právě oblastí výkonných výpočtů a velkých dat. V rámci projektu jeho tým vyvinul novou knihovnu pro programování superpočítačů s GPU, softwarový nástroj pro zpracování velkých astronomických dat, nové metody pro modelování atmosfér exoplanet, efektivní algoritmy pro modelování atomových jader a další.

Výsledky výzkumu skupiny vestavné bezpečnosti prezentoval profesor Róbert Lórencz, vedoucí Katedry informační bezpečnosti na FIT ČVUT. Zdůraznil aktuálnost výzkumu v této oblasti, který řeší jak bezpečnost hardwaru, tak rovněž jeho spolehlivost a zabývá se problematikou zranitelnosti hardwarových komponent a jejich ochranou. „Bezpečná výroba a bezpečné použití čipů s jejich spolehlivou identifikací je v současnosti zásadním požadavkem při konstrukci bezpečných počítačových systémů, které zasahují do téměř všech oblastí státní správy, průmyslu, ale i běžného života v podobě internetu věcí, smart systémů, automobility atd.,“ uvedl Lórencz.

Spolupráce napříč obory

Výzkumem v oblasti teoretické informatiky se zabývala skupina pod vedením profesora Jana Holuba. „V rámci projektu RCI jsme se zabývali celou škálou teoretických problémů jako vytváření komprimovaných indexů pro velká biologická data, zpracování stromových datových struktur nebo přidělování předmětů agentům podle jejich preferencí, který se využívá například v tzv. food-bankách. Ve spolupráci s Technickou univerzitou Berlín vznikl program zajišťující distribuci v těchto bankách,“ doplnil Holub z Katedry teoretické informatiky na FIT ČVUT. Díky podpoře z projektu RCI pořídil FIT ČVUT unikátní laboratorní vybavení, například Faradayovu klec nebo experimentální HPC klast, uvádí se v tiskové zprávě.

Důležitou posilu pak získala i skupina humanoidní robotiky FEL ČVUT. „Hlavním přínosem je pro nás pořízení humanoidního robota iCub,“ uvedl vedoucí skupiny docent Matěj Hoffmann. Robot, který byl také vystaven na akci, disponuje řadou unikátních vlastností. „Především však tím, že má citlivou kůži po celém těle. Pro výzkum mé skupiny ve vývojové robotice – studiu vývoje dětí a mozku pomocí modelů v humanoidních robotech – je stěžejní. Zlepšuje možnosti zahraniční spolupráce skrze možnost sdílení kódu, po světě je cca 50 exemplářů, zvyšuje vědecký význam a atraktivitu našeho pracoviště,“ shrnul Hoffmann.

Během pásma přednášek například dr. Radek Janča z katedry teorie obvodů FEL hovořil o výsledcích výzkumu v rámci RCI, který má pomoci pacientům s nejzávažnější formou epilepsie odolné vůči standardní léčbě. Aplikace v medicíně má i výzkum algoritmů umělé inteligence, které mohou pomoci urychlit vývoj protinádorových léčiv. Na tomto výzkumu, taktéž podpořeném RCI, spolupracovaly týmy profesora Jana Kybice z katedry kybernetiky FEL a docenta Mariána Hajdúcha z Lékařské fakulty Univerzity Palackého v Olomouci.

Na záchraně lidských životů se mohou podílet autonomní roboti, schopné efektivní spolupráce při prohledávání obtížně přístupných a člověku nebezpečných míst, jejichž výzkum na FEL vedou profesoři Tomáš Svoboda, vedoucí katedry kybernetiky FEL ČVUT, a Jan Faigl, vedoucí laboratoře výpočetní robotiky. Pozornost se zaměřila mimo jiné na úspěchy robotiků z FEL v americké soutěži DARPA Subterranean Challenge, v níž autonomní roboti vyhledávají předměty v podzemních prostorách, i tento výzkum projekt RCI podpořil.

Lidé si mohli rovněž prohlédnout pokročilý vozík pro detailní snímání vzhledu povrchu, hmatovou 3D mapu, která pomůže lidem se zrakovým hendikepem s orientací v prostoru, nebo výsledky výzkumu týmu profesora Daniela Sýkory z katedry počítačové grafiky a interakce FEL ČVUT. Sýkora uvedl, že s podporou z RCI jeho tým ve spolupráci s Google vyvinul systém Monster Mash, který i laikům umožní vytvářet a animovat 3D modely s využitím ručně kreslených skic.

„Díky přístupnosti a jednoduchosti ovládání je systém v současné době hojně využíván ve výuce 3D animace na základních, středních a uměleckých školách v Evropě i USA,“ zdůraznil Sýkora. Dalším stěžejním tématem podle něj byla i problematika stylizace videa s využitím výtvarné předlohy. „Ve spolupráci s firmami Adobe a Snap jsme vyvinuli postupně několik nových přístupů, které umožňují měnit vizuální podobu vstupní videosekvence dle představ výtvarníka. Výzkum našel široké uplatnění ve filmovém průmyslu a byl například použit i k rozhýbání plakátu Alfonse Muchy v rámci projektu iMucha,“ popsal.

Projekt RCI podle tiskové zprávy také široce podpořil mobilitu studentů a studentek zapojených do výzkumu. Výzkum i nákup techniky, kterou týmy nadále rozvíjejí, včetně superpočítače pro výzkum umělé inteligence podpořil Operační program MŠMT Výzkum, vývoj, vzdělávání v rámci výzvy Excelentní výzkum 580 miliony korun. Část těchto prostředků byla využita také na zapojení 128 doktorandů a doktorandek do výzkumu. Ačkoliv projekt nyní formálně končí, podle profesora Jiřího Matase výzkumy, které podpořil, pokračují.