Перепечатка: Выдающийся международный учёный в области «наука–производство–образование» — профессор Асад Мадани — присоединился к CORE Academy.

Избранные публикации и патенты: более 200 публикаций и 69 опубликованных или находящихся в стадии подачи патентов; изображение взято с сайта samueli.ucla.edu (официальный сайт Инженерной школы Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе).

Результаты его научных исследований не только оказали глубокое влияние на академическое сообщество, но и нашли широкое применение в промышленности. Он сотрудничал с рядом известных компаний, способствуя коммерциализации и индустриализации научно-технических достижений, что принесло обществу значительные экономические выгоды и послужило образцом для практического внедрения результатов инженерных исследований в производство.

Академические награды и общественная деятельность

Помимо вклада в научные исследования и преподавание, Асад Мадани активно участвует в академических должностях и общественной деятельности. Он является членом более чем двадцати международных академий наук и научных обществ, включая Национальную инженерную академию США, Канадскую инженерную академию, Королевскую инженерную академию Великобритании, стипендиата IEEE, члена Американской ассоциации содействия развитию науки, члена Королевского авиационного общества Великобритании, члена Американского института аэронавтики и астронавтики, а также члена Американской академии изобретателей. Кроме того, он занимает посты председателя или члена ряда международных научных организаций и академических конференций, внося значительный вклад в развитие академического обмена и сотрудничества.

Принцесса Анна, Королевский член Королевской инженерной академии Великобритании, вручила профессору Асаду Мадни — пионеру космических технологий — самую престижную индивидуальную награду Академии — Медаль принца Филиппа (2022 год).

Он неоднократно приглашался на телевизионные программы, такие как CNN и BizNews 1 (ныне — CNBC), где делился своими взглядами и опытом в области инженерии и технологий. Его имя включено в крупнейшие справочники знаменитостей, в том числе «Американский справочник знаменитостей» и «Всемирный справочник знаменитостей».

Асад Мадани — выдающийся учёный, чьи выдающиеся достижения и широкое влияние охватывают области инженерии и прикладных наук. Его исследовательская деятельность не только способствует прогрессу науки и технологий, но и вносит важный вклад в развитие международного сообщества. Его академические достижения и профессиональный дух вдохновляют бесчисленное множество молодых учёных и инженеров на неустанное стремление к превосходству в своих областях, а также на активные усилия по реализации научно-технических инноваций и модернизации отраслей.

Приложение: материал журнала IEEE Spectrum о профессоре Мадени

В 1992 году Асад М. Мадни возглавил компанию BEI Sensors and Controls, где отвечал за управление линейкой продукции, включающей различные датчики и инерциальные навигационные системы; при этом клиентская база была относительно узкой и в основном состояла из предприятий аэрокосмической отрасли и оборонной электроники.

Он столкнулся с проблемой.

После окончания холодной войны оборонная промышленность США оказалась на грани краха, и её деятельность в ближайшее время не восстановится. BEI необходимо оперативно выявить и привлечь новых клиентов.

Чтобы завоевать этих клиентов, компании придётся отказаться от систем механических инерциальных датчиков и перейти на новую, ещё не проверенную кварцевую технологию — миниатюризировать кварцевые датчики и превратить производителя, выпускающего ежегодно несколько десятков тысяч дорогостоящих датчиков, в производителя, выпускающего миллионы недорогих датчиков.

Мадени возглавил работу всего коллектива, направленную на достижение этой цели, и благодаря технологии GyroChip добился успеха, превзошедшего все ожидания. Этот недорогой инерциальный датчик измерения параметров движения стал первым устройством, интегрированным в автомобили; он позволяет системе электронного контроля устойчивости (ESC) обнаруживать пробуксовку колёс и активировать тормоза, предотвращая опрокидывание автомобиля. Согласно данным Национальной администрации безопасности дорожного движения США, в период с 2011 по 2015 год система ESC была внедрена во все новые автомобили, что позволило спасти бесчисленное количество жизней.

Впоследствии этот прибор стал сердцем систем стабилизации бесчисленных коммерческих и частных самолётов, а также систем наведения американских ракет. Он даже был отправлен на Марс в составе марсохода «Союзник» — первого ровера, исследовавшего поверхность Красной планеты.

За создание GyroChip и за другие заслуги в области технологических разработок и научного руководства он был удостоен Почётной медали IEEE 2022 года.

