Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
ОСНОВАН В 1909 ГОДУ
наверх
Кафедра динамического моделирования и биомедицинской инженерии
Саратовский университет – это крупное экспертное сообщество. Любовь к науке и обучению, пытливый ум, стремление к диалогу, системность и трудолюбие – то, что выделяет университетских людей

Визитка

Направления деятельности

Технический прогресс последних десятилетий сформировал новые требования к подготовке инженерно-технических кадров разработчиков аппаратно-программных устройств современной электроники. Если раньше достаточно было готовить квалифицированных специалистов в узкой сфере: физик, программист, электронщик и т.п.,– то теперь, когда электронные компоненты стали программируемыми, современный инженер-разработчик должен обладать комплексом знаний и умений в смежных дисциплинах: электронике, программировании, анализе данных и нейросетевых подходах, навыками работы с контрольно-измерительными приборами, монтажным оборудованием и станками с ЧПУ.

Такая современная подготовка требует специализированной инфраструктуры. Кроме офиса, компьютерных классов и практикумов, кафедра имеет комплекс технологических лабораторий, оснащенных современными станками, контрольно-измерительными приборами, паяльным оборудованием.

Лаборатория 3D-моделирования и прототипирования
Лаборатория 3D-моделирования и прототипирования
Технологическая лаборатория
Технологическая лаборатория
Лаборатория радиофизики и робототехники
Лаборатория радиофизики и робототехники
Лаборатория биоинженерии
Лаборатория биоинженерии
Их оснащение позволяет провести прикладной учебный проект от идеи до законченного устройства.

С учетом вызовов современности в структуре учебных курсов делается упор на следующие направления:

  • Инженерное программирование (читаются курсы программирования на Python, С, assembler, С++ и др.)

  • Аналоговая и цифровая электроника

  • Разработка устройств и систем на основе программируемых электронных компонент (микроконтроллеры и ПЛИС)

  • Методы анализа и обработки данных, включая методы анализа больших данных и нейросетевые подходы

  • Практическая проектная работа – разработка образцов законченных устройств в рамках курсовых и дипломных проектов с использованием современной контрольно-измерительной техники, станков с ЧПУ, паяльного и монтажного оборудования, 3D-принтеров

Специалисты с такой подготовкой крайне востребованы в IT-сфере и различных отраслях промышленности: в разработке геофизического оборудования, станкостроении, разработке медицинских приборов, робототехнических устройств, станков с ЧПУ.

На наших выпускников имеется высочайший спрос со стороны высокотехнологичных компаний: этот спрос существенно превышает имеющиеся на рынке труда предложения. 

Наш исследовательский коллектив специализируется на развитии методов обработки и анализа сигналов сложных биологических и технических систем, математическом моделировании, создании аппаратно-программных систем, которые реализуют разработанные нами методы обработки и анализа данных. Мы активно привлекаем подготовленных в наших лабораториях студентов к выполнению грантов и заказов индустриальных партнеров (с оплатой труда студентов во время учебы).

История

Формально кафедра динамического моделирования и биомединженерии СГУ появилась в 2005 году, но фактически научно-педагогический коллектив начал свое существование еще в 1980-е годы. Имея тесный контакт с мировыми лидерами в области нелинейной динамики – нижегородскими коллегами – Дмитрий Иванович Трубецков, бывший тогда заведующим кафедрой электроники СВЧ, первым занес в СГУ и Саратовский филиал Института радиотехники и электроники АН СССР (СФИРЭ) споры нового научного направления ‑ нелинейной динамики и динамического хаоса. Естественно, что темой кандидатской диссертации его ученика Бориса Петровича Безручко стал хаос в распределенной системе взаимодействующих электронов и электромагнитной волны в лампе обратной волны.

Будучи с 1980 года ученым секретарем СФИРЭ, Б.П. Безручко организовал в СФИРЭ тематическую группу, которая вела исследования колебательных явлений и хаоса в образцах узкозонных материалов (InSb) и радиофизических системах с полупроводниковыми нелинейными элементами (цепи с диодами, автогенераторы на их основе), разработкой миниатюрных генераторов шума, в том числе с использованием магнитостатических и упругих волн, компьютерными исследованиями нелинейных колебательных моделей. 

