Как вузу запустить новое технологическое направление

Рассказываем о процессе, ресурсах и методах на примере МАИ и их новой лаборатории кибериммунных решений

МАИ совместно с «Лабораторией Касперского» удалось за год запустить в институте целое новое технологическое направление на базе KasperskyOS. Это лаборатория кибериммунных решений, новые курсы, внедренные в учебную программу, и хакатоны, в которых участвовали более 100 студентов.

В этой статье мы расскажем о синергии вуза и IT-компании, ― как она развивалась, о победах и сложностях на пути, а также о том, в чем смысл такого сотрудничества.

В университетской среде любят говорить, что ученик — это не сосуд, который надо заполнить знаниями, а факел, который надо зажечь. Главное в процессе образования — заинтересованность студентов. И в этом смысле любые нестандартные активности, которые заставляют их выйти из зоны комфорта, поработать над нестандартными, непривычными задачами, над проектами из реального мира — это хорошо.

Также здорово, когда у таких активностей есть партнёрство с крупными известными компаниями, которые могут выступить флагманом. Это привлекает студентов ― сначала пойдут на занятия ради них, а уже потом вовлекутся в процесс. Как правило, многим учащимся нравится заниматься практическими заданиями. А если они еще подкреплены связью с реальной крупной и успешной компанией в сфере их интересов, то привлекательность таких проектов для студентов вырастает в разы.

Поэтому с точки зрения мотивации студентов вузам могут быть интересны такие виды партнёрств, как у МАИ с «Лабораторией Касперского». Работая над конкретными проектами, студенты «вынуждены» получать дополнительные знания, разбираться с новыми системами, выяснять, чем они различаются. Например, они могут освоить навыки по установке Linux или, как в нашем случае, научиться создавать решения на базе микроядерной операционной системы KasperskyOS, позволяющей создавать кибериммунные решения на ее основе. Для вуза же главный плюс таких синергий и дополнительных активностей ― больше мотивированных студентов, а это, в свою очередь ― и лучшая успеваемость и подготовленность выпускников к работе, и рост качества учебного процесса.

Идеолог

В вузах сейчас практически нет системы создания таких лабораторий. Есть точечные истории, есть преподаватели-энтузиасты, создающие вокруг себя какой-то круг интересов, который затем постепенно расширяется. Поэтому, чтобы запустить какие-то новые, дополнительные учебные проекты для студентов, нужен этот заинтересованный человек или люди, а также, чтобы внутри вуза их начинание разделяли ― помогали, а не мешали.

Финансы

Для того, чтобы организовать такую работу в вузе, нужно получить какую-то материальную основу. Сумма вложений зависит от специфики вуза, размер не универсальный. Например, для начала может хватить и 50 000 рублей, например, на одноплатные компьютеры, но потом понадобится больше ― на оплату времени преподавателей и студентов. Также от компании необходима методическая поддержка.

«Программировать, получая визуальный результат на экране компьютера, конечно, хорошо, но еще лучше, если студент видит непосредственный результат в физическом воплощении. Это могут быть просто лампочки, подключенные к одноплатнику, но гораздо интереснее управлять чем-то осязаемым — системой умного дома или, как в нашей ситуации, мобильным роботом-доставщиком на базе стандартного Alphabot с интегрированным в него Raspberry PI. На все это, конечно, требуются средства», ― комментирует Федор Васильев, заведующий кафедрой 307 «Цифровые технологии и информационные системы» МАИ.

Методология

Допустим, продолжает Федор Васильев, энтузиаст нашелся, а известная компания заинтересовалась сотрудничеством с вузом. В нашем случае в такой роли выступила «Лаборатория Касперского». Затем нужно найти энтузиастов среди студентов. При этом в процессе кто-то из учащихся может потерять интерес и бросить дело. Поэтому важно все правильно методически выстроить. В первую очередь речь идет о понимании особенностей: чему, зачем и в какой последовательности надо учить в рамках нового технологического проекта, а также как интегрировать стимулирующий фактор. Например, сначала студент получает небольшую задачу, с которой точно справится, и по результатам его сразу же ждет небольшое вознаграждение в рамках образовательного процесса. Следом можно давать уже задачу посложнее и награду ― посерьёзнее, и так далее. В конечном счете можно даже полностью ввести новый предмет в основной учебный процесс, тогда стимулами могут стать и зачёт, и курсовая и даже дипломная работа.