Инженерия не была для Мадхани первым выбором в карьере. Он мечтал стать выдающимся художником — живописцем. Однако в 1950–1960‑е годы, учитывая экономическое положение его семьи (в те времена — в Бомбее), он предпочёл инженерное образование, в частности специальность по электронике, поскольку был крайне увлечён новейшими инновациями, такими как компактные транзисторные радиоприёмники. В 1966 году он переехал в США и поступил в Колледж RCA в Нью‑Йорке, учреждённый в начале XX века с целью подготовки радиооператоров и технических специалистов.

«Я хочу стать инженером и изобретать самые разные вещи, — сказал Мадани. — В конечном счёте мои достижения должны оказывать влияние на человечество. Ведь если я не смогу повлиять на людей, то почувствую, что моя карьера лишена смысла».

После двух лет обучения по программе электронной техники в Исследовательском институте RCA Мадени поступил в Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе (UCLA), где в 1969 году получил степень бакалавра по электротехнике. Затем он продолжил обучение в магистратуре и докторантуре, посвятив свою диссертацию анализу телекоммуникационных систем с использованием цифровой обработки сигналов и метода отражения в частотной области. В период учёбы он также работал преподавателем в Тихоокеанском государственном университете, занимался управлением запасами в розничной сети Дэвида Оргелла в Беверли-Хиллз и трудился инженером по проектированию компьютерной периферии в компании Pertec.

Затем, в 1975 году, только что обручившись, он по настоянию своего давнего одноклассника подал заявку на работу в микроволновом отделе компании Systron Donner. Карьера Мадни в Systron Donner началась с разработки первого в мире спектрального анализатора с цифровым хранением данных. Ранее он никогда по-настоящему не работал со спектральными анализаторами — в те годы такие приборы были чрезвычайно дороги — но его знаний теории оказалось достаточно, чтобы убедить себя принять эту должность. После этого он в течение шести месяцев занимался испытаниями, накапливая практический опыт работы с этими приборами, а затем попробовал заняться их переработкой и проектированием нового образца.

Проект занял два года; по словам Мадени, он принёс три важных патента, что позволило ему «перейти к более масштабным и значимым начинаниям». Он также отметил, что этот проект помог ему осознать разницу между обладанием теоретическими знаниями и коммерциализацией технологий в интересах других.

Он продолжил разрабатывать для вооружённых сил США многочисленные радиочастотные и микроволновые системы и приборы, включая линии связи и дополнительный анализатор антенн, изготовленные для ВМС США; эти работы стали основой его докторской диссертации.

Несмотря на то, что он быстро продвинулся по карьерной лестнице и в конечном счёте занял пост председателя совета директоров, президента и генерального директора компании Systron Donner, его бывшие коллеги утверждают, что он никогда полностью не покидал лабораторию. Каждый из проектов, в которых он участвовал, носил отпечаток его технической экспертизы — в том числе и новаторская работа, которая привела к созданию GyroChip.

Прежде чем перейти к обсуждению ядра GyroChip — миниатюрного кварцевого датчика, — давайте сначала рассмотрим контекст инерциальных измерительных блоков 1990-х годов. ИМБ измеряет несколько характеристик объекта: его удельное ускорение (негравитационное ускорение), угловую скорость вращения вокруг оси и иногда также его ориентацию в трёхмерном пространстве.

GyroChip позволяет электронной системе стабилизации автомобиля обнаруживать пробуксовку и предотвращать бесчисленные опрокидывания.

В начале 1990-х годов типичный ИМУ для измерения угловой скорости использовал механические гироскопы. Устройство, в котором были установлены три высокоточных гироскопа с вращающимися массами, имело размер примерно с духовой шкаф и весило около одного килограмма. Версии, в которых применялись кольцевые лазерные гироскопы или оптоволоконные гироскопы, были несколько компактнее, но даже тогда стоимость всех высокоточных оптических и механических гироскопов достигала нескольких тысяч долларов.

Именно такой был IMU, выпущенный в 1990 году: тогда компания Systron Donner продала свой подразделение по оборонной электронике компании BEI Technologies — публичной компании, входящей в состав BEI Electronics, которая, в свою очередь, являлась дочерней компанией старейшей фирмы Baldwin Piano Company. IMU отличался большими габаритами, значительным весом и высокой стоимостью; кроме того, его движущиеся механические компоненты быстро изнашивались, что снижало надёжность устройства.

