Начать, наверное, следует с изучения потребностей и оценки существующих решений. То есть, что нужно делать, и каким образом это делается сейчас. А то, может, проблемы не существует
Поскольку очевидно, что какие-то решения уже имеются, нужно уже детальнее изучать, как они реализованы, и можно ли всё это сделать эффективнее (предложив новый принцип или улучшения в имеющихся решениях). А уже только потом переходить от концепта к реализации прототипов. ИМХО, разумеется.
ЗЫ. Вообще, задача как-то странно поставлена, "разработка И исследование" - для разработки всё равно требуется исследование