Інноваційна Швейцарія. Божественна цікавість, ефект bottom-up та прикладні дива

editor / Технологии /

«Від виробників до інвесторів, від освітян та політиків до замовників, від тих, хто ухвалює рішення, до звичайної людини на вулиці… Кожний орган у цій країні притягується одне до одного, адже всі вони є частиною однієї системи, коли йдеться про створення інноваційно сприятливих структурних умов» — написано у дослідженні Deutsche Bank щодо швейцарської інфраструктури.

У чому полягає унікальна пропозиція Швейцарії, цієї невеликої країни в центрі Європи?

Вже вкотре Посольство Швейцарії в Україні ініціює та проводить освітні подорожі для журналістів та спеціалістів різних сфер діяльності до Швейцарії. Мета — познайомити українців із цією країною, налагодити співробітницво та стимулювати культурний обмін. У травні відбулася чергова експедиція українських журналістів за інноваціями, які генерують наукові інституції, компанії та навчальні заклади Швейцарії. Під час подорожі ми завітали до SBFI (State Secretary Department for Education, Research and Innovation), кампусу Хенгерберг Цюрихського політехнічного інституту (ETH Zurich Science City Campus), Політехнічної федеральної школи Лозанни (EPFL) та RRL — Reconfigurable Robotics Lab (Реконфігурована лабораторія робототехніки) та до світового дослідницького центру CERN і кампусу Biotech, EPFL, де мали нагоду познайомитися із розробками Blue Brain Project.

Будинок природних ресурсів. Фото: ETH Zurich / Alessandro Della Bella

State Secretary Department for Education, Research and Innovation

«Джерелом всіх технічних досягнень є божественна цікавість, грайливий імпульс майстра і мислячого дослідника та не менш конструктивна фантазія технічного винахідника» — так Альберт Ейнштейн промовляє до візитерів з меморіальної дошки біля входу до Головного офісу Державного департаменту освіти, досліджень та інновацій Швейцарії у місті Берн, що розташований на вулиці Ейнштейна, 2.

Доктор Філіп Розл (Dr. Philippe Roesle) починає свою розповідь про систему освіти та інноваційно-дослідницький сектор із пояснення особливості виникнення загалом напряму інновації у країні: «Все дуже просто, у нас не було плану В, адже країна не має природних ресурсів, таких як корисні копалини, наприклад. У нас є інтелект».

Навчання в кампусі. Фото: ETH Zurich / Alessandro Della Bella

Розмову про майбутнє та інновації тут починають в першу чергу з освіти та системи обміну знань між студентами та спеціалістами-практиками. Швейцарський інтелект, а вірніше, інтелекти з усього світу мають можливість проходити повний цикл від формування у навчальних закладах до розвитку та кар’єрного зростання у компаніях, що впроваджують знання у реальне життя. Інноваційний хаб — так сприймають свою систему «вирощування інновацій» швейцарці, акумулюючи на невеликій території країни дві федеральні технологічні інституції: ETH Zurich (Цюрихський політехнічний інститут), EPFL (Політехнічна федеральна школи Лозанни), 10 кантональних університетів, 7 кантональних університетів прикладних наук, 14 загальних закладів вищої освіти. При цьому 70 % студентів іноземці. «Це найкращі мізки з усього світу, які щодня конкурують між собою задля кращих результатів. Створюють підприємницькі екосистеми, найважливіші з яких розташовані навколо ETH в Цюриху і EPFL в Лозанні. Стартапи кластерів поруч з університетами та промисло­вими об’єктами забезпечують постійне впровадження найновіших розробок у життя, ще поки студенти навіть не закінчили виші», — продовжує Доктор Філіп Розл. Згадайте, як з’явився Facebook — у студентському містечку.

Головний корпус ETH Zurich. Фото: ETH Zurich / Gian Marco Castelberg

Інноваційний потенціал Швейцарії є результатом кількох чинників, крім високого рівня освіти. Це сприятливі умови для компаній, адже вони — найбільші інвестори сектору розробок та інновацій. Це міжнародна відкритість і обмін, стабільність і конкурентне оподаткування, налагоджена інфраструктура.

