Система комфорта

Система «ЭДЕМ» — это масштабный и перспективный проект, разработка которого началась в ННГУ им. Н.И. Лобачевского несколько лет назад, и сейчас к совместной работе над ним присоединились АО «Технопарк «Саров», Нижегородский научно-исследовательский институт гигиены и профпатологии, а также специалисты-консультанты Приволжского исследовательского медицинского университета и Лаборатории экспрессионных систем и модификации генома растений Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова. Презентация проекта состоялась в июне 2021 г. на Нижегородской ярмарке на стенде АНО «Нижегородский НОЦ» в рамках VI Всероссийской конференции «Цифровая индустрия промышленной России».

Проект нацелен на создание биотехнического аппаратно-программного комплекса, обеспечивающего мониторинг и оптимизацию параметров внутренней среды множества замкнутых помещений (офисных зданий, гостиниц, коттеджей, многоквартирных жилых домов и т. п.). Внутренняя среда помещений должна оптимизироваться с учетом особенностей конкретных эпидемий. Особенностью комплекса является совместное использование в нем как привычных технологических микроклиматических и санитарных устройств, так и биологических элементов — специальных блоков-фитомодулей с растениями-модификаторами параметров среды, уход за которыми ведется в автоматическом режиме с использованием искусственного интеллекта, а также систем распыления пробиотиков (микроорганизмов, вытесняющих патогены).

— Наша система предназначена для снижения вероятности распространения патогенов в условиях эпидемии и обеспечения комфортной среды при длительном пребывании людей в замкнутых пространствах, — рассказывает руководитель проекта, заведующий лабораторией физических основ и технологий беспроводной связи, доцент радиофизического факультета ННГУ, к. ф. -м. н. Алексей Львович Умнов. — Эпидемия коронавируса COVID-19 обнажила во всем мире ряд проблем, часть которых связана с тем, что жилые помещения и общественные здания не оптимизированы под условия изоляции. Во-первых, в наши дни отсутствует объективное и четкое представление о внутренней среде помещений и ее влиянии на развитие эпидемий. Во-вторых, отсутствует сбор больших данных, анализ которых позволил бы определить факторы и условия распространения заболеваний. В-третьих, отсутствует взаимодействие технических устройств и растений для формирования благоприятного микроклимата помещения, препятствующего распространению патогенов. Кроме того, известно, что современный городской человек проводит в замкнутых помещениях 90–95 процентов времени (99 при карантине).

Таким образом, идею системы «ЭДЕМ» подсказала сама жизнь. В 2020 году, когда началась эпидемия коронавируса, наша команда разработчиков уже имела на руках достаточно продвинутую платформу, которую мы разрабатывали в течение 10 лет и которая позволяет быстро строить сложные многоэлементные технические системы. Первая часть платформы представляет собой систему, обеспечивающую эффективную работу с персональными и групповыми информационными ресурсами, а вторая часть связана с интернетом вещей. Сочетание функций позволяет как создавать сложные распределенные многокомпонентные технические системы, так и организовывать связанные с ними информационные ресурсы, в том числе справочного и образовательного характера, а также управлять проектами по построению этих технических систем.

В России немало городов с развитым промышленным производством и не совсем благоприятной экологической обстановкой, но оздоравливать одновременно весь город значительно сложнее, чем внутреннюю среду помещений, поэтому наша система удобна для решения проблем длительного комфортного пребывания людей именно в замкнутых пространствах.

По словам Алексея Умнова, поскольку людям важно чувствовать себя комфортно как в обычной жизни, так и в условиях изоляции, комплекс «ЭДЕМ» задуман как система, формирующая качество внутренней среды помещений. Под этим понимаются важней­шие параметры микроклимата, включающие температуру, влажность и состав воздуха, чистоту поверхностей, а также аудиовизуальный и обонятельный фон — все то, что создает ощущение свежести и безопасности. В интересах людей, вынужденных находиться в замкнутых объемах долгое время, оценивается также запыленность воздуха в этих помещениях. Сегодня эти параметры не контролируются в большинстве жилых и общественных пространств, но от того, насколько горожанам приятно в них находиться, напрямую зависит их психическое и физическое здоровье. «ЭДЕМ» не просто позволяет локально контролировать все эти параметры, но и управлять ими с учетом угрозы распространения того или иного патогена, загрязнения внешней среды и иных ситуаций.

