Elektronikas un datorzinātņu institūts

Elektronikas un datorzinātņu institūts (EDI) ir dibināts 1960.gadā Latvijas Zinātņu akadēmijas ietvaros. Institūts ir publiska pētniecības iestāde.

EDI ir augsti novērtēta zinātniskā institūcija Latvijā inženierzinātņu un tehnoloģiju jomā, kas specializējas viedo iegulto kooperatīvo sistēmu (SECS) jomā. Mūsu misija ir uztvert pasauli un veidot labāku nākotni, radot jaunas zināšanas, attīstot inovatīvas tehnoloģijas un demonstrējot to praktisko nozīmi reālajā dzīvē. Šī misija virza zinātnisko personālu, kas ir organizēti sešās laboratorijās: Signālu apstrādes, Kosmosa tehnoloģiju, Robotikas un mašīnuztveres, Integrēto shēmu un sistēmu, Kiberfizikālo sistēmu un Enerģētikas pētniecības laboratorijās.

EDI redzējumā nākotnes pasaule būs vēl vairāk savienota, digitāla un automatizēta, radot virkni jaunu un nozīmīgu izaicinājumu, piemēram, personalizēta prognozējoša un profilaktiska veselības aprūpe; elastīgas, efektīvas, savienotas un autonomas (bez defektiem) rūpnīcas; droša (bez bojāgājušajiem), pieejama, ilgtspējīga, savienota, kooperatīva, automatizēta un tīra (bez emisijām) mobilitāte; droša, droša un uzticama savienojamība un sistēmu sadarbspēja; un tas ir tikai daži no tiem, kas ietekmēs iedzīvotāju un visu uzņēmējdarbības nozaru ikdienas dzīvi. EDI mums ir unikāla perspektīva, pieredze un spēja sniegt ieguldījumu visu šo problēmu risināšanā pasaules mērogā. EDI zinātniskās darbības galvenais virzītājspēks ir tās ekonomiskā un sociālā ietekme, tāpēc mēs izmantojam savas SECS zināšanas mobilitātes, rūpniecības, veselības, digitālās dzīves un kosmosa jomās. Tikmēr mēs koncentrējamies uz šādiem pētniecības virzieniem: īpaši precīza notikumu laika mērīšana; tālizpēte un kosmosa datu apstrāde; robotika un mašīnuztvere; signālu apstrāde un iegultais intelekts; viedie sensori un lietu internets; ilgtspējīgas un noturīgas enerģētikas sistēmas.

Mūsu zināšanas un kompetenci stiprina cieša sadarbība ar vairāk nekā 300 starptautiskajiem partneriem. EDI ir koordinējis un piedalījies vairākos Eiropas Savienības pētniecības un inovāciju projektos, tostarp Horizon Europe, Horizon 2020, EIT, ECSEL, ERA-NET, COST u. c.

Pētniecības virzieni un kompetences

Īpaši precīza notikumu laika mērīšana

Ar šo virzienu nodarbojas Kosmosa tehnoloģiju laboratorija, kura pēta un izstrādā inovatīvas laika notikumu ciparapstrādes tehnoloģijas ļoti precīzai (2-3 pikosekunžu) mērīšanai. EDI mērķis ir ne tikai nodrošināt, ka notikumu taimeri ir ar izciliem veiktspējas rādītājiem, bet arī aizstāt specializētu analogo aparatūru ar digitālo signālu apstrādes komponentēm, tādējādi samazinot aparatūras ražošanas izmaksas. Kopš 1976. gada sāktie pētījumi ir noveduši pie pašreizējām tehnoloģijām, kuras var izmērīt laika intervālus ar labāku nekā 3 pikosekunžu precizitāti un nodrošināt mērījumu biežumu līdz 20 Mhz. Vienlaikus tehnoloģija ir efektīvāka un vienkāršāka realizācijā nekā tās alternatīvas. Galvenā pielietojuma joma ir precīzi taimeri satelīta lāzera diapazonam ar milimetru precizitāti. Vairāk nekā 50% no NASA ILRS (International Laser Ranging Service) stacijām ir aprīkotas ar EDI tehnoloģiju. Kā jauns izcils sasniegums ir minams, ka EDI radīto laika intervālu tehnoloģiju izmanto arī starptautiskajā JUNO projektā. Šobrīd ir zināms, ka Eiropas Kosmosa aģentūra plāno izmantot EDI tehnoloģiju (radītu EKA PECS projektā MPET) kosmiskajās misijās uz asteroīdu Hera un kopējā misijā ar ROSKOSMOS Luna-27 un Mēnesi. EDI pētījumi šajā virzienā ietekmē ne tikai pasaules zināšanas notikumu hronometrāžas tehnoloģijā, bet arī veicina tādas fundamentālas zinātnes nozares kā elementārdaļiņu fizika un kosmosa izpēte.