В 1990-е годы круг решаемых научных задач пополнился исследованием моделей распределенных систем в виде цепочек связанных отображений, аналоговым моделированием микротриодов с автокатодами. С середины 1990-х центр тяжести научной деятельности группы стал смещаться в область реконструкции модельных динамических уравнений по экспериментальным временным рядам и исследованию процессов в живых объектах.

В 1982 году в научном коллективе появился первый студент Селезнев Евгений Петрович, защитивший дипломную работу «Исследование возможности дистанционной связи с ЭВМ на основе ее электромагнитного излучения» под руководством Б.П. Безручко. Первая награда – медаль "Юный участник ВДНХ СССР" за радиоуправляемую модель в 1976 году. Евгений Петрович умел все, брался за любую работу, всегда и везде был любимцем окружающих. В 1990 году защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, в 2006 году – доктора физико-математических наук. 

Был заместителем директора СФ ИРЭ по научной работе, видным деятелем профсоюзной организации РАН. В 2015 году профессор Е.П. Селезнев возглавил кафедру, но в 2021 году, к великому нашему сожалению, он скоропостижно скончался.

В 1984 году перешел на работу в филиал Владимир Иванович Пономаренко. Имея опыт года работы на полупроводниковом производстве и многолетнего сотрудничества в студенческом конструкторском СГУ, он сразу расширил творческие возможности коллектива. Кандидатскую диссертацию по специальности "Радиофизика" на тему "Мультистабильность и хаос в системах с большим числом степеней свободы (кольцо нелинейных радиотехнических осцилляторов, RC-генератор с многозвенным фильтром)" защитил в 1992 под руководством Б.П. Безручко. В 2008 году защитил докторскую диссертацию на тему "Экспериментальная реализация, реконструкция и исследование моделей нелинейной динамики (системы с дискретным временем и задержкой)”.

За годы существования научной группы в ней занимались исследованиями, набирались опыта и выполняли свои курсовые, дипломные и диссертационные работы более 20 будущих кандидатов и 7 докторов наук. Наши студенты, аспиранты, молодые специалисты неоднократно удостаивались наград различных молодежных конкурсов.

Так, ими получено более 30 грантов "Соросовский студент" и "Соросовский аспирант". Особенно гордится наш коллектив полученным совместно с Сергеем Петровичем Кузнецовым грантом «Ведущая научная школа России». Мы удостаивались поддержки Президента и губернатора, выигрывали индивидуальные гранты различных отечественных и международных научных фондов. Одним из основных направлений работы научной группы становится получение сигналов объекта и создание адекватной математической модели, позволяющей расширить возможности диагностики или предложить нечто новое и полезное, в частности, в помощь врачу для успешного излечения пациентов.

Группа стала основой для организации в СГУ кафедры на базе академического института, которая через несколько лет приобрела статус основной кафедры под современным названием – «Кафедра динамического моделирования и биомедицинской инженерии» Института физики СГУ.

С 2021 года по настоящее время кафедру возглавляет д.ф.-м.н. Анатолий Сергеевич КараваевУчился в ФТЛ №1, затем на факультете нелинейных процессов СГУ. С 2003 он прошел трудовой путь от лаборанта и инженера, работал в должностях младшего научного сотрудника, научного сотрудника, старшего научного сотрудника, ассистента, доцента, профессора в СГУ и СФИРЭ. В 2007 году им защищена кандидатская диссертация “Восстановление параметров систем с запаздыванием по временным рядам”, а в 2019 – докторская диссертация “Математическое моделирование механизмов функционирования и синхронизация элементов системы кровообращения” под научным руководством и консультированием профессора Б.П. Безручко.  

