Лаборатория в смартфоне⁠⁠

Сама по себе новость не очень свежая (весна этого года), но толчком к ее размещению послужил комментарий к прошлому посту:

Как же задолбали эти новости с заголовками типа "Российские ученые создадут ...", "Российские ученые разработают ...".

Когда начнут появляться новости с заголовками "Российские ученые создали ...", "Российские ученые разработали ..."?

Ну и как говорится, "по просьбам радиослушателей" история про готовый продукт, созданный аккурат той группой сотрудников ИЦиГ, которые вовлечены и в новый проект.

Разнообразные мобильные устройства – смартфоны, планшеты и т.п. – стали практически неотъемлемым спутником человека. Неудивительно, что с каждым годом растет круг приложений для них на самые разные случаи жизни. Но если фото, сделанным с помощью смартфона или отправкой почты через планшет никого не удивишь, то использование этих гаджетов для научной работы– дело достаточно новое. Подробнее в нашем интервью с руководителем лаборатории эволюционной биоинформатики и теоретической генетики к.б.н. Дмитрием Афонниковым, а также его коллегами – к.б.н. Михаилом Генаевым и аспирантом Евгением Комышевым.

– Скажите, насколько вообще востребовано создание подобного рода приложений?

Дмитрий Афонников: – Анализ изображений с помощью мобильных устройств – это бурно развивающееся направление. Прежде всего, в биомедицине. Есть большой комплекс приложений (и научных публикаций, связанных с ними), нацеленных на проведение каких-либо экспресс-анализов вне медицинских учреждений. Одна из типичных задач для таких приложений: человек попал в какую-то чрезвычайную ситуацию, получил травму, но непосредственно рядом с ним нет врача. Делается фотография на мобильное устройство, далее приложение ее обрабатывает и передает в некий сервисный центр скорой медицинской помощи. Там на основе полученного изображения производится оценка степени поражения организма и формируется сценарий действий для оказания первой помощи. Соответственно, такое приложение должно обладать функциями масштабирования фотографии, высокой степенью детализации изображения. Второе направление развития приложений – это диагностика. Существуют достаточно простые диагностические-системы, которые позволяют, например, оценить уровень гемоглобина в крови. Для диагностики достаточно поднести палец с каплей крови к камере смартфона, осветить с помощью расположенного на нем источника света, записать полученное изображение. Приложение обрабатывает его, и в результате анализа цвета изображения выдает результат – какое у вас содержание гемоглобина. И, допустим, одновременно пересылает его вашему врачу. Есть и другие диагностические-системы, которые могут взаимодействовать с вашими гаджетами. В результате, пациент может проводить мониторинг каких-то параметров своего организма в постоянном режиме и при этом находиться дома, на работе и т.п. В этом направлении есть интересные задачи для биоинформатики, прежде всего, в области обработки изображений (поскольку фото, полученное на камеру телефона, отличается от изображения в микроскопе).

– Но та работа, которую проводили ваши коллеги, относится не к биомедицине, а к биологии. Расскажите про ваш программный продукт.

Евгений Комышев: – Когда изучают урожайность разных сортов пшеницы, одним из этапов анализа является подсчет количества зерен в колосе растения. Как правило, это проводится вручную, что отнимает в полевых условиях немало времени. И при этом мы узнаем только количество зерен в колосе. Наше приложение позволяет автоматизировать этот процесс и значительно расширить объем первичной информации. Теперь все, что требуется – поместить зерна на белый лист бумаги и сфотографировать их. А дальше программа сама проведет подсчет, масштабирование и обмеры зерен, а затем – оформит результаты в виде готового отчета. Причем, сделает это не только быстрее человека, но и с большей степенью точности. Кроме того, мы учли, что применять его будут в полевых условиях, и приложению для работы не требуется доступ в Интернет.

– Эту работу можно считать завершенной?

Е.К.: – Да, работа завершена и ее итоги опубликованы в престижном научном журнале Frontiers in Plant Science. Статья вызвала большой интерес – с Play Market в первый же месяц после публикации приложение скачало свыше тысячи человек. Поступили и первые положительные отзывы из Австралии, Индии, Китая.

– Сколько времени ушло на его разработку и что было самым сложным?

Михаил Генаев: – Всего работа заняла около трех лет. При этом, сам программный код мы написали за несколько месяцев. Основное время ушло на тестирование работы приложения на разных типах устройств.

Потенциальных клиентов у такого программного продукта немало. Это не только биологи из научных экспедиций, но и сотрудники многочисленных селекционных станций. А в перспективе – и агрономы сельхозпредприятий (которые тоже заинтересованы в анализе результатов использования того или иного сорта). У всех – разные смартфоны, планшеты, со своим программным обеспечением, камерами. А нам надо было обеспечить корректную работу приложения на любом устройстве. Это было одной из сложных задач при разработке приложения, но, в итоге, мы ее решили.

– С прикладной составляющей все, более или менее, понятно. А есть у этой работы научное значение?

М.Г.: – В последние годы в мире появилось новое направление – феномика (по аналогии с геномикой), когда мы посредством каких-то программных, аппаратных средств, получаем и обрабатываем фенотипические характеристики уже целого организма. Цель – с помощью компьютеров и другой техники максимально исключить человеческий фактор из этого процесса. Для решения этой задачи сейчас во всем мире создаются специальные методы, программное обеспечение. И наша лаборатория также занимается этим. Мы уже опубликовали несколько работ – по опушению листа, фенотипированию зерен пшеницы, очередным этапом стало это приложение.

– Традиционный вопрос в таких случаях: над чем планируете работать дальше?

Е.К.: – Сейчас хотим создать программу, которая будет по фотографии распознавать уже не зерна, а колосья пшеницы и проводить оценку их параметров. Пока что, она будет не для мобильных устройств, но также будет основана на цифровой обработке изображений. В числе других задач, разработка аналогичных продуктов по фенотипированию клубней картофеля.

http://academcity.org/content/laboratoriya-v-smartfone

PS А завтра закину небольшой обзор по работе, выполняемой ИЯФ в рамках международных mega-sciene...