Kutatási eredmények

Az intézet négy alapkutatási főirányának (számítástudomány, rendszer- és irányításelmélet, mérnöki és üzleti intelligencia, gépi érzékelés és interakció) bemutatása mellett az alábbiakban öt alfejezet foglalja össze, hogy alapkutatási eredményeink miképpen támogatják az EU Horizon 2020-ban kiemelt jelentőségűnek tartott szakterületeket, melyek egyben illeszkednek hazánk S3 szakosodási tervezetéhez és a Széchenyi 2020 célkitűzéseihez. Így külön alfejezet taglalja a járműipar és közlekedés, a termelésinformatika és logisztika, az energia és fenntartható fejlődés, a biztonság és felügyelet, valamint a hálózatok, az elosztott számítások és a jövő internete témakörökben elért alkalmazásorientált eredményeiket.

Számítástudomány

A kutatás célja az üzleti intelligencia, a multimédiás tartalmak keresése és rendszerezése, a Web adatbányászata és más tudományterületeken jelentkező extrém méretű információfeldolgozási problémák absztrakt megfogalmazása és megoldása, az adatokban rejlő mintázatok, szabályszerűségek felismerése, kinyerése. Jellemző a matematikusi és mérnöki munka együttélése: a kutatások alapvetően kísérleteken alapulnak, ugyanakkor az adatok óriási mérete miatt az eljárások mély algoritmuselméleti és valószínűségszámítási ismereteken, matematikailag bizonyítható alapokon kell, hogy álljanak. Kutatásaik során több, egymással összefüggő terület szinergiáit aknázzák ki: az algoritmusok elmélete, a párhuzamosítás, az új hardver-architektúrák kihasználása céljából; az adatbányászat és információ-visszakeresés; a gépi tanulás, az adatbázisok elmélete, illetve a nagyméretű (extremális) gráfok. 2015-ben elért főbb eredményeik:

• A paraméteres algoritmusok területén kutatásaik egyik fő iránya az úgynevezett négyzetgyök-jelenség síkgráfokon, vagyis az a jelenség, hogy síkgráfok esetén a legtöbb kombinatorikus problémára az optimális algoritmus a paraméter négyzetgyökében exponenciális. Korábbi eredményeket jelentős mértékben általánosítva és kiterjesztve megmutatták, hogy ez a jelenség fennáll számos olyan algoritmikus probléma esetén, amely kiszolgáló központok elhelyezését modellezi.
• Szisztematikusan feltérképezték, hogy a részgráfkeresés-probléma algoritmikus bonyolultsága hogyan függ a különböző megengedett részgráfoktól. Dichotómia-tételt bizonyítottak, amely pontosan karakterizálja a (randomizált) polinom időben megoldható és az NP-nehéz eseteket. Hasonlóan szisztematikus módon vizsgálták a részgráfkeresés kernelizálhatóságát és a szorosan kapcsolódó részgráfpakolásproblémát.
• A Chevalley-Warning-tétel fontos elégséges feltételt ad véges testek feletti polinomegyenletrendszerek megoldhatóságára. Sikerült polinom idejű algoritmikus relaxációt kidolgozniuk arra az esetre, amikor a változók száma elegendően nagy, de polinomiális az egyenletek számához képest. A módszert zérusösszeg-típusú relaxált additív feladatok megoldására, és új kvantumalgoritmusok tervezésére is tudták alkalmazni.
• A szimbolikus számítások területének egyik alapfeladata, hogy találjunk közös invariáns alteret mátrixok egy adott halmazához. A megoldás során felmerülő nehéz, építőkő jellegű feladat az explicit izomorfizmus feladat: ebben adott egy algebra, amiről tudjuk, hogy izomorf egy teljes mátrixalgebrával; a cél az, hogy adjunk meg egy ilyen izomorfizmust. Itt – korábbi eredményeik sorára építve – abban az esetben sikerült előrelépniük, amikor az alaptest véges test feletti függvények teste. A megoldás alkalmazható ferde polinomok (skew polynomials) felbontására.
• A kombinatorikus csoporttesztelés alapvető módszer a hibakeresés gyakorlatában. A módszer lényege, hogy egyszerre elemek egy nagyobb halmazát teszteljük, és a teszt akkor ad pozitív eredményt, ha a halmazban van hibás elem. Sikerült kiterjeszteniük az Eppstein-Goodrich-Hirschberg-módszert arra az esetre, amikor a teszt a halmazbeli hibás elemek számának a paritását adja meg.
• Operációkutatás és döntési rendszerek területén optimalizálási feladatokban kimutatták, hogy egy több szempontú döntési feladatban szereplő páros összehasonlítás mátrix, inkonzisztencia index és elfogadási szint esetén mi a mátrix azon elemeinek minimális száma, amelyek megfelelő megváltoztatásával az inkonzisztencia az elfogadási szint alá vihető. Kifejlesztettek egy, a Newton-módszeren alapuló optimalizálási módszert a nem teljesen kitöltött páros összehasonlítás mátrixok sajátérték minimalizálási feladatára.
• DNS és fehérje szekvencia illesztő algoritmusok gyorsítására új FPGA-s architektúrát dolgoztak ki, mely adatlokalitást is figyelembe vesz és jól skálázható akár több száz feldolgozóegységig is, miközben az adatfüggőség is kiküszöbölhető. Lehetővé vált az egységek pipeline architektúrájának kihasználása, ami nagy sebességet biztosít.