Якщо Цюрихський університет спеціалізується головним чином на технологіях, то Університет Санкт-Галлена неподалік випускає найкращих менеджерів. Він розташований майже на кордоні з Німеччиною та має певну квоту для іноземців, що також регулює «селекцію» дійсно найкращих студентів-іноземців, які потім будуть конкурувати зі швейцарцями, підвищуючи середні показники рівня знань. Випускник матиме декілька варіантів застосувати отримані знання та навички. Можна залишитися і продовжити роботу науковця, отримати докторський ступінь та працювати у лабораторіях вишу, піти у докторантуру, але працювати над власним стартапом. Також можна продовжити діяльність у компанії, з розробками якої, наприклад, студент був ознайомлений під час навчання, є можливість подати резюме до Світової лабораторії пошуку відповідей про виникнення Всесвіту CERN, а можна повернутися до своєї країни та продовжити наукову діяльність.

Студенти в ETH Zurich. Фото: ETH Zurich / Alessandro Della Bella

Головне, чому вас навчать у швейцарському вузі крім вашої профе­сії, — цінувати час та ініціювати власні проекти: від бажання — до дії! Щоб виграти — треба грати, як говорив Ейнштейн. А конкурентна боротьба, що, звісно, ведеться за всіма нормами високорозвиненого суспільства, передбачає вашу свідому залученість, а також реєстрацію часу, який завжди відносний залежно від того, чи ви на полі, чи тільки спостерігаєте за грою.

 

Цюрихський політехнічний інститут, кампус Хенгерберг

Світ без знання сповнений чарів. Або, як зазначав уже згадуваний Ейнштейн, «процес наукових відкриттів — це, по суті, безперервна втеча від див».

Швейцарська вища технічна школа Цюриха була заснована 16 жовтня 1855 р. і є не тільки одним із найпрестижніших навчальних закладів цієї країни — вона належить до найкращих університетів світу.

До речі, той же Ейнштейн, навчаючись тут з 1896 р., прогулював лекції нецікавих, на його думку, викладачів і користувався на заліках та екзаменах конспектами свого друга Марселя Гроссмана. Та правда і те, що юний Ейнштейн був лінивим і гоноровим, але допитливим: йому подобалося навчання та атмосфера свободи, яка панувала у Цюриху порівняно з його батьківщиною. Він закінчив політехнікум у 1900 р., але все життя не втрачав із ним контакту. Коли теорія відносності була майже опрацьована — розробки його університецького товариша Марселя Гроссмана, який на 1912 р. вже обіймав посаду декана математичного факультету політехнікуму допомогли Ейнштейну з виведенням рівняння гравітаційного поля (спеціальна теорія відносності Ейнштейна була опублікована в 1905 р., а більш складна з математичної точки зору загальна теорія відносності завершена Ейнштейном до 1916 р.).

Кампус Хенгерберг, ETH Zurich, аерофотозйомка. Фото: ETH Zurich / Alessandro Della Bella

«Вихідною точкою всіх досліджень є чуттєве сприйняття. Істина теоретичного мислення досягається винятково за допомогою його зв’язку з усією сумою даних чуттєвого досвіду», — писав у своїх нотатках Ейнштейн.

Ми завітали до політехнікуму — в гості до Національного центру компетентності у галузі розробки та цифрового виробництва (NCCR DFAB). Власне, сама будівля DFAB Arch_Tec_Lab є інновацією, розробленою фахівцями центру. Вона демонструє, як оцифрування може сприяти ресурсоефективному, компактному та вільному від викидів будівництву. Шість професорів з ETH Zurich об’єднали свої дослідницькі підходи і спільно розробили прототип інноваційного будівництва. Процес цифрового планування та будівництва тривав шість років, були залучені архітектори, інженери-будівельники, будівельні інженери та будівельні фізики з шести кафедр Інституту технології в архітектурі при ETH Zurich. Разом вони намагалися дослідити, як використовувати цифрові технології та процеси спільного планування, щоб зробити внесок у ресурсоефективне та просторово компактне будівництво. Вони створили лабораторію з реальними умовами, де можна було застосувати свої висновки за шкалою 1:1. Нова будівля — втілення усталеності на всіх можливих рівнях: вона зведена на даху автостоянки на Science City Campus і з’єднана із сусідньою будівлею за допомогою skyway.

Arch_Tec_Lab демонструє, як оцифрування може сприяти ресурсоефективному, компактному та вільному від викидів будівництву

Вигнута дерев’яна покрівля Arch_Tec_Lab повністю виготовлена за допомогою єдиного портального робота з використанням інтегрованого цифрового планування та виробничого процесу, розробленого під керівництвом кафедри архітектури та цифрового виробництва разом із спеціалістами з ERNE — компанії, яка стала підрядником проєкту.