Незадолго до этой продажи компания Systron Donner получила от группы американских изобретателей патент на датчик скорости совершенно другого типа. По словам Мадни, в то время это был всего лишь проект на бумаге, но компания уже начала направлять часть своего бюджета на исследования и разработки на внедрение этой технологии.

В основе данного устройства лежит миниатюрный вибрационный камертон с двумя концами, изготовленный по стандартным технологиям обработки кремниевых пластин и вырезанный из кварца. Пластины камертона подвергаются отклонению вследствие эффекта Кориолиса — инерционной силы, возникающей при сопротивлении телу движению в плоскости вращения. Благодаря пьезоэлектрическим свойствам кварца изменение приложенной к нему силы приводит к изменению электрического заряда; эти изменения могут быть преобразованы в значение угловой скорости.

После того как подразделение Systron Donner стало частью BEI, проект продолжил своё развитие: в начале 1990-х годов BEI ежегодно выпускал около 10 000 кварцевых гироскопических датчиков для одного секретного оборонного проекта. Однако с распадом СССР и последующим стремительным сокращением американской оборонной промышленности Мадани опасался, что у этих миниатюрных новых датчиков — да и у традиционных механических датчиков, ранее составлявших основную часть деятельности этого подразделения, — по меньшей мере на длительный период просто не останется заказчиков.

«У нас было два выбора, — вспоминал Мадани. — Либо спрятаться на пляже и спокойно умереть — что было бы крайне жаль, ведь никто другой не обладал такой технологией. Либо отправиться в другое место и применить её там».

«Если я не смогу повлиять на человечество, я почувствую, что моя карьера будет неудовлетворительной».

Начался поиск. Мадени рассказал, что он и члены его исследовательской и маркетинговой команды посещали все возможные конференции по сенсорам, беседуя со всеми, кто использовал инерциальные датчики — будь то в промышленности, в коммерческом секторе или в космической отрасли. Они демонстрировали разработанный компанией кварцевый датчик угловой скорости, подчёркивая его низкую стоимость, высокую точность и надёжность, а также намечали план по дальнейшему уменьшению размеров и снижению стоимости этих устройств всего за несколько лет. НАСА проявило к ним большой интерес — и в итоге внедрило эти устройства в марсоход «Союзник» миссии Mars Pathfinder, а также в системы, позволяющие астронавтам свободно перемещаться в открытом космосе. Компания Boeing и другие производители самолётной и авионики также начали использовать эти устройства.

Однако автомобильная отрасль, очевидно, представляет собой крупнейший потенциальный рынок. В конце 1980-х годов автопроизводители начали внедрять в автомобили премиум-класса базовые системы контроля тяги. Эти системы отслеживают положение рулевого колеса, положение педали акселератора и скорости вращения всех колёс и при обнаружении нештатной ситуации — например, когда одно колесо вращается быстрее другого — корректируют обороты двигателя и применяют торможение. Вместе с тем они не способны определить, совпадает ли направление поворота автомобиля на дороге с направлением поворота рулевого колеса — а это ключевой показатель неустойчивого проскальзывания, которое может привести к опрокидыванию.

Отрасль осознала эту проблему, и опрокидывание автомобиля является одной из основных причин смертельных исходов в дорожно-транспортных происшествиях. Такие поставщики автомобильной электроники, как Bosch, прилагают усилия к разработке компактных и надёжных датчиков угловой скорости — в основном изготовленных из кремния — для улучшения систем контроля тяги и предотвращения опрокидывания; однако эти решения пока не готовы к массовому внедрению.

Мадани считает, что это рынок, на котором BEI может добиться успеха. В сотрудничестве с немецкой компанией Continental Teves из Франкфурта BEI приступил к снижению размеров и стоимости кварцевых компонентов, а также к их серийному производству в объёмах, ранее не встречавшихся в оборонной отрасли: планируется выпускать ежегодно несколько миллионов штук.

Этот кардинальный переход — от обороны к одной из самых конкурентных отраслей массового рынка — потребует от компании и её инженеров глубоких изменений. Мадени уже сделал этот шаг.