A fenti kutatásokat ERC Starting Grant és MTA Lendület támogatással is végezték. Alapkutatási eredményeikre támaszkodó kutatás-fejlesztési tevékenységük legjelentősebb ipari partnerei az Ericsson Magyarország, az OTP Bank, és a Bosch.

Rendszer- és irányításelmélet

A kutatás fő tématerületei a rendszermodellezés és -identifikáció, az adaptív és robusztus irányítási, jelfeldolgozási és szűrési módszerek, az elosztott és hálózatba kapcsolt rendszerek irányítása, valamint a folyamatrendszerek. A lineáris és nemlineáris rendszerek, mind folytonos, mind diszkrét idejű megközelítésben, valamint a determinisztikus és sztochasztikus szemléletmód egyaránt figyelmet kapnak.

• A nemlineáris rendszerek irányításelméleti problémáihoz kapcsolódva LPV (Linear Parameter Varying) és qLPV (quasi Linear Parameter Varying) modelleket alkalmazó robusztus tervezés során felmerülő kérdésekben értek el új eredményeket. Mivel a konvencionális konvex LMI/LTI (Linear Matrix Inequality / Linear Time Invariant) tervezési eljárások LPV és qLPV feladatok megoldására csak igen konzervatív módon alkalmazhatók, újra vizsgálat tárgyává tették a lineáris rendszerek robusztus irányításának – szeparációs elven és IQC (Integral Quadratic Constraints) technikán alapuló – megoldási módszereit. A robusztus irányítástervezési eljárások olyan közös geometriai hátterére világítottak rá, amelyek megadják azt az elméleti alapot, amire további tervezési és szabályozó kiértékelési eljárások épülhetnek. A Klein-féle megközelítés geometriai szemléletét előnyösen alkalmazták a robusztus kontroll világában, pl. a geometria értelmezésében vett pontok a stabilizálható rendszerekkel azonosíthatók, míg a Möbius transzformációk a geometriát meghatározó mozgásokat adják. Megmutatták, hogy bizonyos hiperbolikus terek transzformációi közös hátteret adnak a robusztus feladatok kezelésére, rávilágítva a különböző megközelítések kapcsolatára, elvezetve új típusú feladatok megoldásaihoz is. Ennek keretében feltárták a stabilizáló halmazon, illetve az adott performancia szinthez tartozó összes stabilizáló szabályozót leíró halmazon értelmezhető, az adott tulajdonságot invariánsan hagyó művelet, illetve annak csoportjainak rendszerelméleti tulajdonságait.
• A hibadetektálás és a nulltér alapú strukturális rekonfiguráció módszereit alkalmazó hibatűrő irányítórendszerek szintézisére és analízisére új megoldásokat vezettek be. Bemutatták, hogy az átkapcsolást végző, valamint a qLPV modellezési technikákon alapuló rekonfigurációs irányítástervezési eljárások hogyan alkalmazhatók a rendszerek minőségi tulajdonságainak garantált kielégítésére. A bevezetett geometriai technikákkal módszert adtak stabilitásőrző szenzor-rekombinációs algoritmusok tervezésére. Az eredményeket földi és légi járművek irányítási feladatainak megoldásában alkalmazták.
• A flexibilis repülőgépszárnyak és az ilyen jellegű mérnöki objektumokat leíró igen nagydimenziós matematikai modellek szisztematikus redukciós eljárásai terén jelentős kutatási erőfeszítések történtek. A több száz dimenziós LPV rendszerek Youlaparametrizáción alapuló redukciós eljárásaiban sikerült új eredményeket elérni.
• A jelfeldolgozás és rendszer-identifikáció területén, a racionális ortogonális bázisokon alapuló identifikációs módszerek alapján egy új, hiperbolikus wavelet konstrukciókon alapuló nem parametrikus rendszer-identifikációs módszert dolgoztak ki, amely mind idő-, mind frekvenciatartománybeli mérésekből kiindulva iteratív módon képes a rendszerek pólusainak meghatározására.