Ще одною новенькою будівлею, якою може пишатися центр, є DFAB HOUSE, зведений над будівлею NEST в місті Дюбендорф. Це перший у світі житловий будинок, який не тільки спроєктовано в цифровому форматі, але й побудовано переважно цифровим способом, з використанням роботів та 3D-принтерів. Ці технології будівництва розроблені дослідниками ETH Zurich у співпраці з промисловими партнерами протягом останніх чотирьох років.

Вигнута дерев’яна конструкція даху покриває весь будинок Arch_Tec_Lab. Фото: Andrea Diglas / ITA / Arch_Tec_Lab AG

Кампус Хенгерберг, вид на лабораторію Robotic Fabrication. Фото: Andrea Diglas / ITA / Arch_Tec_Lab AG

Станом на травень 2019 р. у триповерховому будинку DFAB мешкатимуть чотири співробітники центру. Будинок житловою площею близько 200 кв. м слугуватиме платформою для впровадження нових «розумних» рішень та для підтвердження їх доцільності в реальному помешканні. Завдяки безпосередньому зворотному зв’язку з користувачами і конкретними даними вимірювань від повсякденного використання учасники консорціуму компаній чекають на отримання цінної інформації про доцільність нових рішень.

Це більш ніж «розумний» дім, обладнаний побутовою технікою, яка впізнає вас за голосом: ви можете керувати енергопостачанням, автоматично затінювати простір, дізнаватися про вторгнення, ваш душ запам’ятає потрібну вам температуру, а потім ще й використає теплу воду на обігрів. Дім складається з чотирьох окремих модулів, що спроектовані та виготовлені з використанням новітніх розробок, — DFAB HOUSE має центральне ядро будівлі, до якого можуть приєднуватись різні будівельні модулі, так звані агрегати. Наприклад, біоморфний фасад, який являє собою напівпрозору мембрану.

DFAB HOUSE розташований на верхньому поверсі NEST building. Фото: Roman Keller

Інтер’єр будинку, стіна Mesh Mold. Фото: Roman Meller

Гранули аерогелю впорядковуються і стабілізуються між спеціально розробленими мембранними панелями за допомогою впровадженого інноваційного процесу. Результат — тонка подвійна вигнута легка фасадна система з суперізоляційними властивостями, що дозволяє світлу проникати в будівлю крізь усю стіну.

Товщина фасаду: 80—120 мм. Відсоток збереженої енергії: значення U — 0,165.

Немає сумнівів, що крок за кроком зусилля теоретиків та експериментаторів приведуть до глибокого розуміння всіх процесів сучасного будівництва. Адже сьогодні елементарні процеси вже трансформуються, вдосконалюються, набувають різноманітних форм.

Портальна система з промисловими роботами. Фото: Andrea Diglas / ITA / Arch_Tec_Lab AG

Політехнічна федеральна школи Лозанни (EPFL) та RRL — Reconfigurable Robotics Lab

Реалії сьогодення. 6 червня на першій конференції Amazon re:Mars у Лас-Вегасі роздрібний онлайн-продавець представив найновіший дизайн свого аероплана-кур’єра. За словами Джеффа Вілке, СЕО Amazon, компанія розраховує запустити автономну технологію безпілотного транспорту вже впродовж найближчих двох місяців.

Електричний автономний дрон може літати на відстань до 24 км і доставляти клієнтам вантажі вагою до 2,2 кг менш ніж за 30 хв.

Електричний безпілотний літак Amazon Prime Air має гексагональну конструкцію. Він легко переключається між двома режимами польоту — своїм «гелікоптерним» вертикальним зльотом і посадкою та у режим літака.

Rolex Learning Center. Фото: Alain Herzog / EPFL

У процесі транзиту дрон використовує різні датчики і просунуті алгоритми, такі як багатовимірний стереоогляд для виявлення статичних об’єктів, наприклад, димарів. Для виявлення рухомих об’єктів у повітрі, як у параплана або гелікоптера, використовуються алгоритми комп’ютерного бачення та машинного розпізнавання.

Наближаючись до землі для виконання доставки, дрон використовує стереоспостереження разом з алгоритмами AI (Artificial Intelligence — штучний інтелект), які навчаються розрізняти людей, тварин і перешкоди зверху.