«Я всем говорю: „Мы обязаны миниатюризировать его. Мы обязаны снизить цену — с 1200–1800 долларов за ось до 100 долларов, затем до 50 долларов, а потом и до 25 долларов. Мы должны продавать сотни тысяч штук в месяц, а затем — миллион штук в месяц и даже больше.“»

Он сказал, что для реализации всего этого он понимает: в конструкции кварцевого датчика скорости не должно быть ни одного лишнего компонента. Более того, необходимо кардинально пересмотреть процессы производства, управление цепочками поставок и даже организацию сбыта.

«Я сказал инженерам: «Больше ничего, кроме самого необходимого, мы устанавливать не будем», — вспоминает Мадани. — «Некоторые колебались — они слишком привыкли работать с сложными проектами и не проявляли интереса к простым решениям. Я пытался объяснить им, что то, о чём я их прошу, даже сложнее, чем всё то, что они делали раньше», — говорит он. Но всё же несколько ведущих инженеров по проектированию покинули команду».

«Совет директоров спросил меня, чем я занимаюсь; эти люди — наши самые талантливые сотрудники. Я ответил им: дело вовсе не в том, что они самые талантливые; если люди не соответствуют текущим требованиям, то какая разница, чем они будут заниматься?»

Поскольку другие были готовы адаптироваться, он направил нескольких инженеров в швейцарские часовые компании для изучения методов работы с кварцем — материалом, который уже несколько десятилетий широко применяется в часовом производстве. Кроме того, он организовал обучение сотрудников у экспертов автомобильной отрасли, чтобы они лучше поняли её функционирование и требования.

Мадени вспоминает, что необходимые изменения дались нелегко. «У нас осталось немало шрамов — мы прошли через тяжёлый путь. Но за время моего руководства BEI превратилась в крупнейшего в мире поставщика датчиков стабилизации и защиты от опрокидывания для автомобилей».

Мадени отметил, что в конце 1990-х годов рынок систем электронного контроля устойчивости пережил взрывной рост — причина этого кроется в инциденте, произошедшем в 1997 году. Во время испытаний на тестовой трассе один автомобильный журналист провёл так называемый «олений тест», который обычно именуют именно «оленным тестом»: он совершил поворот на обычной скорости, пытаясь имитировать уклонение от перебегающего дорогу оленя, — и в результате автомобиль перевернулся. В ответ на эту негативную рекламу Mercedes и его конкуренты начали внедрять системы контроля устойчивости, что привело к резкому увеличению спроса на GyroChip.

Благодаря соглашению с Continental Teves компания BEI на протяжении многих лет занимала значительную долю автомобильного рынка. В то время BEI не была единственным игроком — немецкая компания Bosch уже в 1998 году начала производство кремниевых MEMS-датчиков угловой скорости — однако именно эта калифорнийская фирма оставалась единственным производителем, использующим кварцевые датчики, чьи характеристики в то время превосходили кремниевые. В настоящее время большинство производителей автомобильных датчиков угловых скоростей применяют кремний, поскольку эта технология уже отработана и требует более низких затрат на производство.

Параллельно с ростом объёмов производства на автомобильном рынке Мадени продолжил искать новые рынки. Он обнаружил ещё один крупный рынок в авиационной промышленности.

В начале и середине 1990-х годов на самолётах Boeing 737 произошёл ряд катастроф и аварий, вызванных непреднамеренным перемещением руля направления. Часть этих неисправностей была связана с блоком управления силовым приводом (PCU) самолёта, в котором использовалась технология демпфирования рыскания. Хотя датчики рыскания напрямую не были упомянуты как причина поломок, компании всё же пришлось переработать конструкцию своего PCU. Мадени и BEI убедили Boeing в необходимости в дальнейшем устанавливать на всех самолётах 737 кварцевые датчики производства BEI и проводить их модернизацию на уже эксплуатирующихся машинах. Вскоре такие датчики были приняты и производителями частных авиационных судов. В конечном счёте бизнес в сфере оборонной отрасли вновь возобновил своё развитие.

В 1966 году Асад Мадни объяснял своим однокурсникам в Исследовательском институте RCA одну из проблем электронной баллистики.

В настоящее время электронные датчики угловой скорости устанавливаются практически на всех видах транспорта — как наземном, так и воздушном и морском. При этом усилия Мадени по уменьшению размеров этих датчиков и снижению их стоимости стали своего рода новаторскими.

К 2005 году технологический портфель BEI сделал её привлекательной целью для поглощения. Помимо датчиков скорости, компания также получила широкое признание за разработку беспрецедентно точной системы наведения космического телескопа «Хаббл». Подразделение датчиков и систем управления было выделено в отдельную компанию — BEI Sensors & Systems Co., где Мадни занимает посты генерального директора и главного технического директора.