— Мы определили «ЭДЕМ» как биотехническую систему, то есть в ней для создания необходимых комфортных условий внутренней среды используются как биологические объекты, так и технические средства, — продолжает заведующий лабора­торией. — К биологическим объектам относятся растения, которые расположены на фитомодулях (фитостенах), и пробиотики, которые мы распыляем в окружающее пространство с целью его дезинфекции. Предполагается, что количество растений внутри помещений будет настолько большим, что свойства среды этих помещений будут зависеть от них существенным образом. Технические средства, то есть аппаратная часть системы, представляет собой множество устройств (датчиков параметров воздуха, кондиционеров, увлажнителей и очистителей воздуха, УФ-рециркуляторов, УФ‑облучателей, аэрозольных дезинфекторов и других), устанавливаемых для мониторинга и модификации параметров внутренней среды. При этом в систему не всегда обязательно включать новое спецоборудование — иногда возможно использовать обычный увлажнитель воздуха или обычный кондиционер. Аппаратная часть системы частично производится нами, частично используются приборы российских и зарубежных производителей. Мы производим блоки мониторинга температуры, влажности, давления, запыленности, уровня углекислого газа и других газов.

У системы «ЭДЕМ» есть также элементы, связанные с мониторингом параметров состояния внешней среды, начиная от температуры, влажности, атмосферного давления и заканчивая его газовым составом с акцентом на анализ уровней углекислого газа и формальдегида. Помимо этого «ЭДЕМ» умеет модифицировать (то есть изменять) параметры внешней среды. Изменять их можно, например, за счет организации связи с внешним пространством: если снаружи крайне неблагоприятная ситуация (в частности, высокий уровень какого-то загрязнения), то можно перекрыть канал связи, роль которого в системе играет проветриватель, и изолировать помещение. Затем с помощью средств модификации параметров можно «настроить» внутреннюю среду — за счет кондиционирования воздуха, за счет включения увлажнителей, за счет стимулирования роста растений и иными способами.

Так как система «ЭДЕМ» ориентирована на условие эпидемий, особое внимание мы уделили приборам, производящим обеззараживание воздуха и поверхностей. Помимо пробиотиков, использующихся как биологический агент, в аппаратной части предусмотрены УФ‑рециркуляторы — они прогоняют воздух внутри помещения через себя, обеззараживая его, а ночью, когда помещение пустует, оно дополнительно облучается с помощью УФ-ламп. На ночь, кстати, отнесена большая часть активности системы: чтобы днем ничего не шумело и людям не мешало, полив растений и облучение ультрафиолетом осуществляются именно ночью. Утром помещение почти стерильно.

Важно, что «ЭДЕМ» — не локальная, а сетевая система для множества помещений, и этим она принципиально отличается от всех других систем климат-контроля, представленных на рынке. Одним из объектов, оборудованных системой, может быть технопарк, вторым — торговый центр, третьим — колледж. Для того, чтобы система работала эффективно и была экономически выгодна на практике, разработчиками предложен облачный сервис, предоставляющий объектам централизованные инфраструктурные услуги. Этот сервис следит за своевременной доставкой на объекты расходных материалов — саженцев растений, удобрений или пробиотиков, за своевременным регламентным обслуживанием оборудования, за состоянием растений, за сбор больших данных и так далее. Центральный сервер собирает со всех объектов информацию, составляет базу 

данных и на ее основе оценивает состояние среды в каждом конкретном помещении и его соответствие условиям, препятствующим распространению эпидемий, или степень компенсации загрязнения окружающей среды. Центральный сервер может также пере­программировать локальные объекты исходя из анализа больших данных. Необходимо отметить, что система «ЭДЕМ» может работать в автоматическом режиме и режиме ручного управления.

В настоящее время система «ЭДЕМ» полностью смонтирована в тестовой зоне в переговорной комнате технопарка «Саров», отдельные ее элементы есть в лаборатории физических основ и технологий беспроводной связи радиофизического факультета ННГУ имени Лобачевского. Мне как руководителю проекта хочется, чтобы система, пусть даже в неполной сборке, появилась прежде всего в квартирах обычных домов. После этого мне хотелось бы видеть «ЭДЕМ» в торгово-развлекательных и бизнес-центрах, различных госучреждениях, учебных заведениях, на вокзалах, в ресторанах и гостиницах и в других многолюдных общественных пространствах. Использование растений создает вокруг человека близкую к природной окружающую среду с ее естественным фоном — свежим и чистым воздухом, приятными визуальными, слуховыми и тактильными ощущениями.