Tālizpēte un kosmosa datu apstrāde

virzienu aptver zinātniskās grupas Kosmosa tehnoloģiju laboratorijā un Diskrētās signālu apstrādes laboratorijā. Viena no grupām izstrādā attēlu apstrādes algoritmus zemes novērošanas pielietojumiem. Pētījumu rezultātā ir izveidota oriģināla nevadītas (unsupervised) attēlu klasifikācijas tehnoloģija “Dynland”, kurā ir izmantota jauna bezparametru klāsterizācijas metode. Šī grupa izstrādā algoritmus RGB, multispektrālo, hiperspektrālo, rentgenstaru un sintētiskās apertūras radaru (SAR) attēlu apstrādei. EDI izstrādā satelīta attēlu apstrādes algoritmus viedām un drošām pilsētām, mežsaimniecībai, zemes seguma klasifikācijai. Tālizpētes attēlu apstrādes metodes ir tikušas pielietotas arī ādas bojājumu klasifikācijā, izmantojot multispektrālus ādas attēlus.

Otrā grupā tiek veikti ultraplatjoslas (ultrawideband, UWB) radaru sensoru tehnoloģiju pielietojumu pētījumi objektu detektēšanai, lokalizēšanai, kustības noteikšanai un izsekošanai, zemes slāņu un materiālu neinvazīvai diagnostikai un parametru noteikšanai. EDI pēta tālizpētes un UWB radaru sistēmu pielietojumu materiālu attālinātai diagnostikai, bezkontakta ledus biezuma monitoringam, drošības sistēmām – nelielas kustības konstatēšanai, objekta defektu detektēšanai, bezkontakta dzīvības pazīmju uzraudzībai u.c.

Trešā grupā tiek veikta ultraskaņas testēšanas, triecienu un vibrāciju analīzes un optiskās pārbaudes metožu izstrāde, kuras pamatā ir uzlabota signālu apstrāde un mākslīgā intelekta ieviešana. Pielietojumi: nesagraujoša pārbaude, lai raksturotu materiālu īpašības, novērtētu nolietošanās procesus un atklātu iekšējos defektus; bioloģisko audu raksturojums diagnostikas nolūkos biomedicīnā; vides un laika apstākļu parametru mērīšana ar uzraudzības, brīdināšanas un kontroles mērķiem.

Robotika un mašīnuztvere

Ar virzienu nodarbojas Robotikas un mašīnuztveres laboratorija, kā arī Kiberfizikālo sistēmu laboratorija. EDI pēta sistēmas, kuras spēj uztvert un analizēt apkārtējo vidi, pieņemt lēmumus un patstāvīgi darboties. Spilgti piemēri tādām sistēmām ir industriālie roboti, pašbraucošas automašīnas un autonomi droni. EDI darbojas gan ar šādām kompleksām sistēmām, gan arī fundamentāli pēta un praktiski pielieto to atsevišķās sastāvdaļas – viedie sensori, sensoru sistēmas, datorredze, mākslīgais intelekts un robotu vadība.