Как выстраивать процессы ― метод проб

Студенту необходимо дать задачу, оценить сложности ее выполнения, поддержать студента в трудный момент, например, если он готов бросить задачу по какой-то причине. Вроде бы все это простые шаги, но они требуют постоянного внимания и работы всех участников процесса. Например, в рамках одного из хакатонов мы предлагали студентам поработать с задачей организации межпроцессного взаимодействия — одной из «фишек» KasperskyOS, неочевидной для незнакомых с этой ОС. Это было достаточно легко выполнить, но требовало погружения в новую для студентов парадигму построения программ, давало участникам базовое понимание того, как работать с ОС дальше, уже над более сложными задачами.

«У нас студенты работают в живой лаборатории, у них есть живые Raspberry. Поэтому нам необязательно давать им абстрактные задачи, которые можно выполнить в эмуляторе. Когда человек в руках держит устройство, процесс обучения становится интереснее. Например, если у студента есть мобильный робот, его можно заставить ездить с разной скоростью. Постепенно задачу можно усложнять, например, добавить обратную связь с ботом в том или ином виде, организовать внешнее управление роботом по сети и так далее. И в процессе усложнения задач все больше становятся понятны возможности студентов и возможности операционной системы KasperskyOS», ― добавляет Федор Васильев.

Также в лаборатории такой принцип ― если дом не строится, значит, нет архитектуры, последовательности действий. Значит, надо сначала разметить фундамент и залить его. МАИ провели обучение более 100 студентов и поняли, что из них около 30 находились на уровне «неудовлетворительно». Это не плохо, это просто означает, что курс надо было адаптировать. Весь процесс был пройден сначала, и процент тех, кто не освоил курс, снизился почти в три раза.

Из хороших результатов ― у всех организаторов проекта, и МАИ, и «Лаборатории Касперского» сложилось понимание, как уменьшить порог входа для работы на KasperskyOS. Сейчас студенты могут начать работать с операционной системой за неделю. За это время человек, конечно, не освоит ее до уровня опытного специалиста компании, но на базовом уровне ― точно.

Лаборатория как источник активностей

Первым делом в рамках партнёрства в МАИ была создана студенческая лаборатория кибериммунных решений. В лаборатории четыре преподавателя и десять студентов работают над проектами на KasperskyOS. Ключевые активности — это внедрение и адаптация open source системы 4Diac forte для упрощенного программирования задач и разработка программы управления разнообразными мобильными роботами. Также среди проектов ― управление роботом-манипулятором и сетевой контролер для интернета вещей.

По опыту МАИ, идеальная лаборатория может объединить около 10 студентов, не больше. Из них, в среднем, трое ― активные, четверо ― средней активности, и еще трое ― пассивные. Но, конечно, все сильно зависит от задач и мотивации. В лаборатории студенты получают деньги как научные сотрудники, представляют свои доклады на конференциях, публикуют статьи, а также, благодаря этой деятельности, могут претендовать на повышенную стипендию.

Внедрение новых предметов в учебный план и хакатоны для всех

Всего в весеннем семестре 2022 года обучение разработке под KasperskyOS прошли около 100 человек, в осеннем ― около 40 человек. За один семестр студентам отводится четыре занятия на KasperskyOS.

Также были проведены два хакатона. В июле прошёл закрытый хакатон, целью которого была проверка возможных заданий для студентов, не работавших раньше с KasperskyOS. В задачах были реализация машинного зрения с выделением контрастных объектов и определением их координат, создание самодвижущегося робота Alphabot под управлением KasperskyOS и программирование его движения по заданной траектории между объектами.

Второй совместный хакатон «Управляй с KasperskyOS» состоялся в ноябре 2022 года. В нем участвовали более 100 студентов и выпускников девяти вузов ― МАИ, АУЦА, МГОТУ, МГТУ «СТАНКИН», МФТИ, НИУ ВШЭ, НИЯУ МИФИ, РТУ МИРЭА, ЮУрГУ. Всего было 20 команд, из которых десять встретились в финале. Основной тематикой хакатона стали системы управления роботами, которые сегодня активно внедряются в складской логистике: это роботы-тягачи, системы для работы с багажом в аэропортах, мобильные системы для перемещения грузов, такие как Amazon robotics. В финале участникам предстояло спроектировать защищённую от кибератак систему управления автономным транспортным роботом на базе Alphabot/RaspberryPi под управлением KasperskyOS.

В результате таких партнёрских активностей и проектов с компаниями учебное заведение получает рост мотивированности и заинтересованности студентов. Для самого вуза в целом появляются новые перспективы для роста. Со временем сотрудничества выстраивается понимание, куда мы вместе могли бы развиваться.

Эксперты компании могут быть ещё больше вовлечены в учебный процесс, в том числе ― становиться наставниками студентов по курсовым работам и разным учебным проектам. Также одним из вариантов взаимодействия может быть формат стажировок по направлениям. Это сильно мотивирует студентов.