A rendszer- és irányításelméleti eredmények primer felhasználója az energia, jármű és közlekedésipar. Az ipari partnerek (Airbus, Bosch, Knorr-Bremse) bevonásával végzett európai és nemzeti kutatási projektekben az elméleti eredmények gyakorlati alkalmazhatóságát szem előtt tartva folytattak kutatási tevékenységet. Ipari felhasználásra előkészített eredmények születtek korszerű járműfedélzeti irányítórendszerek hibatűrő kialakításának tervezésére, a járműflották koordinált irányítására, az intelligens vezető nélküli járműirányítási megoldásokra, szenzorfúziós módszerek alkalmazására és az elektronikus fék és kormány alkalmazásának integrált irányítási módszereire.

Mérnöki és üzleti intelligencia

A kiber-fizikai gyártó- és logisztikai rendszerek tervezésének, irányításának, illetve működésük változó viszonyokhoz való adaptálásának problémái több tudományterület – jellemzően a számítástudomány, az operációkutatás, a gyártástudomány és a tudásalapú módszerek – együttes művelését igénylik. A 2015-ben elért alapkutatási eredményeik közül elsősorban a következők emelendők ki:

• A gyártás- és informatikai tudományok egymással kölcsönhatásban álló, mindinkább összefonódó fejlődésében minőségileg új szakaszként határozták meg a kiber-fizikai gyártórendszereket, és történeti kontextusból kiindulva mutattak rá az új kihívásokra és lehetőségekre.
• Visszacsatolt (dinamikus, sztochasztikus) rendszerekre továbbfejlesztették a nemaszimptotikus, eloszlás-független SPS (Sign-Perturbed Sums) identifikációs módszert. Ez számos ipari, mérnöki, biológiai, közgazdasági és társadalmi rendszerben fontos, ahol erős visszacsatolások vannak, melyek nagymértékben befolyásolják az adatgyűjtést.
• Az instrumentális változók becslési módszeréhez kidolgoztak egy, a fent említett SPS módszeren alapuló – de annál kisebb számítási bonyolultságú – algoritmust, amely képes a becslés köré egzakt valószínűségű konfidencia-halmazokat építeni, még akkor is, ha a rendszer bemenetei korrelálnak a zajjal (pl. visszacsatolások). A halmazokhoz polinomiális időben számolható ellipszoidális külső közelítést is javasoltak.
• Ütemezési problémák megoldása terén olyan egygépes ütemezési problémákat vizsgáltak, ahol a gépen túl az ütemezendő feladatok nem megújuló erőforrásokat is igényelhetnek. A probléma különböző változataira approximációs algoritmusokat és nem-approximálhatósági eredményeket adtak. Az approximációs algoritmusokhoz elsősorban az ún. hátizsák pakolási probléma változataival fennálló kapcsolatot használták ki, amelyek feltárása szintén a kutatás része volt.
• Jármű- és vezető ütemezési probléma megoldására kidolgoztak egy új egzakt módszert, melynek alapja egy új MIP modell, amit egy korlátozás-és-árazás (branch-and-price) alapú algoritmusban használtak. Erre a problémára bár több heurisztikus megközelítés is létezik, ez az első egzakt optimumot megtaláló módszer.
• Aggregált vevői modell kidolgozása: játékelméleti alapon, aszimmetrikus vevő-eladó információs viszonyt feltételezve olyan mechanizmust dolgoztak ki, mely biztosítja hatékony aggregált igények előállítását abban az esetben is, ha az egyéni, racionális vevők a rövid távú, ám bizonytalan előrejelzéseket saját költségükön generálják. A módszer, melyben közvetítőre nincs szükség, alkalmazható akár beszállítói, akár energetikai hálózatok hatékony működtetésében.
• Elkészült az az összetett modelleket mesterséges neurális hálózattal, szupport vektor gépekkel, avagy neuro-fuzzy modellek alkalmazásával felépíteni képes algoritmus, amely a korábbi, heurisztikus modell kiértékelési mérőszámok helyett az általánosabb és hatékonyabb információelméleti mértékek felhasználásával működik.
• Integrált kísérlettervezési és technológiai paraméteroptimalizálási algoritmust dolgoztak ki, amely túllépve a klasszikus (pl. Taguchi-elveken alapuló) lineáris kísérlettervezésen lehetővé teszi a technológiai paraméterek meghatározását nemlineáris, sokdimenziós változó térben, akár egyes összefüggések ismeretének hiányában is. A módszert nemkonvencionális megmunkálások esetén verifikálták.