Dažāda veida viedus sensorus EDI izstrādā vides un dzīvnieku monitoringam, rūpniecībai un mobilitātei. Viens no plašāk izmantotajiem sensoru veidiem EDI mašīnuztveres pētījumos ir videokameras, tai skaitā hiperspektrālās un ātrās kameras. Mēs izstrādājam datorredzes algoritmus, kas izmanto kameru datus dažādu redzes uzdevumu risināšanai – attēlu reģistrēšanai un klasificēšanai, objektu atklāšanai un atpazīšanai, kadru segmentācijai. Datorredzi lietojam gan nākamās paaudzes industrijas jomā, kur viedi roboti spēj atklāt, satvert un manipulēt nejauši izvietotus objektus mainīgā vidē, gan lauksaimniecībā, kur pa lauku braucošs robots-nezāļu iznīcinātājs spēj atšķirt kultūraugus no nezālēm, gan medicīnā, kur attēlu analīze spēj novest pie automatizētas diagnozes. Lietojam to arī mobilitātes jomā un inteliģentās transporta sistēmās, kur uz ceļa uzstādītas kameras un citi sensori ļauj analizēt transporta plūsmu un reģistrēt numurzīmes, un mašīnās iebūvētās kameras ļauj automatizēt braukšanu.

EDI pielieto arī dziļuma kameras un LiDAR, kas ļauj iegūt 3D informāciju par vidi un objektiem, un ir īpaši noderīgi mobilo robotplatformu (droni, autonomi braucoši roboti un auto) navigācijas gadījumā, jo šīm platformām jāpārvietojas vidē ar daudziem mainīgiem un grūti prognozējamiem šķēršļiem.

EDI robotikas pētījumi integrē iepriekšminētās mašīnuztveres komponentes robotu sistēmās, kas ļauj izstrādāt lēmumu pieņemšanas un kontroles algoritmus gan rūpnieciskajiem robotiem, gan mobilajām platformām. EDI strādā pie robotiem, kas spētu droši sadarboties gan ar cilvēkiem, gan ar citiem robotiem. Papildus tiek pētītas iespējas veidot atbilstošus vadības algoritmus reizē gan uz reāla robota, gan uz tā digitālā dvīņa, un tiek attīsta iespēja apmācīt robotus ar stimulējošo apmācību simulācijas vidē un iespēja iemācītās zināšanas pārnest uz reālu robotu.

Signālu apstrāde un iegultais intelekts

EDI izstrādā algoritmus, lai apstrādātu signālus no dažādiem sensoriem, ieskaitot ultraplatjoslas radarus, akselerometrus, žiroskopus, EKG, EEG, EMG un citus. Mūsu signālu apstrādes pētniecības daļa ir attēlu apstrāde tādās jomās kā biomedicīna (melanomas noteikšana), satelītdatu apstrāde (mežu analīze), inteliģentās transporta sistēmas (transportlīdzekļu un gājēju noteikšana), drošība (cilvēku atpazīšana, izmantojot delnas attēlus), lauksaimniecība (kultūraugu un nezāļu noteikšana) un vēl daudz kas cits.

Iegultā intelekta pētniecības jomā EDI koncentrējas uz Mūra likuma piesātinājuma izaicinājumu, meklējot jaunus risinājumus aprēķinu aparatūras veiktspējas palielināšanai. EDI izstrādā jaunus energoefektīvus risinājumus datu apstrādes algoritmu ieviešanai (specializētas neironu tīklu arhitektūras, attēlu apstrādes paātrinātāji, asinhronā daudzprocesoru apstrāde, rīkkopas izstrādes procesu automatizācijai, utt.) pielietojot heterogēnas vienčipa sistēmas (System-on-Chip, SoC) un uz programmējamiem loģikas masīviem (FPGA) balstītas tehnoloģijas. Šo pētījumu rezultātā ir iespējams realizēt energoefektīvu datorizētu sistēmu uztveri veicot, piemēram, stereo attēlu apstrādi, uz dziļās mašīnmācīšanās balstītu novērošanu, infrasarkano un redzamo attēlu sapludināšanu un dronu lokalizāciju.