«Наша діяльність охоплює п’ять напрямів: дослідження, які проводяться безпосередньо в центрі, освіта, передача технологій, рівні можливості та охоплення. Мета наших досліджень — побудувати інтелектуальних роботів для поліпшення якості життя, робототехніку для людей з особливими потребами (Wearable Robotics) та рятувальну робототехніку (Rescue Robotics)», — говорить у своїй презентації для журналістів із України керуючий директор Ян Кершґенс.

Дрон-кур’єр PackDrone_Floreano. Фото: Alain Herzog

Наука — для миру і для щоденної допомоги людині (в тому числі з фізичними вадами) у побуті, а також для подолання зовнішніх негараздів, навіть психологічних травм. Вже нікого не здивуєш роботом-пилососом, а от роботом, що здатен навчатися?

Федеральна політехнічна школа Лозанни має цілий кластер стартапів, що на базі навчального закладу проєктують і тестують майбутнє у стінах школи

Політехнічна федеральна школи Лозанни має цілий кластер стартапів, що на базі навчального закладу проєктують і тестують розробки у стінах школи. Роботи, що наслідують рухи одночасно декількох тварин, інтелектуальні штучні кінцівки, які передають сигнали до мозку про температуру, текстуру та вагу предмета, якого торкаються, — все це може бути особливо цікавим для дизайнерів та архітекторів. Також у розробці — невеличкі роботи-насадки для меблів, які самостійно пересуваються кімнатою та адаптуються до різних поверхонь, горизонтально чи вертикально рухаючись у просторі. До речі, з 31 серпня по 2 вересня в Лозанні відбудеться другий захід «Дні дронів».

Група українських журналістів знайомиться з найновішими роботами на кампусі EPFL

Дослідники за допомогою 3D-друку побудували робота-саламандру — рятівника, здатного як плавати, так і повзати. Робот має 27 моторів і 11 сегментів спинного мозку. Фото: EPFL STI PRN-ROBOTICS

CERN — європейська організація з ядерних досліджень

CERN — cвітовий «експериментаріум», Європейська організація з ядерних досліджень, найбільша в світі лабораторія фізики високих енергій. Розташована вона на кордоні Швейцарії та Франції, поруч з Женевою, у 27‑кілометровому кільці будівель, «лабораторій-експериментаріумів», які мають спільну назву — Великий адронний колайдер (ВАК).

ВАК допоміг здійснити безліч відкриттів, які дали змогу вченим краще зрозуміти будову мікросвіту і закони, які в ньому панують.

Група українських журналістів біля будівлі Globe of Science and Innovation у CERN. Зліва направо: Ольга Переверзєва, Вікторія Примак, Олена Матушенко, Анастасія Білецька, Олена Чернеженко, Сана Шевченко та Ярослав Злотніков

Всього в CERN працює 2 600 співробітників, 1 800 інших оплачуваних залучених співробітників, 13 000 наукових користувачів з усього світу. Бюджет програм на 2019 р. — 1 200 млн швейцарських франків.

Україна також залучена до роботи у світовому «експериментаріумі». Грід-технології, що застосовуються для моделювання та обробки даних у експериментах на ВАК, швидко розвиваються в нашій країні (яка є асоційованим членом CERN) завдяки підтримці Академії наук (угода про співпрацю підписана в 2006 р.). На території України у програмах CERN беруть участь три інститути — Харківський фізико-технічний інститут, Науково-дослідний технологічний інститут приладобудування (Харків), Інститут теоретичної фізики ім. М. М. Боголюбова (Київ).

Світовий «експеріментаріум» CERN — Європейська організація з ядерних досліджень, найбільша в світі лабораторія фізики високих енергій

Наразі CERN заявив про намір побудувати новий прискорювач часток, розмір якого вп’ятеро перевищить розміри ВАК. Протяжність тунелю становитиме 100 км. Називається нова система «Майбутній кільцевий колайдер» (Future Circular Collider, FCC). Його будівництво розпочнеться не раніше 2040 р.

Тунель ВАК розташований під землею. Фото: CERN

У 2011 р. в CERN також з’явилася програма для художників — Arts at CERN. When Art Meets Science. Суть проєкту в тому, щоб створити середовище спілкування між митцями (художниками) і вченими. Проєкт об’єднує митців, які прагнуть зрозуміти й осягнути закони фізичного світу, і керуючись реаліями сучасної науки, намагається надати ключ до розуміння принципів фундаментальної фізики, що відбувається завдяки спільній творчості художників, вчених і педагогів.