A kutatások részben az OTKA, részben az EU által támogatott projektek keretében folynak, melyekben néhány esetben konzorciumvezetői szerepet is ellátnak. Elméleti eredményeik alkalmazott, iparban is hasznosuló kutatásokat alapoztak meg (lásd a Termelésinformatika és logisztika, illetve az Energia és fenntartható fejlődés pontokat).

Gépi érzékelés és interakció

3D rekonstrukció és megjelenítés: az újonnan megjelenő eszközök alkalmazásával, mint a térszkennerek (LIDAR) és a mobil érzékelő platformok, a nagytömegű és részben elosztott felvételű pontfelhők kezelésében értek el jelentős eredményeket:

• Nagyméretű pontfelhők kezelése: Kifejlesztettek egy új rendszert, ami valós idejű megjelenítést biztosít nagyméretű (milliárdnyi pontból álló) pontfelhők számára. Ezek a pontfelhők méretükből adódóan már nem férnek el egyben a memóriában. Az adatokat speciális formában tárolva és mindig csak a megjelenítéshez szükséges részt beolvasva a folyamatos és gyors megjelenítés biztosítható.
• Grafikai megjelenítés: Egy új, kötegelt behangolásra (bundle adjustment) épülő numerikus algoritmust készítettek, amely foltok (patch-ek) térbeli rekonstrukcióját végzi. A módszer a felületdarabkák térbeli helyzetét és a kamera külső paramétereit a felületi normálvektorral együtt finomítja a foltok közötti affin transzformáció felhasználásával. Az új módszer pontosabb és látványosabb rekonstrukciót eredményez, mint az egyszerűbb pontalapú módszerek.

Fluoreszcens és digitális holografikus mikroszkópia kombinálásával hatékony módszert dolgoztak ki ritka minták elemzésére. A fluoreszcensen detektált objektumok nagyfelbontású képét egy digitális holografikus mikroszkóp állítja elő. A kifejlesztett módszer alkalmazható az ivóvízbe került toxikus cianobaktériumok detektálására, illetve azok alfajainak pontos azonosítására. Az utóbbi fontosságát az adja, hogy nem minden cianobaktérium faj okoz mérgezést.

A kamerák kiolvasási tulajdonságainak alapos elemzése és speciális szenzortulajdonságok alkalmazása útján kidolgoztak egy új eljárást, amely egyetlen éles képből is képes kinyerni a fényes tárgyak sebességét rövid számítás segítségével: itt egyetlen képkockára vesznek fel különböző erősítésű, különböző expozíciós idejű képeket. Az elkészült kísérleti eszközzel egyetlen képkockáról lehet leolvasni például egy gépjármű rendszámát és sebességét.

