Inteligentne sensory

Neuronowe sieci w rozmowie z dr inż. Martą Kolasą z Zakładu Metrologii i Podstaw Elektrotechniki Wydziału Telekomunikacji, Informatyki i Elektrotechniki.

Jak wygląda Pani poranek?

– Mam czworo dzieci. Najstarsza córka 15 lat, druga 11, trzecia skończy 8, a syn półtora roku. Ranek jest więc dość ciężki. Wstaję po piątej, przygotowuję dzieciom śniadanie. Dziewczynki odwożę do szkoły, syna do babci i dopiero potem jadę do pracy na zajęcia. Rano jest gonitwa, a wracając z pracy zastanawiam się, co zastanę w domu.

Kiedy miała Pani czas na napisanie i obronę doktoratu?!

– Doktorat zrobiłam w 2012 roku. Miałam się bronić, jak byłam w ciąży z trzecią córką, ale dziekan w trosce o zdrowie moje i dziecka przeniósł termin. Broniłam się już po porodzie, gdy córka miała 2 miesiące.

Jak Pani tego dokonała?

– Sama nie wiem. Nie było to łatwe. Wymagało wielu wyrzeczeń i silnej motywacji. Jestem osobą sumienną i pracowitą, jak się czegoś podejmę, to lubię zrobić to dobrze. Wiązało się więc to często z niewyspaniem, bo pracowałam w nocy albo nad ranem, gdy dzieci jeszcze spały, gdy nie wciągnął mnie jeszcze wir obowiązków domowych. Rodzina jest siłą napędzającą, bo człowiek wie, że robi to dla niej. Nie można spocząć na laurach. Przy trójce dzieci naprawdę trudno było zrobić doktorat. Myślałam, że po doktoracie będzie spokojniej, ale tak nie jest. Pracy jest wciąż dużo, zwłaszcza z wysoko punktowanymi publikacjami, o które musimy się starać, żeby potem otrzymać granty na badania.

Czy zdarza się Pani pracować przy komputerze z synem na kolanach?

– To raczej trudne. Synek jest bardzo żywiołowy i energiczny. Z córkami było łatwiej, one potrafiły spokojnie bawić się lalkami. W tym czasie ja mogłam pracować obserwując je. Prowadzenie badań symulacyjnych na gotowym już modelu nie wymagało skupienia całej uwagi. Mogłam podzielić sobie zadania. Jeśli jednak jakaś praca wymagała 100% koncentracji, np. przy pisaniu programów komputerowych, implementacji modeli sieci czy modyfikowaniu algorytmów lub tworzeniu nowych pomysłów, to oczywiście odcinałam się od otoczenia i pracowałam, gdy nie było dzieci obok. Z synem tak się nie da dzielić zadań.

Co daje większą motywację do dalszych działań – sukcesy zawodowe czy życie rodzinne?

– Gdy prowadzi się badania przez cały rok i kończą się one sukcesem w postaci ważnej, wysoko punktowanej, docenionej przez recenzentów publikacji, to jest to na pewno ogromna satysfakcja i motywacja do dalszej pracy. Ale codzienną siłę dają takie zwykłe gesty dzieci jak radosne przytulenie i uśmiech pełen miłości.

Prowadzi Pani badania związane z sieciami neuronowymi i sztuczną inteligencją, to brzmi bardzo skomplikowanie. Na czym polegają badania?

