Как НАСА использует технологии искусственного интеллекта на Земле и в космосе

Дэвид Сальваньини, главный специалист по искусственному интеллекту НАСА рассказал о том, как технологии ИИ определяют траекторию работы НАСА.

На протяжении десятилетий НАСА использует технологии искусственного интеллекта (ИИ) для поддержки и оптимизации работы всего агентства, как на Земле, так и в космосе. NASA использует ИИ для планирования и составления графика полетов планетарных марсоходов, анализа спутниковых данных, диагностики и обнаружения аномалий, разработки автономных систем и многого другого.

Некоторые из инструментов ИИ, используемых в NASA, связаны с машинным обучением, которое использует данные и алгоритмы для обучения компьютеров классификации, составлению прогнозов и выявлению сходства или тенденций в больших массивах данных. Использование инструментов искусственного интеллекта имеет ряд преимуществ для работы NASA, включая оптимизацию процесса принятия решений, экономию ресурсов и повышение эффективности работы персонала.

Какую роль играют технологии ИИ в работе НАСА

NASA принимает активное участие в использовании искусственного интеллекта и машинного обучения по нескольким направлениям, особенно для более традиционных целей. В основном эти технологии используются в нашей научной работе для помощи в обнаружении объектов в нашей Солнечной системе или в далеких солнечных системах. Одним из примеров является функция под названием ExoMiner, которая использует ИИ, обученный машинным обучением, для идентификации экзопланет и даже планет и далеких солнечных систем. Интересно, что для этого использовались данные, собранные еще 15 лет назад, и с помощью моделей ИИ удалось выявить объекты, которые ранее не были обнаружены.

Еще одна область, в которой широко используются технологии ИИ, — это автономность. Например, марсоход Mars Perseverance Rover должен безопасно перемещаться по поверхности Марса, избегая препятствий и опасностей, и при этом учитывать потенциальный риск задержки связи между Марсом и Землей. Как и в автономных автомобилях, представленных сегодня на рынке, бортовая система искусственного интеллекта помогает марсоходу обрабатывать окружающую среду и принимать решения о том, как ему следует маневрировать. Автономный характер системы устраняет проблему задержки распространения информации, если бы марсоходу пришлось связываться с контроллером на Земле. Эта технология была тщательно протестирована в рамках процесса системного проектирования в НАСА, что позволило снизить риск использования ИИ в данном случае.

В сотрудничестве с IBM мы недавно выпустили базовую модель ИИ Prithvi-weather-climate для различных случаев использования в области погоды и климата. Модель предлагает гибкий и масштабируемый способ решения множества задач, связанных с краткосрочным прогнозированием погоды и долгосрочным прогнозированием климата. Данные, полученные в результате работы модели, публикуются в открытом доступе, поэтому любой желающий может получить к ним доступ и использовать их. В такой работе много рецензий и сотрудничества.

Использование ИИ в космосе очень эксклюзивно. В случае традиционного ИИ, который может использовать компания, крупномасштабный вычислительный бэкэнд, например облачный провайдер, является движком для обработки большей части этой работы. В космосе у нас нет доступа к облачной платформе. Когда мы задумываемся о будущем ИИ и о том, как мы сможем обеспечить ИИ в космических системах, работающих в экстремальных условиях, мы должны учитывать несколько различных факторов. К ним относятся сама экстремальная среда, радиация, которой подвергается электроника, бюджет на электроэнергию и ограничения на вычисления. В отличие от Земли, для космических аппаратов не так просто купить больше энергии — здесь в почете жесткий бюджет и ограничения по весу. В том, как NASA будет использовать ИИ, особенно для поддержки космических миссий, есть много уникальных элементов, которые создают для нас особенно сложные задачи. Однако НАСА имеет богатый опыт преодоления подобных проблем.

Потенциал ИИ для будущих миссий НАСА

Одна из областей, в которой ИИ будет играть ключевую роль, — это помощь в создании более адаптивных и автономных устройств. Например, сегодня в самолетах общего назначения есть экипаж, но есть и системы автопилотирования, которые управляют самолетом на протяжении большей части полета. Эта технология очень детерминирована — если скорость меняется, то меняется и управление. Аналогичным образом НАСА в настоящее время работает над тем, 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 автономной системе. Автономная система может гораздо надежнее реагировать на набор условий, которые являются более динамичными.

Орбитальный мусор является огромной проблемой для НАСА и вызывает все большую озабоченность, поскольку космическая активность продолжает расти быстрыми темпами. Недавно мы выпустили Стратегию космической устойчивости для измерения и оценки космической устойчивости для Земли, околоземной орбиты, цислунарного пространства и дальнего космоса. ИИ будет играть важную роль не только в обнаружении орбитального мусора, но и в некоторых действиях, которые могут быть предприняты системами для его устранения.