Viedie sensori un lietu internets

Pētījumi ir vērsti uz efektīvu datu ievākšanu, pārraidīšanu un laicīgas atgriezeniskās saites sniegšanu. Mēs izstrādājam viedus sensorus ar oriģinālām signālu ciparapstrādes iespējām, lai efektīvi monitorētu dažādas vides un sniegtu laicīgu atgriezenisko saiti, kā piemēram, valkājamos sensorus pozu uzraudzībai rehabilitācijā, kustības sekošanas ierīci telemedicīnas un apmācības nolūkos, uz sensoru bāzētu ceļgala rehabilitācijas ierīci protēžu uzraudzībai un kontrolei, galvas apsēju alternatīvajai datorpeles kontrolei, vilciena integritātes uzraudzības sistēmu, multimodālu uz viena FPGA realizētu biometrisko sistēmu, augsta ātruma bezvadu sensoro mezglu rūpnieciskajai videi, aparatūras paātrinātājus Vehicle-to-X komunikācijai.

Mērķsadarbībai ir būtisks priekšnoteikums EDI ilgtermiņa mērķu sasniegšanai, tāpēc tiek plānots turpināt sadarboties ar: augstskolām talantīgu studentu attīstībā; pētniecības centriem augsta līmeņa starpdisciplināru pētījumu veikšanā; industriju (gan MVU, gan lielie uzņēmumi) kopēju un līgumpētījumu izpildē; nozaru asociācijām un digitāliem inovāciju centriem IKT politikas un digitalizācijas iespēju veidošanā; valsts un pašvaldību institūcijām zinātnes lomas un izmantošanas celšanā. EDI ir liels starptautisko partneru skaits (400+) un veiksmīga sadarbība ar tiem pētniecības un inovāciju projektos, nākamajos gados ir plānots stiprināt sadarbību arī vietējiem partneriem.

Ilgtspējīga enerģētika un viedās energosistēmas

Ar šo virzienu nodarbojas Enerģētikas pētniecības centrs, kura pētījumi integrē enerģētikas un vides inženierijas, elektrotehnikas, elektronikas, IT, ekonomikas un vides pārvaldības kompetences. EDI pēta ilgtspējīgu energosistēmu attīstību, ņemot vērā enerģētikas, klimata, vides un sabiedrības aspektus.

Būtiska joma ir enerģētikas sistēmu ilgtermiņa attīstības modelēšana un analīze. EDI izstrādā un izmanto matemātiskās modelēšanas un lēmumu atbalsta rīkus, lai analizētu attīstības scenārijus, novērtētu atjaunīgo enerģijas resursu un energoefektivitātes pasākumus, kā arī prognozētu siltumnīcefekta gāzu un gaisa piesārņojuma emisijas.

EDI pēta viedo energosistēmu un elektrotīklu attīstību, izmantojot informācijas un komunikācijas tehnoloģijas un mākslīgo intelektu enerģijas ražošanas un patēriņa efektivitātes uzlabošanai, tīklu elastības un drošības paaugstināšanai, decentralizētās ražošanas un uzglabāšanas integrācijai. Tiek pētīta gala patērētāju iesaiste un enerģijas kopienas.

EDI pēta energoresursu efektīvu izmantošanu, īpaši atjaunīgo resursu jomā. Tiek novērtēts un prognozēts vēja potenciāls, izmantojot meteoroloģiskos mastus.

Pētniecības projekti un sasniegumi

Edi mājas lapā ir pieejama informācija par visiem Institūta īstenotajiem projektiem - https://www.edi.lv/projects/. 

Pētniecības infrastruktūra

Edi mājas lapā ir pieejama informācija par visām infrastruktūras iekārtām - https://www.edi.lv/infrastruktura/. 

Vadošie zinātnieki:

Vairāk informācijas: www.edi.lv