Его энергия и коммуникабельность, увлечения туризмом, автоспортом, большое количество медалей за победы в трофи-гонках не помешали ему жениться, завести 4 детей и собрать вокруг себя активную научную молодежь. Теперь эта команда обеспечивает омоложение скелета и освежение крови современной кафедры.

Другой выросший в нашей научной группе доктор наук – профессор РАН Михаил Дмитриевич Прохоров. С 2014 года он возглавляет лабораторию «Моделирование в нелинейной динамике» в СФИРЭ. 

Его и еще одного профессора РАН, Дмитрия Алексеевича Смирнова, в.н.с. СФИРЭ мы рассматриваем, как ближайший кадровый резерв кафедры.

Кафедра имеет тесные контакты с коллегами из ИРЭ РАН, поддерживает международные связи. Наши научные труды публикуются в престижных отечественных и зарубежных изданиях и регулярно представляются на конференциях различного уровня, в том числе международных.

Мы составляли оргкомитеты нескольких всесоюзных, всероссийских и международных школ по хаотическим автоколебаниям и образованию структур (ХАОС) в Саратове. Последние годы круг общения существенно расширился за счет отечественных и зарубежных научных групп специалистов в области нелинейной динамики, физиологов и медицинских специалистов, представителей других направлений, где есть возможность использовать наши научные результаты и умения.

Саратовский университет – это крупное экспертное сообщество. Любовь к науке и обучению, пытливый ум, стремление к диалогу, системность и трудолюбие – то, что выделяет университетских людей

Наука

Основные научные направления

Телепроект "Мне нравится" о Фаблабе Института физики СГУ

Кафедра активно занимается научно-исследовательской деятельностью и особое внимание уделяет привлечению к такой работе студентов. По рейтингу научной активности кафедра уверенно входит в пятерку лидеров в нашем университете. Ежегодно публикуются десятки научных статей, монографии, труды научных конференций, регистрируется разработанное сотрудниками и студентами программное обеспечение, защищаются патенты на изобретения.

За последние годы сотрудниками кафедры защищено 3 диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук и 2 диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук.

В настоящее время на кафедре работают 7 докторов наук, 4 молодых кандидата наук, 15 преподавателей и молодых ученых без степени.

Сотрудники кафедры – известные в мире, высокоцитируемые ученые. СМИ регулярно публикуют статьи, теле- и радиопередачи про научные достижения студентов и сотрудников кафедры.

Научная работа студентов и сотрудников кафедры неоднократно отмечалась престижными наградами, в том числе:

В 2023 году Премии Столыпина в области науки удостоился ведущий молодой ученый, доцент кафедры, к.ф.-м.н. Ишбулатов Ю.М.
В 2019 году заведующий кафедрой, д.ф.-м.н. Караваев А.С. получил благодарственное письмо министра здравоохранения Саратовской области.
В 2017 научный коллектив кафедры удостоился диплома победителя Всероссийского конкурса научно-технических работ “Эстафета ВУЗовской науки 2017”.
В 2015 заведующий кафедрой, д.ф.-м.н. Караваев А.С. получил благодарность депутата Государственной думы РФ “За вклад в интеллектуальное воспитание молодого поколения”.

Основными направлениями научных исследований кафедры являются:

  • Разработка методов обработки и анализа данных сложных систем, в том числе, нейросетевые подходы.

  • Разработка математических моделей сложных биологических систем и их использование для моделирования поведения систем организма в условиях воздействия патологических факторов, препаратов, физических или психоэмоциональных нагрузок.

  • Радиофизическое моделирование сетей генераторов со сложной колебательной динамикой

  • Разработка методов количественной оценки уровня стресса и когнитивной нагрузки на оператора

  • Реализация разработанных методов в виде программного обеспечения и аппаратно-программных комплексов

Проекты

Грант РНФ №23-12-00241
Грант РНФ №23-12-00241
Моделирование сложных колебательных биофизических систем и разработка методов диагностики связей и синхронизации их элементов по экспериментальным сигналам Руководитель проекта: А. С. Караваев
Грант РНФ №23-12-00241