В Институте прикладной математики им. М.В. Келдыша создали модель развития пандемии
С помощью методов искусственного интеллекта можно смоделировать вирусную инфекцию и понять, как снизить скорость её распространения. Об этом нам рассказал Борис Четверушкин, научный руководитель Института прикладной математики им. М.В. Келдыша, академик РАН.
– Борис Николаевич, сегодня во всем мире идет настоящая гонка суперкомпьютеров. Почему эта тема так популярна?
– Суперкомпьютерные вычисления оказывают огромное влияние на все основные отрасли народного хозяйства. Например, персонифицированная медицина, к которой мы все сейчас стремимся, – это большие данные. Сегодня ясно: такие машины стране нужны, если она хочет развивать все отрасли народного хозяйства, включая сельское хозяйство, медицину, геномику.
Во всем мире идет суперкомпьютерная революция. Например, Германия создала целую линейку научных центров, где представлены машины, выдающие мощность по 25-30 петафлопсов. Там моделируют различные проблемы, специализируясь на разных направлениях. Например, Дрезден специализируется на социальных вопроса[, Мюнхен – на энергетике, Штутгарт – на авиации и автомобилестроении. Я был на этом предприятии и видел, как происходит такое моделирование – это и карданный вал, и шины, и все процессы, которые происходят при движении автомобиля. У нас же заметна некоторая недооценка важности таких машин.
– Несмотря на это, знаю, что мы умудрились смоделировать ковид. Это так?
– Совместно с Федеральным ядерным центром ВНИИ технической физики в Снежинске мы ведем моделирование распространения COVID-19. Идея такого исследования принадлежит научному руководителю этого учреждения академику Георгию Рыкованову. Смысл в том, что, по его мнению, распространение ковида подобно движению частиц в ядерных реакторах. Они движутся в пространстве, сталкиваясь, разлетаясь, передавая друг другу ту или иную информацию. Мы хорошо знаем константы поглощения или распада таких частиц. Однако алгоритмы, применяемые для расчета движения таких частиц, могут применяться и для расчетов эпидемий.
Аналогом таких частиц выступают различные группы людей – пенсионеры, школьники, работающие и неработающие граждане и так далее. Каждая из этих групп имеет свои вероятности передвижений – скажем, дети часто ходят в школу, пенсионеры – в магазин и поликлинику, студенты могут посещать не только университеты, но и ночные клубы и дискотеки. Всё это создаёт определенные вероятности, которые закладываются в наших расчетах.
– Разные штаммы этого вируса имеют разную контагиозность. Закладывается ли это в расчетах?
– Обязательно. Всё это учитывается. Вопрос в том, как получить информацию о движении людей, чтобы она соответствовала действительности. Понятно, что мы можем запросить такую информацию у авиакомпаний и РЖД, однако многие перемещаются личным транспортом, и эта информация нигде не значится. Это называется «поиск неструктурированных источников». Мы включаем поисковики и начинаем поиск через интернет и социальные сети, уточняем найденное с помощью нейронных сетей и получаем довольно неплохую вероятность.
– Удалось ли вам предсказать нынешнюю ситуацию?
– Да, удалось. Нашими расчетами мы точно спрогнозировали нынешнюю четвертую волну. Вакцинация затягивается, появляются новые штаммы, в результате болеют и вакцинированные, и невакцинированные, хотя вторые болеют значительно тяжелее. Эти данные мы очень четко прослеживаем.
– Однако количество желающих привиться не растет, по-прежнему много противников вакцинации, и вряд ли эпидемия пойдет на спад в ближайшее время. Вы можете смоделировать ситуацию, которая нас ждет?
– Это уже сдеано. По нашим данным, эпидемия будет затухать, но это займет довольно продолжительное время – полтора-два года. Если люди начнут вакцинироваться более активно, эпидемия пойдет на спад значительно быстрее. Мы видим очень четкую корреляцию между этими процессами.
– Знаю, что в этом исследовании вы сотрудничаете с НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи. Какая роль им отведена?
– Мы — эксперты в плане математического анализа и моделирования, они – в плане медицинском, эпидемиологическом. Специалисты, разбирающиеся в инфекциях, в этом деле необходимы. Они помогают нам оценить полученные данные и сравнить с тем, что получаются у них, интерпретируют наши результаты. В результате получается очень интересная и довольно точная картинка.
– Доводите ли вы эту информацию до чьего-либо сведения или она остается доступной только узким специалистам?
