Как НАСА использует технологии искусственного интеллекта на Земле и в космосе

Дэвид Сальваньини, главный специалист по искусственному интеллекту в НАСА, поговорил с редактором Innovation Platform Джорджи Перселлом, чтобы обсудить, как технологии искусственного интеллекта формируют траекторию работы НАСА.

На протяжении десятилетий НАСА использовало технологию искусственного интеллекта (ИИ) для поддержки и оптимизации своей работы в рамках агентства, как на Земле, так и в космосе. НАСА использует искусственный интеллект для планирования полетов планетоходов, анализа спутниковых данных, диагностики и обнаружения аномалий, разработки автономных систем и многого другого.

Некоторые из инструментов искусственного интеллекта, используемых в НАСА, включают машинное обучение, которое использует данные и алгоритмы для обучения компьютеров составлению классификаций, формулированию прогнозов и выявлению сходств или тенденций в больших наборах данных. Использование инструментов искусственного интеллекта имеет ряд существенных преимуществ для работы НАСА, включая оптимизацию процесса принятия решений, экономию ресурсов и повышение эффективности работы персонала.

Чтобы узнать больше о деятельности НАСА в области искусственного интеллекта и о том, какое будущее ожидает такие технологии в агентстве, Джорджи Перселл поговорил с Дэвидом Сальваньини, главным специалистом по искусственному интеллекту в НАСА.

Какую роль технологии искусственного интеллекта играют в работе НАСА?

НАСА активно использует искусственный интеллект и машинное обучение в различных областях, особенно в более традиционных целях. В основном эти технологии используются в нашей научной работе для оказания помощи в обнаружении объектов в нашей Солнечной системе или отдаленных солнечных системах. Одним из примеров является функция под названием ExoMiner, которая использует искусственный интеллект, обученный машинному обучению, для идентификации экзопланет и даже планет и отдаленных солнечных систем. Интересно, что при этом использовались данные, собранные еще 15 лет назад, и с помощью моделей искусственного интеллекта удалось идентифицировать объекты, которые ранее не были обнаружены.

Еще одной областью, где широко используются технологии искусственного интеллекта, является автономность. Например, марсоход Mars Perseverance должен безопасно перемещаться по поверхности Марса и избегать препятствий или опасностей, одновременно сталкиваясь с потенциальным риском задержки связи между Марсом и Землей. Как и в случае с автономными транспортными средствами, представленными сегодня на рынке, бортовая система искусственного интеллекта помогает марсоходу анализировать окружающую среду и принимать решения о том, как транспортное средство должно маневрировать. Автономный характер системы устраняет проблему задержки передачи данных, если марсоходу приходилось связываться с контроллером на Земле. Эта технология была тщательно протестирована в рамках процесса разработки систем здесь, в НАСА, что позволило снизить вероятность использования искусственного интеллекта в данном случае.

В сотрудничестве с IBM мы недавно выпустили базовую модель AI Prithvi-weather-climate для различных вариантов использования в области погоды и климата. Эта модель предлагает гибкий и масштабируемый способ решения множества задач, связанных с краткосрочными прогнозами погоды и долгосрочным прогнозированием климата. Полученные на основе модели данные публикуются открыто, так что любой желающий может получить к ним доступ и использовать их. При проведении такого рода работ требуется много экспертной оценки и сотрудничества.

Использование ИИ в космосе носит эксклюзивный характер. В отличие от традиционного ИИ, который может использовать компания, большую часть этой работы выполняет крупномасштабный вычислительный сервер, такой как облачный провайдер. В космосе у нас нет доступа к облачной платформе. Когда мы думаем о будущем ИИ и о том, как мы можем продолжать использовать ИИ в космических системах, работающих в экстремальных условиях, мы должны учитывать несколько различных факторов. К таким факторам относятся сами экстремальные условия, излучение, которому подвергается электроника, расход энергии и вычислительные ограничения. В отличие от нас, на Земле, когда речь заходит о космическом транспортном средстве, это не так просто, как увеличить мощность — необходимо учитывать ограниченный бюджет и весовые ограничения. В том, как НАСА будет использовать ИИ, есть много уникальных элементов, особенно для поддержки космических миссий, которые создают для нас особенно сложные задачи. Однако у НАСА долгая история преодоления подобных проблем.

Каким потенциалом обладает ИИ для будущих миссий НАСА?

Одна из областей, где искусственный интеллект будет играть ключевую роль, — это помощь в повышении адаптивности и автономности. Например, в современных самолетах есть экипаж, но есть также системы автопилота, которые управляют самолетом на протяжении большей части полета. Эта технология очень детерминирована – если скорость изменится, в систему управления будут внесены изменения. Аналогичным образом, НАСА в настоящее время проводит работу, чтобы иметь возможность более динамично адаптироваться к различным условиям – будь то на орбите или на поверхности. Мы работаем над тем, чтобы получить гораздо более высокую степень ситуационной осведомленности об окружающей среде, которая затем может быть передана в автономную систему. Автономная система может гораздо надежнее реагировать на набор более динамичных условий.