Járműipar és közlekedés

A járműipart és közlekedést érintő technológia fejlesztéseket jellemzően a közúti és légi közlekedés eszközei és rendszerei strukturálták. Jelentős szerepet kap a kooperatív rendszerek elmélete, a járműirányító rendszerek tervezésének integrált módszerei, a korszerű hálózati kommunikációs eljárások, a járműfedélzeti szabályozó rendszerek hibatűrő kialakításai, valamint a vezetéstámogató rendszerek:

• Kooperáló járműrendszerek: A világméretű trendekhez igazodó módon a jármű- és közlekedés alkalmazási kutatások egyik fókusza a kooperatív intelligens közlekedési rendszerekkel (Cooperative Intelligent Transportation Systems, C-ITS) kapcsolatos. Ezzel összefüggésben a kooperatív rendszerek elmélete, a járműirányító rendszerek tervezésének integrált módszerei, a korszerű hálózati kommunikációs eljárások, a járműfedélzeti szabályozó rendszerek hibatűrő kialakításai, valamint a vezetéstámogató rendszerek területén születtek eredmények.
• Hybrid vezérlés: A hibrid és elektromos közúti járművek irányítórendszereinek összehangolt működtetésére elosztott és hierarchikus járműarchitektúrákat dolgoztak ki. Megoldások születtek a szenzorfúzióra és kommunikációs hálózatokra épülő integrált és kooperatív robusztus járműirányításokra, melyekkel a biztonságos, hatékony és gazdaságos üzem biztosítható. Az integrált járműirányítási feladatok megoldására a konvex LTI tervezési módszereket kiterjesztették qLPV alapú robusztus irányítástervezési módszerekre. A kooperatív autonóm járműirányítások stabilitásának elemzésére, a bizonytalanságok, továbbá a kommunikáció által okozott késleltetések kezelésére Lyapunov-Krasovski-funkcionálon, illetve IQC-ken alapuló módszereket dolgoztak ki. Egy gépjárművezetőt támogató kamera alapú közlekedési jelzéseket és úttípust/környezetet érzékelő rendszer kifejlesztése a Robert Bosch Tudásközpontban folyó munkákhoz kapcsolódott. Haszongépjárművek hatékony és gazdaságos működtetésére részlegesen automatizált járműplatform került kidolgozásra az üzemeltető és a gyártó igényeinek figyelembevételével a Knorr Bremse Fékrendszerek Kft-vel folytatott kooperáció során.
• A kooperatív autonóm járművek irányítási rendszerének analízise területén elért eredmények módszert adnak a formáció stabilitásának és szabályozási pontosságának vizsgálatára. A kidolgozott módszerek lehetővé teszik a gyakorlatban mindig előforduló modellezési bizonytalanságok számos osztályának kezelését és a járműközi kommunikációs hálózat tulajdonságainak figyelembevételét.
• Adaptív aktuátorok: A repülésben alkalmazott elektromechanikus beavatkozók (aktuátorok) kutatása során kifejlesztettek egy kisméretű, robotrepülőgépeken alkalmazható, szabályozásra és hibadiagnosztikára képes elektromechanikus aktuátort. Az ACTUATION2015 FP7 projekt keretében az UTC Aerospace céggel közösen polgári repülőgépeken alkalmazott egységekre adtak korszerű szabályozási algoritmusokat és az ezek alapjául szolgáló matematikai modelleket. A modell bizonytalansági halmazából szisztematikus úton, ”worst-case” analízis segítségével tudták meghatározni a legrosszabb szabályozási stabilitás paraméterkombinációit, kiküszöbölve a Monte-Carlo szimulációs vizsgálatok bizonytalanságait. - Hibatűrő szabályozási módszerek kutatásával segítik a polgári repülés jelenleg is magas biztonsági szintjének fenntartását a RECONFIGURE FP7 projekt keretében. Az Airbussal közösen módszereket dolgoztak ki, melyek a fedélzeti aktuátorok, vagy szenzorok meghibásodása ellenére is fenntartani képesek a repülőgép biztonságos üzemét, csökkentve a pilótára jutó munkaterhelést.
• Vezető nélküli légi járművekben (UAV) alkalmazható hibatűrő szabályozási algoritmusokat fejlesztettek ki, melyek egyszeres meghibásodási kritériumok esetén garantálni tudják a repülési feladat biztonságos folytatását és befejezését. Ezt támogatja az általuk kifejlesztett kamera alapú légi érzékelő és elkerülő rendszer: "látni és elkerülni". Az elkerülő repülőgép vizuális alapon detektálja a célgépet a fedélzeti többkamerás látó rendszere, a GPUs képfeldolgozó egysége és a navigációs berendezése segítségével. Megtörténtek az első kísérleti repülések a fenti célkitűzéseket teljesítő, a világon egyedülinek számító, kisméretű, redundáns, nagy megbízhatóságú avionikai rendszerrel. A kifejlesztett technológia megoldást nyújt az autonóm repülő eszközök biztonságos térbeli szeparációjára, és hozzájárul a GPS vezérelte kijelölt útvonalon haladás biztonságossá tételéhez. Az USA Haditengerészetének Kutatási Hivatala (ONR) által finanszírozott kutatás során korszerű útvonalbecslő és az ütközési valószínűséget meghatározó módszerek kutatása zajlott, szimulációs és valós méréseken alapuló adatok feldolgozása és elemzése alapján.
• A szárny flexibilitásból adódó rezonancia (flutter) jelenség kutatását a FLEXOP H2020as projekt kapcsán végezték a repülőgépek aerodinamikai, strukturális és repülésdinamikai vizsgálatai alapján, hatékony mérési és irányítási módszerek alkalmazásával. Ennek során több, különböző absztrakciós szintű modellt fejlesztettek ki, melyek az egyszerű, két szabadságfokú szárny rugalmas viselkedésétől kiindulva egészen a teljes repülőgép dinamikus viselkedéséig lefedik az alkalmazások igényeit.