– Мы работаем над этим проектом только года полтора, однако собираемся докладывать о наших результатах в Минздраве, ФМБА, говорить о внедрении результатов таких исследований в отдельных регионах, где можно проводить такой мониторинг и смотреть корреляцию с вакцинацией населения. Такие модели наглядно показывают: чем выше процент вакцинированных, тем меньше тяжело заболевших и умерших.
– Сложность еще и в том, что у многих поддельные сертификаты, и эти люди тоже влияют на статистику. Вы закладываете эту погрешность?
– Вот это настоящая помеха. Как их вычислишь? Поддельные сертификаты, фальшивые куар-коды – очень вредная вещь, не только потому, что это губит людей, но и потому что путает все карты исследователям, мешает вести достоверную статистику. Эти цифры мы пока никак не учитываем. Считаю, что меры в отношении тех людей, которые на таком преступном бизнесе наживаются, должны быть самыми строгими – не год-два, а до десяти лет реального срока. Ведь вы же людей, по сути, убиваете.
– Как вы объясняете тот факт, что люди, порой образованные и вроде бы неглупые, сознательно избегают вакцинации?
– Людям свойственно с недоверием относиться к официальной информации, испытывать по отношению к ней скептицизм. Мне хороший знакомый, известный вирусолог, рассказывал, как по телевизору крутили ролик: какая-то артистка рассказывает, что через два-три года после вакцинации вы умрете от рака. Потом показывают нобелевского лауреата, который на французском языке что-то рассказывает, а внизу идет построчный перевод: якобы речь тоже о смертельной опасности вакцинации. И тот, кто не знает французского, сразу верит. А он французский знает, как и этого нобелевского лауреата. И слышит, что речь совсем о другом! Так устроена человеческая психология. Мы с большим доверием воспринимаем неофициальную информацию, даже если она лжива.
– А как насчет того, чтобы её проанализировать?
– А это уже совсем не обязательно.
– Многие организации сейчас отстраняют от работы невакцинированных. Это правильно?
– В ряде случаев только это и может помочь. Но иногда требуется убедить человека, воззвать к его разуму, иногда – к совести. Разным людям подходят разные методики. Здесь я хочу бросить камень в огород психологов, которые, на мой взгляд, недостаточно активно подключились к этой кампании. Еще и поэтому результаты оказались хуже, чем хотелось бы.
– Можно ли подобным образом моделировать другие инфекции?
– Конечно, можно. Это общая методология, применимая для любых инфекций.
– Моделирование ковида – пример актуального применения возможностей искусственного интеллекта. Какие еще у вас есть примеры?
– Несколько лет назад я создал модель московских пробок и опубликовал несколько работ на эту тему. Было показано, в частности, что сужение дороги всегда приводит к серьезным пробкам, прежде всего, потому что лихие водители стараются пролезть перед основным потоком, и помимо аварийной ситуации возникает дополнительное затруднение движения, что существенно снижает транспортную проходимость. Это как в гидродинамике, когда струя бьет поперек потока, и возникает торможение. В столичной ГИБДД очень заинтересовались этой работой и попросили у меня ролик, чтобы мотивировать борьбу с этими нарушениями.
– Что-то незаметно…
– Не скажите: наказание для таких персонажей усилили, правила ужесточили, и подобных нарушений стало меньше.
Не менее перспективна работа по созданию сверхзвукового гражданского самолета. Я возглавляю этот проект от нашего института, головная организация – ЦАГИ.
В мире было два таких самолета, способных за короткое время преодолевать большие расстояния, – наш «Ту-144» и американский «Конкорд». Они действительно летали очень быстро, но не проходили по ряду экологических характеристик, в частности, были очень шумными.
Сейчас перед нами стоит задача создать машину с уровнем шума, как у обычного самолета, но летающего быстрее звука – примерно две-три тысячи километров в час. Тогда, скажем, расстояние до Владивостока можно будет преодолеть за два-три часа. Такие
самолеты рассчитаны на дальние маршруты, трансатлантические перелеты. Обычные самолеты в нашей жизни тоже останутся.
Мы сейчас рассчитываем акустические и другие характеристики. Звук, как мы знаем, возникает из-за колебаний воздуха, когда образуются маленькие и большие воздушные вихри, и тут важно просчитать миллиарды пространственных узлов, каждый из которых играет свою роль в движении самолета.