© shutterstock/Сергей Нивенс

Орбитальный мусор является огромной проблемой для НАСА и вызывает все большее беспокойство, поскольку космическая активность продолжает расти быстрыми темпами. Недавно мы опубликовали Стратегию устойчивого использования космического пространства для измерения и оценки устойчивости Земли, околоземной орбиты, окололунного пространства и дальнего космоса. ИИ будет играть важную роль в этом, не только для обнаружения орбитального мусора, но и в некоторых действиях, которые могут быть предприняты системами для устранения последствий.

ИИ также используется в адаптивных системах связи. Мы часто думаем о связи, подобной телефонной, как об одном режиме. Однако космическая среда предъявляет гораздо более сложные требования, когда для совершения вызова используется несколько сетей связи. Искусственный интеллект может быть использован для понимания условий в определенный момент времени и последующего выбора оптимального пути связи на основе условий и требований к своевременности передачи данных. ИИ будет играть большую роль в оптимизации коммуникаций и повышении надежности связи.

Мы также увидим, как модели ИИ будут взаимодействовать с другими моделями ИИ. Отдельные модели ИИ с разным пониманием различных параметров могут взаимодействовать друг с другом, чтобы повысить осведомленность о таких факторах, как, например, наш климат. Там царит большой ажиотаж вокруг открывающегося потенциала.

В области ИИ НАСА также планирует заняться множеством более личных и повседневных задач. Например, НАСА изучает способы, с помощью которых ИИ может помочь своим сотрудникам, — от создания изображений до составления кратких заметок по итогам совещания. Важно рассматривать ИИ не как угрозу, которая заменит труд людей, а как инструмент, позволяющий сделать нашу работу проще и эффективнее.

Можете ли вы привести несколько недавних примеров проектов, основанных на технологиях ИИ?

Климатическая модель Притхви, о которой я упоминал ранее, является отличным примером.

Другим примером является использование ИИ для проектирования конструктивных элементов. ИИ позволяет создавать гораздо более гибкие и нелинейные конструкции, чем те, которые создаются людьми. ИИ также может создавать компоненты намного быстрее, чем люди, но при этом достигать таких же или лучших результатов, чем созданная человеком версия, когда компонент проходит стресс-тестирование.

Марсоход Mars Perseverance и вертолет Ingenuity Mars, совершившие полет на поверхности Марса, являются ключевыми примерами того, как адаптивный бортовой ИИ помогает в наших исследованиях. Кроме того, мы также рассматриваем возможность долгосрочного полета человека в космос — за пределы Луны. Например, мы разрабатываем технологию, предназначенную для оказания медицинской помощи в чрезвычайных ситуациях. Как правило, астронавты не являются врачами, и в случае таких факторов, как отключение связи, они могут оказаться не в состоянии обратиться за помощью к специалисту на Земле. Важно, чтобы они были оснащены всем необходимым для оказания экстренной помощи в режиме реального времени. Мы работаем над тем, чтобы снабдить экипаж средствами искусственного интеллекта, которые помогут быстро диагностировать медицинские состояния и предлагать возможные меры по лечению.

С какими проблемами вы столкнулись при внедрении технологий искусственного интеллекта и как они решаются?

Как я упоминал ранее, существует проблема с электроникой, например, в космической системе, работающей в экстремальных условиях и подверженной воздействию радиации. Также существуют ограничения по энергопотреблению и весу. Это огромные проблемы, о которых тем из нас, кто работает с ИИ на Земле, не приходится задумываться. Существует также дополнительная проблема, связанная с необходимостью носить эти вычисления с собой – вы не можете просто обратиться к облаку, чтобы помочь обработать большой объем данных. Космос порождает совершенно другой, уникальный набор проблем.

Внедрение искусственного интеллекта вызывает много опасений. И это справедливо, люди обеспокоены такими вещами, как этичное и ответственное использование, конфиденциальность и прозрачность. Нам потребуется время, чтобы освоиться с технологией и ее потенциалом. К счастью, в отличие от других федеральных агентств, НАСА не занимается предоставлением государственных услуг, таких как обработка заявок на получение медицинских пособий. У таких агентств гораздо больше работы с точки зрения решения проблем ответственного, конфиденциального и этичного использования.

Существуют также культурные трудности. Как и в любой организации, мы должны заниматься повышением квалификации персонала. Некоторые люди стремятся внедрить ИИ на полной скорости, в то время как другие относятся к этому довольно сдержанно. В каждой организации есть скептики, которые немного встревожены новыми вещами и еще не привыкли к ним. Если бы я не рассматривал это как вызов, я был бы небрежен. Мы должны встречаться с людьми там, где они находятся, а затем помогать им быть подготовленными к эффективному использованию этих инструментов, знать, какой инструмент лучше всего подходит для тех или иных нужд, и помогать им использовать эти инструменты ответственно. Потребуется время, чтобы весь персонал был готов в полной мере использовать все, что предлагает искусственный интеллект. Однако я должен подчеркнуть, что культура NASA является новаторской. Когда сотрудники НАСА видят возможность, открывающуюся благодаря использованию технологии, они часто стремятся ею воспользоваться. Хотя внедрение любой новой технологии сопряжено с риском, НАСА довольно эффективно справляется с управлением рисками. НАСА будет сочетать инновации с разумным управлением рисками по мере того, как мы будем внедрять все больше и больше ИИ, особенно при оснащении всего персонала инструментами искусственного интеллекта.

Пожалуйста, обратите внимание, что эта статья также появится в 20-м выпуске нашей ежеквартальной публикации.