«Мы не искали покупателя; наш рост идёт очень успешно, и мы рассчитываем на дальнейший рост. Однако несколько компаний проявили интерес к нашему приобретению, и среди них «Шнайдер Электрик» проявляет особенно настойчивость. Они не сдаются, и нам пришлось представить этот сделку совету директоров».

Эта продажа была завершена в середине 2005 года; после краткого переходного периода и ухода с руководящих постов в компании Schneider Electric Мадени официально вышел на пенсию в 2006 году.

Хотя Мадани утверждает, что вышел на пенсию ещё в 2006 году, на самом деле он лишь отошёл от активной работы в промышленности и посвятил себя насыщенной академической деятельности. Он занимал должность почётного профессора в шести университетах, включая Технологический университет Крита, Университет Техаса в Сан-Антонио и Университет Вайкато в Новой Зеландии. В 2011 году он присоединился к кафедре электротехники и компьютерной инженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе в качестве выдающегося учёного и видного внештатного профессора, считая эту кафедру своим «домом». Каждую неделю он возвращается в университетский кампус, чтобы встречаться со своими научными руководителями, которые занимаются вопросами сенсорики, обработки сигналов, искусственного интеллекта в области проектирования сенсоров и сверхширокополосных высокоскоростных приборов. На сегодняшний день Мадани уже подготовил 25 аспирантов.

Седжо К. Лонаппан, бывший студент Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и нынешний главный системный инженер компании SILC Technologies, отмечает, что Мадхани уделял особое внимание влиянию исследований, проводимых его студентами, и требовал от них подготовки исполнительного резюме по каждому проекту — резюме, выходящее за рамки технической составляющей и затрагивающее более широкую картину.

«В научных исследованиях мы нередко легко теряемся в деталях — в тех мелочах, которые производят на исследователя сильное впечатление», — говорит Лонапан. Однако Мадани «придаёт огромное значение тому, какое влияние оказывает наша работа за пределами инженерного и научного сообществ — её практическому применению и тем новым направлениям, которые она открывает».

Профессор и бывший декан факультета электротехники и компьютерных наук Калифорнийского государственного университета в Нортридже С. К. Рамеш также лично стал свидетелем практических действий консультанта Мадени.

«Для него, — сказал Рамеш, — это не просто инженерия. Это — проектирование будущего, демонстрация того, как можно изменить жизнь людей. И он никогда не падает духом перед лицом трудностей».

«У нас есть группа студентов, желающих разработать интерфейс управления с помощью мозга для пользователей инвалидных колясок на основе игровых гарнитур», — сказал Рамеш. «Мы беседовали с одним нейрологом, и он нас высмеял, заявив, что невозможно с помощью гарнитуры мониторить электроэнцефалограмму и сразу же преобразовывать её в команды движения. Однако профессор Мадни считает, что мы всё же должны попытаться решить эту задачу: даже если нам не удастся её полностью решить, в процессе попыток мы обязательно чему‑нибудь научимся».

Профессор Технического университета Крита Янис Филис сказал: «Этот человек обладает обширными знаниями в области инженерии, но его интересы весьма разнообразны. Например, когда мы впервые встретились на Крите, я исполнил сольный танец зейбекико — танец, корнями уходящий в древнюю Грецию. Он не переставал задавать мне вопросы о нём: почему так, почему иначе. Его глубоко интересуют общество, человеческое поведение, окружающая среда и, в широком смысле, само выживание нашей цивилизации».

Мадани занимается инженерным делом и надеется своим трудом оказать влияние на человечество. Он вполне доволен тем, что по крайней мере в некоторых аспектах ему это удалось.

«Космические приложения расширили наше понимание Вселенной, и мне посчастливилось принять в этом участие», — сказал он. «Тот скромный вклад, который я внес в повышение безопасности автомобилей, спас миллионы жизней по всему миру. Моя технология действительно сыграла свою роль в области безопасности. Это моя самая значимая профессиональная достижение».

Факультет приветствует профессора Асада Мадни и с нетерпением ожидает широких возможностей для будущего обмена и сотрудничества с этим выдающимся учёным в области инженерных и прикладных наук, а также с видным международным деятелем в сфере взаимодействия науки, производства и образования.