Активным участником проекта «ЭДЕМ» является АНО «Нижегородский НОЦ», силами которой подготавливаются презентационные материалы и иная документация для потенциальных инвесторов, целевой аудитории и партнеров проекта и осуществляется административное сопровождение разработки. Например, с помощью АНО «Нижегородский НОЦ» в 2022 г. начаты переговоры с потенциальным инвестором проекта. Авторы презентовали ему проект, и в настоящее время сотрудники НОЦ выстраивают диалог с целью начала продаж решения благодаря поддержке инвестора. По прогнозами аналитиков, проект имеет высокий потенциал для выхода на миро­вой уровень и его можно назвать идеальным с точки зрения баланса науки и бизнеса.

— В структуру АНО «Нижегородский НОЦ» входят и образовательные учреждения, и промышленные предприятия, и научно-исследовательские институты, и взаимодейст­вие всех этих организаций внутри НОЦ должно приводить к появлению конкурентоспособных инновационных продуктов, которые смогут развивать экономику региона и через продвижение этих новинок развивать экономику всей страны, — отмечает Алексей Умнов. — Проект «Система мониторинга и оптимизации внутренней среды замкнутых помещений в условиях эпидемий «ЭДЕМ» реализуется в рамках направления «Передовые цифровые технологии», одного из пяти направлений деятельности АНО «Нижегородский НОЦ». Кроме того, силами сотрудников НОЦ создан прототип первой десктопной версии сайта по проекту. В ближайшее время планируется проработка контентной части и тестирование юзабилити прототипа.

При реализации проекта будут использованы многолетние наработки спин-офф компаний ННГУ им. Н. И. Лобачевского, а также результаты проекта ECOIMPACT программы Еврокомиссии ERASMUS+, в котором принимали участие создатели системы «ЭДЕМ». В рамках этой программы коллектив разработчиков был признан победителем конкурса по созданию образовательной среды по подготовке специалистов, способных эффективно исполь­зовать современные технологии, в частности, технологии интернета вещей, для оптимизации погодозависимого бизнеса и вообще любой погодозависимой деятельности — сельского хозяйства, городского коммунального хозяйст­ва, спорта и многого другого. Для того, чтобы принимать грамотные решения в любой сфере деятельности, основываясь на знании современных технологий, человек должен иметь какую-то минимальную информацию, и именно на осмысление этой информации и направлена наша образовательная среда в рамках программы ERASMUS+. Иными словами: наша платформа легла в основу той образовательной среды, и представители различных университетов наполняют ее образовательным контентом и получают опыт, чтобы в дальнейшем передавать его студентам, бизнесменам и представителям других целевых категорий, включая госслужащих.

Платформа, предложенная командой Алексея Умнова, позволяет участвовать в расширении возможностей системы «ЭДЕМ» не только ее авторам, но и приглашенным участникам — программистам, инженерам, а также интегрировать в эту платформу возможности и решения других компаний и разработчиков.

— Среди этих решений может быть система искусственного интеллекта, которая поддержит, например, анализ состояния растений, — поясняет заведующий лабораторией. — Интерес к проекту проявила студентка ННГУ из Сербии, которая в рамках своих курсовой и дипломной работ разрабатывает «умную» камеру для этих целей. Возможно подключение датчиков, регулирующих движение людей в офисных зданиях с целью снижения вероятности заражения. За последние месяцы мы установили контакты с Нижегородским научно-исследовательским институтом гиги­ены и профпатологии Роспотребнадзора и составили совместную заявку на новый проект, посвященный научным исследованиям о воздействии системы «ЭДЕМ» на здоровье человека. Так что направлений расширения платформы немало. В целом состояние системы «ЭДЕМ» в настоящее время таково, что мы предлагаем уже коммерческие решения по ее интеграции в конкретные здания для конкрет­ных пользователей.

Помимо оптимизации параметров внутрен­ней среды с целью минимизации вероятности заражения людей воздушно-капельными и воздушно-пылевыми инфекциями, поддержания высокого уровня здоровья и психологического комфорта не только во время эпидемий, но и во время «мирной» жизни, комплекс дает также возможность создать дополнительные источники свежих растительных продуктов питания.

— Система «ЭДЕМ» может быть расширена в сторону сити-фермерства, — поясняет Алексей Умнов. — Это сравнительно новое направление деятельности, востребованное во всем мире, направлено на выращивание, переработку и распределение продуктов питания в городской местности с использованием современных технологий. Есть сити-фермы промышленного масштаба, а мы ориентируемся на вариант сити-фермерства, при котором множество отдельных производителей, имеющих свободные площади (в просторном доме, бизнес-центре или любом общественном здании) для монтажа автономных сити-ферм, сможет заниматься выращиванием растительной продукции. За счет облачного сервиса этим производителям станет доступным ряд услуг, среди которых сертификация продукции, сбор и перераспределение урожая. Прямой доступ к свежим овощам и фруктам через сити-фермерство улучшит продовольст­венную безопасность территории.