Если же речь идет о региональных вузах, то для них в таких партнёрствах еще больше плюсов. Если в университете появляется лаборатория с какой-то крупнейшей IT-компанией, можно не ехать за этим в Москву, а развивать технологии и рынок в регионе. Студентам всегда важно, чтобы их образование шло в ногу со временем, работало на практике ― для этого нужно больше практического взаимодействия.

Для самих компаний такое сотрудничество с вузами тоже продуктивно. В МАИ сотрудники лаборатории могут делать полезные в реальной жизни проекты, например, практически значимый контролер интернета вещей. Так, после хакатона в ноябре 2022 года одному из партнёров «Лаборатории Касперского» приглянулись транспортные роботы как идея на будущее.

В следующем году в рамках нашего сотрудничества могут появиться ещё разработки, которые могли бы найти применение на рынке. В этом случае МАИ выступает как разработчик принципиально новых решений, запущенных на KasperskyOS. Кроме того, вуз растит новые кадры с учетом нужд рынка, с пониманием актуальных инструментов разработки. А компания получает создание и апробацию решений, обратную связь и, что очень важно, наличие на рынке специалистов, на практике знакомых с ОС.

• Эксперты «Лаборатории Касперского» помогли студентам и преподавателям в кратчайшие сроки освоить особенности программирования под KasperskyOS. По результатам совместной работы в МАИ создан методологический комплекс (лекции, практики, учебная инфраструктура). Также материалы лекций и упражнений легли в основы выпущенного позже бесплатного онлайн-курса по основам программирования на KasperskyOS на платформе Stepik.
• Более ста студентов МАИ прошли базовое обучение разработке под KasperskyOS на курсах «Архитектура информационных систем», «Программирование для UNIX», «Информационная безопасность» и «Программная инженерия», более половины из которых показали высокие оценки на выпускном тестировании.
  
• Самые сильные студенты включились в работу совместной лаборатории на ранних этапах и представили свои разработки на студенческой конференции «Гагаринские чтения» в апреле 2022 года. Уже летом того же года первый из намеченных проектов был успешно завершен портацией среды исполнения программного логического контроллера 4DIac forte на базе KasperskyOS. Основная идея проекта и результат работ были опубликованы на habr.com и собрали комментарии от заинтересованных пользователей.
  
• Для укрепления навыков работы с KasperskyOS в июле 2022 года МАИ и «Лаборатория Касперского» организовали закрытый хакатон, целью которого была реализация машинного зрения с выделением контрастных объектов и определением их координат, создание самодвижущегося робота Alphabot под управлением KasperskyOS и программирование его движения по заданной траектории между объектами. На хакатоне было представлено 10 студенческих команд, каждая из которых реализовала алгоритм управления оригинальным образом. Три команды добились победы, пройдя 3-4 точки маршрута, а отдельным призом была отмечена команда, запустившая Alphabot на приложении 4Diac forte.
  
• Открытый хакатон осенью 2022 года привлек команды из 9 вузов, а проекты, реализованные в его рамках, заинтересовали партнёров хакатона.
  

Кибериммунитет — это подход «Лаборатории Касперского» к созданию IT-систем, безопасных в силу дизайна (Secure-by-Design). Такие системы отличаются от классических своей устойчивостью к кибератакам, причём не за счет использования дополнительных продуктов безопасности, а благодаря правильно спроектированной архитектуре. В кибериммунной системе может запускаться и работать только то, что напрямую разрешено администратором системы и разработчиком приложения. Любое действие, не разрешенное явно политикой безопасности, будет запрещено. «Лаборатория Касперского» разработала кибериммунный подход к созданию IT-решений, а также собственную операционную систему KasperskyOS — платформу для разработки кибериммунных продуктов. Чтобы решение на базе KasperskyOS было кибериммунным, при его создании необходимо следовать специальной методологии. В основе KasperskyOS — микроядро собственной разработки и лучшие практики создания исходно безопасных операционных систем, включая архитектурные подходы MILS (разделение системы на изолированные компоненты и строгий контроль взаимодействий между ними) и FLASK (удобное управление политиками безопасности). Первые решения на KasperskyOS появились в 2016 году, после чего регулярно выходят новые разработки. В 2019 был представлен первый индустриальный гейтвей с исходно безопасной архитектурой, а в 2022 году — тонкие клиенты на KasperskyOS. Также в 2021 году была запущена публичная бесплатная версия KasperskyOS Community Edition.

KasperskyOS — это собственная разработка «Лаборатории Касперского», она не основывается на каком-либо из существующих проектов. Компания предоставляет все инструменты разработки с использованием свободно распространяемого ПО в составе публичного SDK KasperskyOS Community Edition и осуществляет поддержку своих пользователей.