Termelésinformatika és logisztika

A termelésinformatikai és logisztikai K+F+I tevékenység termelő, szolgáltató és logisztikai rendszerek tervezésére és modellezésére, valamint azok működésének irányítására, optimalizálásra, monitorozására és valós viszonyokhoz való adaptálására irányul, üzemi, vállalati és hálózati szinten egyaránt. A legfontosabb, 2015-ben elért eredmények a következők:

• A moduláris szerelőrendszerek számára kidolgozott termeléstervező módszert robotizált, autóipari szerelőcellák kombinált termelés- és kapacitástervezéséhez alkalmazták. Létrehozták a rendszer szimulációs modelljét, amely alkalmas a számított tervek kiértékelésére a sztochasztikus paraméterek és véletlenszerű zavarok figyelembevételével.
• Olyan statisztikai tanulási módszereket dolgoztak ki, amelyekkel az előretekintő módban futatott szimuláció tanulóalgoritmusok által becsült határértékek figyelembevételével végez elemzéseket. A módszer hatékonyságát ún. flow-shop teszt gyártó környezetben vizsgálták, ahol a gyártási rendelések átfutási idejének becslését a kifejlesztett tanulóalgoritmusok szolgáltatták.
• Diszkrét, eseményorientált szimulációs elemzések hatékony támogatására, SISO Core Manufacturing Simulation Data (SISO CMSD) szabványon alapuló adatstruktúrát fejlesztettek, amelyet különböző gyártási feladatokra és szimulációs eszközökre is alkalmaztak.
• Az Audi Hungária Motor Kft. részére fejlesztett termeléstervező rendszer tesztelését és finomhangolását végezték hat gyártósoron, továbbá implementálták a vizsgálatok során felmerült módosításokat, új igényeket.
• Kifejlesztettek és ipari felhasználónál telepítettek egy fejlett grafikus felülettel rendelkező, kis- és nagyszériás gyártásban egyaránt alkalmazható termelésütemező és döntéstámogató rendszert.
• Európai K+F projekt keretében kifejlesztett lézeres robotos távhegesztő cellák automatizált konfigurációját és offline programozását támogató rendszerüket alkalmassá tették az új technológia „elsőre helyes” bevezetésére és sorozatos autóipari tesztek végrehajtására.
• Kiber-fizikai kísérleti gyártórendszer: Létrehoztak egy olyan integrált, korszerű szenzorhálózattal és beavatkozókkal ellátott mintarendszert, amiben lehetőség van gyártási, logisztikai és robotikai problémák vizsgálatára, mind virtuális, mind fizikai térben, beleérve az elosztott vezérlés és az ember-robot együttműködés új lehetőségeit is.
• A Hitachi Manufacturing Technology Research Center-rel együttműködve olyan általános célú módszereket dolgoztak ki, amelyek segítségével egy összetett műszaki objektum jellegzetes komponensei és ezek topológiai kapcsolatai rekonstruálhatók az objektum síkbeli, jellemzően lineáris kapcsolatokat tartalmazó műszaki rajzának pixel alapú reprezentációjából.

