«Это что-то из Звездных войн?»: Физик из Минска получил престижную работу во Франции

На родине Минобороны не поняло идей изобретателя.

Белорус Антон Лопатин в детстве настолько увлекся физикой, что она стала его основной профессией. Он окончил аспирантуру, получил грант на обучение за рубежом и переехал во Францию, где работает в научном стартапе. В интервью dev.by физик-ученый рассказал, как французское министерство обороны решило, что его исследования атмосферы с помощью лазера — это что-то из «Звездных войн», опасное для жизни окружающих.

Как мечта стать изобретателем привела в научный мир

С профессией он определился еще в детстве, на выбор повлияла в том числе книга Перельмана «Занимательная физика», подаренная родителями. «Мне повезло, у нас и физик в школе был хороший, и была доступна литература, хорошо иллюстрированная. К тому же мне всегда нравилась научная фантастика и хотелось хоть немного к ней приобщиться. Думал, дальше будет еще лучше и интереснее, но реальность оказалась немного другой», — рассказывает Антон.

Учился в физико-математическом классе, потом в Лицее БГУ на физика, а затем поступил на факультет радиофизики и компьютерных технологий БГУ: «Теоретическая физика мне всегда казалась слишком сухой, хотелось чего-то более прикладного и технического. В детстве я разбирал игрушки, правда, собрать обратно уже не мог. Интересно было, как работают окружающие меня предметы, а мечтой всегда было стать изобретателем».

— В университете учиться было очень интересно. Но уже тогда, около 10 лет назад, начинался хайп вокруг программистов, а мне не хотелось программировать по восемь часов в день. Потом оно конечно все равно пришло, но другим путем — ученые без программирования сейчас никуда. Курсовые работы делали с очень ныне популярными нейронными сетями, но ни одна из моих курсовых в докторскую не перетекла. Наверное, я плохо донес до кафедры мысль, что хочу учиться дальше. В итоге нарисовалась аспирантура в Институте физики им. Степанова НАН Беларуси.

Так физик оказался в лаборатории, где занимаются оптикой атмосферы. В аспирантуре он исследовал оптические свойства атмосферы, в частности мелкие взвешенные частицы или аэрозоли: «Эта область исследований хорошо ложилась на мою специальность, которая связана с обработкой сигналов. Да и финансово выглядела не намного хуже программирования».

Исследования аэрозолей в окружающей среде особо актуальны в европейских научных кругах, поскольку любой аэрозольный состав считается канцерогенным: «Эти частицы в огромном количестве висят в воздухе и рассеивают свет таким образом, что получается дымка или туман. В атмосфере аэрозольные загрязнения появляются при извержении вулканов, пожарах, также при сжигании угля на электростанциях, металлургических и не только заводах».

Хотели лишить стипендии из-за «Звездных войн»

— Так сложилось, что в этой лаборатории отсутствовали люди определенной возрастной группы (в принципе, это характерно для всего института). Было много молодых специалистов и представителей старой школы, а люди бальзаковского возраста разъехались по миру. Один из таких эмигрантов осел во Франции — там у научных институтов есть возможность принимать иностранных ученых. И благодаря ему мне тоже удалось туда перебраться. Французская сторона предложила поучаствовать в двусторонней программе: часть исследований проводить в Беларуси, а часть — во Франции.

Я чудом получил грант от французского посольства на обучение за границей. Наверное, консула обрадовало то, что к нему наконец-то пришел технарь, а то все историки да лингвисты. Но я чуть было не потерял стипендию из-за местной бюрократии. Как позже выяснилось, в министерстве обороны не поняли, каким образом с помощью лазеров можно изучать атмосферу. Думали, что это что-то из «Звездных войн» и вообще опасно для жизни окружающих. Но, к счастью, все обошлось.

Шесть теплых месяцев Антон проводил в Минске, а на зиму эмигрировал во французский город Лилль. Во Франции были хорошо развиты «пассивные» наблюдения — изучали атмосферу на просвет или отражение и анализировали солнечный свет. А в Минске — более прикладное исследование, при помощи лазерной техники.

«Радиофизика — это наука своеобразная. Ее собственно почти не существует. Объяснить тем же французам, чем я занимаюсь, довольно сложно. Но, к счастью, в научной среде все говорят по-английски, а в научной группе по большей части — русскоязычная диаспора», — поясняет белорус.

Карта аэрозолей поможет выбрать квартиру

Во Франции белорус присоединился к научному стартапу GRASP, который предоставляет различным организациям (космическим агентствам, картографам и пр.) набор физических параметров частиц. С их помощью можно провести оценку качества воздуха в конкретном регионе и получить карту концентрации аэрозолей в атмосфере: «Посмотрев на карту, вы, к примеру, можете решить, где лучше покупать квартиру. Пока наши данные мало понятны широкой публике, поэтому мы работаем в основном с компаниями».

Стартап разрабатывает обобщенный алгоритм, который позволяет восстанавливать свойства аэрозольных частиц по всевозможным типам доступных измерений: «Независимо от того, в какой комбинации и какие инструменты у нас есть — находятся они на Земле или в космосе — мы можем их комбинировать и получать модель характеристик нужных нам частиц».