 

Дві картини всесвіту

Сучасних фізиків-теоретиків насправді можна сміливо порівняти з філософами, що описують й висувають різні теорії побудови Всесвіту, доповнюючи вже існуючий стан речей новими гіпотезами. Це два типи мислення і дві різні картини всесвіту. Художники описують світобудову за допомогою образів, і може, з часом саме креативний художній підхід допоможе у відкритті математичних, фізичних теорій, дасть базу для створення нових форм освоєння всесвіту! Згадаємо підводні або літаючі човни як прості приклади візіонерства мистецького мислення.

Художниця Юй-Чен Ванг, почесна гостя Collide International 2018, вивчає архіви CERN

Зйомка The Wave Epoch. Фото: Sophia Bennett / CERN

Як же вирішують художники завдання з фізики? Відвідують архіви, експериментують, спілкуються з науковцями. Власне, відіграє роль сама атмосфера свободи від зовнішнього географічного, політичного, національного, що є поза межами території науки та фантазії CERN. Це інспірує навіть звичайних людей, вже не говорячи про митців. Тут територія безкінечної людської зацікавленості та натхнення.

 

Campus Biotech, EPFL (Blue Brain Project)

Наступною і останньою зупинкою цієї подорожі був кампус Biotech Лозаннської політехнічної школи в Женеві. Із безкінечності у вічність і назад, від макро-мікро у мікро-макро — так можна описати дослідження цього факультету. Blue Brain Project — проєкт, ініційований комерційною компанією IBM на науковій базі університету. Він досліджує наш «внутрішній космос» — мозок. Проєкт з комп’ютерного моделювання головного мозку людини розпочався в липні 2005 р.

Будівля кампусу Biotech EPFL в Женеві. Фото: EPFL

Досягнення команди Blue Brain Project на сьогодні не обмежуються точною моделлю неокортексу щурячого мозку: вченим з EPFL вдалося розібратися в тому, як нейрони утворюють зв’язки з сусідніми клітинами головного мозку. Раніше більшість нейробіологів були прихильниками ідеї, згідно з якою сусідні нейрони «залучали» одне одного за допомогою спеціального набору хімічних речовин, який вони секретували в міжклітинну рідину («гіпотеза хемоафінності»). Якщо дотримуватися цієї теорії при створенні штучного аналога людського мозку, то необхідно розбирати його ділянки на дрібні сегменти і вивчати окремо кожну нейронну пару. А оскільки один нейрон може взаємодіяти з багатьма іншими, то варіантів для кожного окремого елементарного випадку занадто багато. Тож потрібно відносно багато часу на вивчення всіх можливих комбінацій до отримання важливої відповіді, що таке свідомість.

«Наука ніколи не буде закінченою книгою» — писав Ейнштейн. Чим більше людство пізнає світ, щоб знайти відповіді на всі питання, тим більше питань виникає. Подорожуючи в думках або у математичних рівняннях, спускаючись під землю до центру Землі та відлітаючи на ракетах у неосяжний космос, люди створюють все нові гіпотези про виникнення всесвіту та зародження життя на нашій планеті. І щоразу такі пошуки стимулюють великий науковий прогрес та інноваційні розробки, які уподібнюють нас із Твор­цем… Щоправда, створюємо ми нашу певну «досконалість» завжди на доступному рівні обізнаності у відповідях.

Швейцарці дбайливо створюють можливості для доступу до знань, підтримують та нарощують потужні, надійні мережі передачі та збереження інформації

Інтер’єр будівлі Biotech EPFL в Женеві. Фото: EPFL

Нейронні мережі мозку

Швейцарці дбайливо створюють можливості для доступу до знань, підтримують та нарощують потужні, надійні мережі передачі та збереження інформації, заохочують інтелектуальні акселератори, відкрито конкурують зі світом у відносності часу та капіталу, який інвестують у наукове теоретичне пізнання, лабораторні дослідження та реальне відтворення нових ідей у матеріальному житті.

На цьому ще раз хочу висловити вдячність Посольству Швейцарії в Україні та координатору програм Олені Чернеженко за неймовірну подорож до Безкінечності та назад. І маю велику надію, що у нас ще дуже багато часу для пошуку відповідей на важливі для кожної людини питання.

 

Текст: Анастасія Білецька