A termelésinformatikai és logisztikai témakörökkel kapcsolatos alkalmazott kutatás-fejlesztés és ipari bevezetés jó része az Intézetben 2010-óta működő Fraunhofer-SZTAKI Termelésmenedzsment és –informatika Projektközpont keretében folyt. Számos kis- és középméretű vállalattal (KKV) folytatott együttműködés mellett fő nagyvállalati partnereik a Hitachi, Audi Motor Hungaria, GE Hungary, Jaguar LandRover, Opel, Volvo, Festo, BPW, Knorr-Bremse Fékrendszerek Kft, Aventics Hungary, Denso.

Energia és fenntartható fejlődés

A fenntartható fejlődés egyik alapvető feltétele az energiatermelő, -szállító, és -átalakító rendszerek adaptálása a változó igényekhez és lehetőségekhez. E rendszerek irányítása és felügyelete területén a megújulás egyik kulcsa az informatikai eszköztár megnövelt adatfeldolgozási, -tárolási és -továbbítási kapacitása, ami az automatizálás és a hatékonyság növelése terén is új lehetőségeket nyit, valamint új problémákat vet fel. Kiemelten foglalkoztak az alábbi témákkal:

• Energiatermelő rendszerek irányítása és felügyelete területén az intézet egyik legrégebbi múltra visszatekintő ipari tevékenysége az MVM Paksi Atomerőmű Zrt.-vel történő stratégiai együttműködésen alapul. Az erőmű üzemidő hosszabbítási projektjéhez kapcsolódóan továbbra is kiemelt szakértői feladatuk volt a meglévő irányítástechnikai rendszerek (pl. Atomerőmű Reaktorvédelmi Rendszerének, Szabályozó és Biztonságvédelmi rendszer) felújításában és az ilyen jellegű projektek előkészítésében. Az intézet folytatta az erőmű kapacitás-fenntartási munkáiban való együttműködést, valamint közreműködött a felépítendő új blokkok előkészítésével kapcsolatos irányítástechnikai szakértői feladataiban. A nemzetközi nukleáris szakmai élet szereplőjeként részt vettek a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség (IAEA) készülő új biztonsági útmutatójának írásában, melynek előzetes címe "Dependability Assessment of Software for Safety Instrumentation and Control Systems at NPPs”.
• Közvilágítás: Továbbfejlesztették és a SZTAKI számítási felhőjében futó vezérléssel működtették az E+grid intelligens energia-pozitív közvilágítási rendszert. A folyamatosan gyűjtött adatok további sztochasztikus modellillesztési módszerek kidolgozására adtak lehetőséget.
• Energiagazdálkodás: Az EC Joint Research Centre (JRC) megbízásából fejlesztettek ki egy speciális, hatékony energiagazdálkodás célját szolgáló matematikai megoldó csomagot.

Biztonság és felügyelet

• Földmegfigyelés műholdról: A DUSIREF projekt (Dinamikus városmodellezés távérzékelt adatok fúziójával) az Airbus Defense & Space Magyarország közös vállalkozása az Európai Űrügynökség (ESA) finanszírozásával a PECS-HU pályázati keretprogramon belül. A projekt idén zárult szakaszának fő célja városi környezetek magas szintű automatikus analízise különböző típusú távérzékelt adatok (főleg optikai és TerraSAR műholdképek és Lidar mérések) felhasználásával. Új környezetelemző és rekonstrukciós eljárások kerültek kifejlesztésre az érzékelt adatok négydimenziós (három térbeli és egy időbeni dimenzió) reprezentációjának a figyelembevételével: városi objektumok felismerése, változás-felismerés, objektumpopulációk több szintű hierarchikus analízise, 3D épületek közelítése textúrázott poligonmodellekkel.
• Ad-hoc mobil kamerák hálózatán: A PROACTIVE FP7 projekt eredményei alapján kidolgozták a multispektrális szenzorfúziós és alakzat-lokalizációs eljárást, mely már nem igényli a sík talajfelszínt. Ennek további felhasználási területe a bel téren (pl. bankfiók) részleges takarásban levő alakzatok pontos térképes elhelyezése és követése. Az alkalmazott mintafelismerő algoritmus új módozatában a "deep learning" teória alkalmazásával jobb felismerési arányt értek el. Az optimalizált algoritmus-variáns akár 100 fps sebességre is képes, és akár rossz látási viszonyok között is hatékony.
• Automatikus táblafelismerő eljárásokat hoztak létre a Budapest Közút Zrt. számára, amely az utakon található különböző objektumokról geoadatbázist készít földi MLS (Mobil Laser Scanner) LIDAR adatok és a kapcsolódó felvételek alapján. A kidolgozott algoritmust a Budapest Közút Zrt. Geoadatbázis rendszerébe integrálták.