— Наш метод можно применять в разных ситуациях, поскольку он представляет собой конструктор. Основное его преимущество в том, что он умеет работать и с поверхностью Земли, и с атмосферой одновременно. При этом мы анализируем сразу несколько снимков земной поверхности, сделанных в разное время. За счет этого можем отделять атмосферный сигнал от сигнала поверхностного. У нас нет заранее рассчитанных значений, как у большинства коллег. Мы все рассчитываем честно и на лету, хотя эта задача достаточно сложная.

Аэрозольные частицы в атмосфере можно выявлять несколькими способами: с помощью лазерного зондирования, роботизированных приборов и данных со спутниковых систем.

— Поскольку частицы мелкие, а атмосфера объемная, нам нужны дистанционные методы, чтобы исследовать, как частицы распределены в атмосфере и как взаимодействуют со светом. Первый метод — когда лазер выпускает импульс (почти со скоростью света распространяется в атмосфере), а приемник, который установлен на телескопе, регистрирует его в это время. Другой метод — измерение прозрачности атмосферы с помощью наведения детектора на солнце. Зная, как солнце светит без атмосферы, можно определить, как меняются ее свойства. Спутниковые данные полезны, но их проблема в том, что они видят не столько атмосферу, сколько поверхность.

Стартап возлагает большие надежды на спутник Sentinel-5 (запуск в 2021 году), который видит Землю и атмосферу иначе, чем люди: гораздо больше цветов, одновременно под разными углами и недоступное человеческому глазу состояние поляризации: «У нас есть метод, который позволяет провести коррекцию снимков со спутников, выявив детали на поверхности Земли. Сейчас облачный сигнал для нас — это скорее помехи, поэтому в планах начать работать с облаками и учитывать этот параметр».

Научный код весьма своеобразен: написан на Фортран и С

— С интерфейсами в научной среде дела обстоят очень плохо. Софт, который создают ученые, подвергается большой критике, потому что написан весьма своеобразно. Думаю, в промышленном программировании редко сталкиваются с такими заморочками, как у нас. Наш код решает какую-то очень узкую проблему. Ученому-программисту нужно уметь работать с такими вычислительными методами, как матрицы или интегралы. Наука ведь основывается на математике, это как универсальный язык записи. Формально программирование — это форма записи того же самого (не важно, интегралы мы пишем или циклы).

Научная часть метода, который разрабатывает стартап, написан на языке Фортран. К ней прилагается драйвер, который управляет содержимым, — написан на С. «Сейчас мы идем к тому, чтобы сверху была еще оболочка на Python. Те же нейронные сети не подходят для наших задач. В них по определению заложена неопределенность. А поскольку мы говорим о численных характеристиках, а не качественных, где нейронные сети очень стойкие, данный метод будет неэффективным», — признается ученый.

Но в будущем стартап не намерен отказываться от современных инструментов обработки данных. Нейронные сети могут пригодиться ему для анализа результатов: «Там сложная математика, и нейронка как раз поможет в определении типа частиц и их классификации: пыль, дым или вода в каплях».

Новые горизонты для ученых и вызов Маску

— Наука, как и все вокруг, эволюционирует. Вместе с технической революцией и у нас появляется больше возможностей. Основной тренд — стремление к синергии и объединению. Когда два инструмента органично дополняют друг друга и позволяют получить больше информации, чем каждый из них по отдельности. Также новые горизонты для ученых открывают данные — доступные всем без какой-либо цензуры.

Ученым нужно заявлять о себе миру, но рынок публикаций монополизирован издательствами, и наука от этого страдает, считает Антон. «Белорусским ученым крайне сложно представить миру свои разработки, потому что, чтобы опубликовать научную статью, нужно несколько тысяч евро, — приводит пример собеседник. — Таже я сталкивался с тем, что кто-то из иностранных коллег заново изобретал методы, ранее описанные только в русскоязычных журналах. Это, кстати, одна из причин, по которой я перебрался в другую страну».

Что касается финансирования, то в Европе, например, выделяют гранты на то, чтобы разные группы ученых сотрудничали друг с другом: «Такие институты не ставят перед исследователями конкретных задач. Деньги выделяются на то, чтобы ученые могли ездить друг к другу, посещать конференции и обмениваться опытом».

Белорус считает, что в науке сейчас кадровый кризис — большинство выпускников идут в ИТ: «Если верить жалобам белорусских коллег, то на весь поток и одного человека не сыщешь, который хочет остаться в науке. Во Франции масштаб другой, но концепция и динамика идентичны. Поэтому мы выделились в стартап — это позволяет во многих вопросах, в том числе юридических, быть гораздо гибче, чем госструктура. Больше свободы в распоряжении своими же средствами».

— Выпускники моей альма-матер, факультета радиофизики и компьютерных технологий БГУ, мечтайте больше и чаще! На мой взгляд, молодежь стала очень приземленной, исчез былой максимализм. Если хотите посоревноваться с Илоном Маском, то хотя бы попробуйте. Начать можно, например, с участия в международном конкурсе по программированию, который проводят мои коллеги.