В настоящее время в реализацию проекта по внедрению системы «ЭДЕМ» активно включилось АО «Технопарк Саров»

— Когда на базе нашего технопарка руководством Госкорпорации «Росатом» было принято решение о создании Национального центра физики и математики, мы начали поиск интересных региональных научных проектов, которые можно было бы «приземлить» на его территории, — вступает в разговор советник генерального директора технопарка «Саров» Анна Тимукина. — Проработав десятки проектов, технопарк в качестве пилотного по направлению «Передовые цифровые технологии» выбрал проект лаборатории Алексея Умнова — программно-аппаратный комплекс «ЭДЕМ», направленный на создание в помещениях комфортной среды, позволяющей людям быть максимально работоспособными.

Летом 2021 г. сотрудники технопарка «Саров» совместно с командой Алексея Умнова подготовили проект под названием «Создание тестовой зоны для проверки научных принципов и технологий системы управления внутренней средой замкнутых помещений в условиях эпидемий «ЭДЕМ» и заявили его к участию в конкурсе на финансирование научно-технических проектов участников АНО «Нижегородский НОЦ». Проект был признан одним из 13 победителей конкурса, получил высокие экспертные оценки и был профинансирован в соотношении 50:50. Общая стоимость проекта на первом этапе составляет 13,4 млн. рублей, из которых 6,7 млн. — это софинансирование технопарка «Саров», а другие 6,7 млн. — это средства гранта АНО «Нижегородский НОЦ».

— На эти средства нами были созданы 11 комфортных тестовых зон, и сейчас идет отработка как аппаратной части, так и программного обеспечения — в зоны управляются с одного компьютера одним оператором, и в режиме онлайн возможно изменение тех или иных параметров среды, — продолжает Анна Тимукина. — Одна из зон создана в переговорной комнате технопарка. Если начинается совещание с участием 30 человек, то датчики системы считывает эти показатели и дают сигнал программе, которая автоматически включает три встроенных бризера — так начинается автоматическая мойка воздуха. Если до критических параметров понижается влажность, то автоматически включаются два увлажнителя.

Этот проект — очень интересный, и мы находимся еще в начале пути его практической реализации. Студенты филиала МГУ имени Ломоносова в Сарове, желая принять участие в этом проекте, предложили закрепить на стене ряд датчиков для мониторинга состояния растений. Датчики будут считывать объем летучих органических веществ растительного происхождения, которые выделяет фитостена, и если по внешнему виду растений на фитостене еще не будет видно, что они начинают болеть, датчики уже будут сигналить, что растениям некомфортно. Мы в таком случае сможем подкорректировать систему полива, световую систему, подкормить растения или поддержать их каким-либо другим способом. Обучающиеся в детском технопарке «Кванториум Саров» придумали сделать кнопки аварийного отключения системы, разработали их дизайн, сконструировали их на занятиях в «Кванториуме» и смонтировали в тестовой зоне. Участники II межрегионального хакатона IT-skills, состоявшегося на базе технопарка «Кванториум Саров», совместно с лабораторией Алексея Умнова разрабатывают мобильное приложение для управления системой «ЭДЕМ».

В декабре 2021 года технопарком были поданы две заявки на патенты на данную систему. Выяснилось, что на территории Евразийского экономического союза аналогов ее не выявлено. Значит, подобранная система датчиков и интеграция датчиков в одну платформу уникальны, а разработка программного обеспечения — это заслуга лаборатории Алексея Умнова и его команды.

В планах технопарка «Саров» — локализация на его территории всей аппаратной части проекта с разработкой собственных встраиваемых устройств.

— После первой же публикации о системе «ЭДЕМ» у проекта появились новые партнеры и потенциальные потребители, которые спрашивали о возможностях приобретения и монтажа новинки на своей территории, — резюмирует начальник PR-отдела АО «Техно­парк Саров» Татьяна Ставничая. — Среди тех, кого заинтересовал этот проект, оказалась администрация города Сарова, которая предложила попробовать «ЭДЕМ» в строящейся школе. Есть планы разместить «ЭДЕМ» в строящейся гостинице, в апарт-хаусах и в столовой технопарка.

Читайте также
Комментарии
Свежий выпуск