Hálózatok, hálózati rendszerek és szolgáltatások, a jövő internete

• Occopus alapú munkafolyam szervezés: új munkafolyam koncepciót dolgoztak ki infrastruktúra-tudatos munkafolyam (infrastructure-aware workflow) néven. Ezen új típusú munkafolyamok csomópontjai nemcsak számításokat és adatfeldolgozásokat definiálhatnak, hanem az ilyen típusú csomópontok számára szükséges infrastruktúrák definiálására is lehetőséget adnak. A koncepció megvalósítása forradalmasíthatja a munkafolyam alapú komplex megoldások hosszú távú hasznosíthatóságát.
• Mezőgazdasági adatkezelés: Kidolgoztak és megvalósítottak egy, a régióban egyedülálló és kivételesen nagyszabású kutatási infrastruktúrát a precíziós mezőgazdaság elterjedésének támogatására. A Big Data és felhő technológiai alapokra helyezett elemző, előrejelző és döntéstámogató keretrendszer mezőgazdasági célú adaptálásával az újonnan kialakított platform lehetővé teszi egy folyamatosan bővülő és egyre szélesebb körű tudásbázis létrehozását az agrárszféra számára. A rendszer támogatja a partnerek által a szántóföldi kultúrákhoz telepített nagyszámú komplex szenzoroszlopból származó strukturált idősoros, képi és más adatok megbízható és hatékony gyűjtését, valamint az azokban rejlő információk mezőgazdasági szakember segítségével történő későbbi hatékony kiaknázását.
• Ipari adattudomány: Az Ericsson budapesti kutatóintézetével együttműködve mobil session vesztés előrejelzésére végeztek kutatást több rádióparaméter idősorának vizsgálatával. A módszer kiterjeszti a dinamikus programozás alapú ún. „time warping” módszert több idősorra, amelyek felett a Fisher információs mátrix által adott természetes távolságmetrikát használja. 2015-ben a már korábban elindult Ericsson és AEGON alkalmazott kutatási feladatok mellett két további ipari adattudományi projektet indítottak. Az OTP Bank számára új, gépi tanuláson alapuló előrejelző módszereket nyújtanak, többek között hitelkártya nemfizetési feladatokra. A Bosch részére pedig a gyártósori fizikai paraméterek idősorai alapján adnak előrejelzést a gyártási selejtek elkerülése céljából.
• Ajánló rendszerek: Az online felhasználók viselkedésének előrejelzésével kapcsolatos RecSys Challenge 2015 versenyén a részt vevő több mint 500 csapat között ötödik helyet értek el. Jelenlegi és korábbi sikereik alapján felkérték az MTA SZTAKI-t a 2016. évi verseny szakmai szervezésére, amely a Xing szakmai közösségi hálózat álláshirdetésekkel kapcsolatos előrejelzéseit célozza meg.
• Ember-gép interfész: Gesztusfelismerésre képes kesztyűt fejlesztettek, mely szenzorhálózat segítségével a kéz ujjainak térbeli helyzetét és az egyedi ujjmozgások dinamikájának (kézgesztusok) felismerését valósítja meg. A kesztyű segítségével megvalósul ipari környezetben az ember-robot párbeszéd, lehetővé válik az egy térben történő munkavégzés és valós ember-robot kooperáció; a prototípust nemzetközi szintéren mutatták be.