Также ИИ используется в адаптивных системах связи. Мы часто думаем о том, что связь, например телефон, является однорежимной. Однако космическая среда представляет собой гораздо более сложную задачу, где для осуществления вызова используется множество сетей связи. ИИ можно использовать для понимания условий в конкретный момент времени, а затем выбрать оптимальный путь связи, исходя из условий и требований к своевременности отправки данных. ИИ будет играть большую роль в оптимизации коммуникаций и повышении их надежности.

Мы также увидим, как модели ИИ взаимодействуют с другими моделями ИИ. Отдельные модели ИИ с раздельным пониманием различных параметров могут взаимодействовать друг с другом, чтобы повысить осведомленность о таких факторах, как, например, наш климат. Потенциал такого взаимодействия не может не радовать.

В области ИИ НАСА будет заниматься и более личными и повседневными делами. Например, НАСА изучает способы, с помощью которых ИИ может помочь сотрудникам, начиная от разработки изображений и заканчивая обобщением записей с совещания. Важно рассматривать ИИ не как угрозу, которая заменит работу людей, а как инструмент, который сделает нашу работу проще и эффективнее.

Примеры проектов, ориентированных на технологии ИИ

Климатическая модель Prithvi — отличный пример.

Другой пример — использование ИИ для проектирования структурных компонентов. ИИ позволяет создавать гораздо более плавные и нелинейные конструкции, чем те, которые создаются человеком. ИИ также может создать компонент гораздо быстрее, чем человек, и при этом добиться равных или лучших результатов, чем сгенерированная человеком версия, когда компонент проходит стресс-тест.

Марсоход Mars Perseverance и марсианский вертолет Ingenuity, совершивший полет на поверхность Марса, — вот основные примеры того, как адаптивный бортовой ИИ помогает в наших исследованиях. Кроме того, мы рассматриваем и более долгосрочные полеты человека в космос — за пределы Луны. Например, мы разрабатываем технологию, предназначенную для решения экстренных медицинских проблем экипажа. Как правило, астронавты не являются врачами, и в случае таких факторов, как отключение связи, они не смогут обратиться за помощью к специалистам на Земле. Важно, чтобы они были готовы справиться с чрезвычайной ситуацией в режиме реального времени. Мы работаем над тем, чтобы предоставить экипажу возможность искусственного интеллекта, который поможет быстро диагностировать медицинские состояния и предложить возможные меры лечения.

Проблемы при внедрении технологий ИИ и их решение

Существует проблема электроники, например, в космических системах, работающих в экстремальных условиях и подвергающихся воздействию радиации. Кроме того, существуют ограничения по энергопотреблению и весу. Это огромные проблемы, о которых не задумываются те, кто работает с ИИ на Земле. Кроме того, возникает дополнительная проблема, связанная с необходимостью брать вычисления с собой — вы не можете просто обратиться к облаку, чтобы оно помогло обработать большую кучу данных. Космос создает совершенно другой, уникальный набор проблем.

Вокруг внедрения ИИ существует много страхов. И это справедливо: людей волнуют такие вопросы, как этичное и ответственное использование, конфиденциальность и прозрачность. Нам потребуется время, чтобы свыкнуться с этой технологией и тем потенциалом, который она несет. К счастью, в отличие от других федеральных агентств, NASA не занимается предоставлением государственных услуг, например, обработкой заявок на получение медицинских пособий. У таких агентств гораздо больше работы в плане решения проблем, связанных с ответственностью, конфиденциальностью и этичностью использования.

Существуют и культурные трудности. Как и любой другой организации, нам приходится решать вопросы повышения квалификации и переквалификации персонала. Некоторые люди стремятся на полной скорости погрузиться в ИИ, в то время как другие относятся к этому довольно сдержанно. В каждой организации есть скептики, которые с опаской относятся к новым вещам и пока не чувствуют себя в них комфортно. Если бы я не учитывал это как проблему, я был бы неправ. Мы должны встретить людей там, где они находятся, а затем помочь им научиться эффективно использовать эти инструменты, понять, какой инструмент лучше всего подходит для тех или иных нужд, и помочь им использовать инструменты ответственно. Потребуется время, чтобы все работники были готовы полностью принять все, что предлагает ИИ. Однако я должен подчеркнуть, что культура в NASA очень новаторская. Когда люди в NASA видят возможность, которую открывает использование технологий, они часто стремятся ее использовать. Хотя внедрение любой новой технологии сопряжено с риском, NASA достаточно эффективно управляет им. NASA будет балансировать между инновациями и разумным управлением рисками по мере того, как мы будем принимать и внедрять все больше и больше ИИ, особенно если дополним весь персонал инструментами генеративного ИИ.

Ранее в НАСА давали такой проноза на 2025 год.

22.01.2025