– Zajmujemy się między innymi sprzętową realizacją sztucznych sieci neuronowych w postaci specjalizowanych układów scalonych ASIC implementowanych w technologiach CMOS. Prace badawcze polegają na optymalizacji algorytmów uczenia sieci neuronowych pod kątem ich efektywnej implementacji w miniaturowych układach scalonych. Najpierw więc trzeba wymyślić koncepcję takiego układu, stworzyć model, później go poddać symulacjom, sprawdzić, jak będzie spełniał swoje zadanie w różnych warunkach, jaką moc będzie pobierał, zweryfikować jego szybkość działania. Badania na takim modelu softwarowym trwają często miesiącami. Badamy, w jakim stopniu można zminimalizować powierzchnię takiego układu oraz pobieraną przez niego moc. Chodzi o to, by uprościć jego strukturę tak, aby uzyskać dużą precyzję uczenia, przy jednoczesnym dążeniu do uzyskania rozwiązań o jak najmniejszej powierzchni zajmowanej w układzie scalonym oraz bardzo małym poborze mocy. Są to parametry niezwykle istotne w przypadku zastosowania sztucznych sieci neuronowych w takich aplikacjach, jak bezprzewodowe sieci sensoryczne np. w aparaturze medycznej. Dążymy do stworzenia inteligentnych sensorów bezprzewodowych, możliwych do umieszczenia na ciele człowieka, wyposażonych w sztuczną sieć neuronową. Istotną kwestią jest budżet energetyczny. Weryfikujemy, czy oszczędności energii wynikające z obniżenia liczby danych przesyłanych do stacji bazowej, są większe niż dodatkowa energia zużyta przez sztuczną sieć neuronową zaimplementowaną wewnątrz sensora. Chodzi też o komfort pacjenta przy użytkowaniu takiego rozwiązania na co dzień – chcemy zminimalizować rozmiar takiego sensora, zmienić sposób jego zasilania.

Co jeszcze mogą sieci neuronowe?

– Dziedzina nauki, jaką jest sztuczna inteligencja, daje ogromne możliwości stosowania – począwszy od telekomunikacji, energetyki, elektrotechniki, robotyki po medycynę. Ja skupiam się w swoich badaniach głównie na sieciach samoorganizujących się Kohonena, które są wykorzystywane do przedstawiania wielowymiarowych danych wejściowych w przestrzeni o znacznie mniejszym wymiarze. Z reguły jest to dwuwymiarowa przestrzeń. Sieci używa się we wszelkich zadaniach związanych z klasyfikacją sygnałów, np. medycznych EKG, EMG, na typy prawidłowe i zaburzone. Sieci neuronowe wykorzystuje się też w różnych zadaniach związanych z optymalizacją, sterowaniem, prognozowaniem (np. zużycia energii elektrycznej), w bankach – do odpowiedniej klasyfikacji klientów. Dziś trudno znaleźć dziedzinę, w której sieci nie znajdują zastosowania.

Opowiada Pani o tym z wielką pasją, to chyba ona sprawia, że kobiety chcą być naukowcami, mimo tak wielu obowiązków domowych?

– Połączenie ciekawości, pasji z pracą zawodową jest konieczne, aby znaleźć siłę do łączenia wszystkich obowiązków.

Gdzie Pani wypoczywa – w domu czy w pracy?

– Rzadko wypoczywam, ale od obowiązków domowych udaje mi się odetchnąć w pracy, w domu czasem uwalniam się od myślenia o pracy podczas sprzątania.

Czy ma Pani idée fixe, jeśli chodzi o badania?

– Chciałabym, żeby fizycznie można było zrealizować taką bezprzewodową sieć sensoryczną, z inteligentnymi sensorami, w których miniaturowa sieć neuronowa byłaby scalona z pozostałymi komponentami sensora w jednym układzie scalonym niskiego poboru mocy. Dzięki możliwości uczenia się takiej sieci wewnątrz układu scalonego, można by taki system wykorzystać do rozwiązywania różnych problemów (w tym medycznych). Do stworzenia całego systemu potrzebny jest interdyscyplinarny zespół. Sensory klasyczne zbierają informacje i przekazują je dalej, a ich komunikacja ze stacją bazową pochłania bardzo dużo energii. Nam chodzi o to, aby sensory były „inteligentne”. Miały w sobie tę sieć neuronową, która już większą część danych będzie przetwarzać w samych sensorach, a komunikować się ze stacją bazową tylko w nagłych wypadkach.

Czy to jest możliwe?

– Dążymy do tego, żeby stało się rzeczywistością.

Dziękuję za rozmowę.

rozmawiała: Ewa Lewandowska
zdjęcia: Ryszard Wszołek


Drukuj