Badania kosmosu to kolejna branża, która może skorzystać na rozwoju sztucznej inteligencji. Powstające na jej bazie nowe technologie nie tylko zmieniają sposób eksploracji kosmosu, ale też dają nadzieję na zbadanie obszarów, które do tej pory osnute były tajemnicą.
Ogrom możliwości
Początki wykorzystywania sztucznej inteligencji w badaniach kosmosu sięgają lat 80. ubiegłego stulecia, a dziś właściwie trudno wyobrazić sobie większy projekt astronomiczny bez jej udziału. Jak wyjaśnia na łamach serwisu naukowego „Polska w praktyce” dr Adam Zadrożny, astrofizyk z Narodowego Centrum Badań Jądrowych, metody uczenia maszynowego są wykorzystywane do „wykrywania rozbłysków i usuwaniu artefaktów tła w obserwacjach optycznych np. związanych z przelotem samolotu lub asteroidy podczas wykonywania zdjęcia”, czy „ułatwiają rozpoznawanie i klasyfikację obserwowanych obiektów – od pozornie banalnego problemu odróżnienia gwiazd i odległych obiektów pozagalaktycznych, po bardziej wyrafinowane zastosowania do rekonstrukcji ich własności, poszukiwania rzadkich zjawisk, czy też wyszukiwania nieznanych dotąd klas źródeł, np. nieodkrytych wcześniej typów gwiazd”.
Amerykańska NASA ujawniła niedawno, że wykorzystuje sztuczną inteligencję do projektowania unikatowych narzędzi i komponentów na potrzeby prowadzonych przez nią misji. Agencja wskazuje, że choć zaprojektowane przez AI elementy statku kosmicznego czy innego sprzętu mogą wyglądać jak „kości pozostawione przez niektóre gatunki obcych”, to takie konstrukcje są lżejsze i bardziej wytrzymałe. Mogą one też powstawać znacznie szybciej niż w przypadku samodzielnej pracy człowieka, a ich koszt jest mniejszy.
Z kolei naukowcy z Curtin University of Technology w Australii poinformowali niedawno, że sztuczna inteligencja może okazać się pomocna w poszukiwaniu śladów obcych cywilizacji.
Pierwsi w Polsce
W Polsce działa kilkanaście ośrodków naukowych zajmujących się badaniami kosmosu. Wśród nich są między innymi Centrum Badań Kosmicznych PAN, Centrum Astronomiczne Mikołaja Kopernika PAN, Uniwersytet Warszawski, Uniwersytet Jagielloński czy Uniwersytet Wrocławski oraz obserwatoria związane z tymi uczelniami, a także Narodowe Centrum Badań Jądrowych (NCBJ).
Jednym z prekursorów zastosowania sztucznej inteligencji w eksploracji kosmosu w naszym kraju był działający od 2004 r. zespół Pi of the Sky. Tworzą go naukowcy i inżynierzy z Instytutu Problemów Jądrowych im. Andrzeja Sołtana, Instytutu Fizyki Doświadczalnej UW, Instytutu Systemów Elektronicznych Politechniki Warszawskiej, Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej, Centrum Fizyki Teoretycznej PAN i Centrum Badań Kosmicznych PAN. Projekt powstał z inicjatywy prof. Bohdana Paczyńskiego i służył do automatycznej obserwacji nieba w poszukiwaniu rozbłysków optycznych pochodzenia kosmicznego.
Obserwatorium Astronomiczne UW używa sztucznej inteligencji do analizy danych w projekcie OGLE, mającym na celu wykrywanie i obserwację zjawisk mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Prowadzony jest on od 1992 r. pod kierunkiem prof. Andrzeja Udalskiego. Astronomowie z tego ośrodka wykorzystują też sztuczną inteligencję w pracach w ramach misji Gaia, prowadzonej przez Europejską Agencję Kosmiczną. Ich zadania polegają na codziennej analizie danych dostarczanych przez satelitę.
„Projekt Pi of the Sky w pewnym sensie wyprzedzał swój czas. W latach jego realizacji (2004-2017) wykonał dużo ciekawych obserwacji i był drugim, po OGLE, całkowicie polskim projektem, który wykorzystywał analizę Big Data w polskiej astronomii” – czytamy w serwisie „Polska w praktyce”.
Z kolei zespół z Centrum Astronomicznego Mikołaja Kopernika, działającego w ramach PAN, stosuje AI na potrzeby projektu LIGO, czyli projektem bezpośredniej detekcji fal grawitacyjnych, oraz ewolucji gwiazdowych. Ponadto w Centrum Fizyki Teoretycznej PAN trwają prace nad zastosowaniem AI do badań odległych galaktyk.
Specjalna grupa badawcza w NCBJ
Prace nad zastosowaniem sztucznej inteligencji w astrofizyce trwają też w Narodowym Centrum Badań Jądrowych. Od kilku lat rozwijana jest tam specjalna grupa badawcza, która skupia się na tym zagadnieniu.
„NCBJ nie tylko bierze udział w projektach wykorzystujących AI na potrzeby LIGO czy LSST. Inicjuje i współtworzy też własne projekty, często z zagranicznymi partnerami, takie jak poszukiwanie aktywnych jąder galaktyk, prowadzone we współpracy z National Tsing Hua University w Hsinchu (Tajwan)” – wylicza dr Adam Zadrożny, który jest członkiem tego zespołu.
Polacy częścią globalnych projektów
Jednostki z Polski takie jak NCBJ, UW, UJ, UMK, CFT PAN, CAMK PAN zaangażowane są, wraz z kilkudziesięcioma podmiotami ze świata, w gigantyczny, międzynarodowy projekt obserwacyjny Legacy Survey of Space and Time, realizowany w budowanym w Chile Obserwatorium Very Rubin. Naukowcy z, chociażby, Narodowego Centrum Badań Jądrowych przygotowują algorytmy, które wzbogacą zestaw informacji pozyskanych z obserwacji. Obserwacje do przeglądu mają rozpocząć się w 2024 roku i potrwają dziesięć lat.
– Dzięki badaniom LSST spodziewamy się lepiej zrozumieć naturę materii i energii we Wszechświecie i zweryfikować podstawowe prawa fizyki – wyjaśnia prof. Agnieszka Pollo, która kieruje Zakładem Astrofizyki NCBJ i projektem polskiego konsorcjum LSST. – Obserwacje będą też dotyczyć naszej bezpośredniej kosmicznej okolicy – w ramach przeglądu prowadzony będzie monitoring asteroid bliskich Ziemi, co znacząco zwiększy szanse wczesnego wykrycia potencjalnie niebezpieczniej dla nas asteroidy. Od jeszcze bardziej praktycznej strony – dane zebrane przez LSST, bezprecedensowo duże i złożone, będą wymagały rozwinięcia wyrafinowanych metod i algorytmów uczenia maszynowego, które potem zapewne znajdą zastosowanie także i w narzędziach wykorzystywanych w naszym codziennym życiu – wskazuje astrofizyczka.
Polski biznes kosmiczny
Od 2016 roku badaniem i wykorzystaniem sztucznej inteligencji do rozwoju zaawansowanych misji kosmicznych zajmuje się firma KP Labs. Założyła ją grupa inżynierów i naukowców związanych z Politechniką Śląską w Gliwicach. Jak sami piszą o sobie, są „zespołem entuzjastów nowych technologii, którzy nie uważają, że niebo jest granicą”. Ich misją jest „przyspieszanie eksploracji kosmosu poprzez rozwój autonomicznych statków kosmicznych i technologii robotycznej”, a ambicją „stać się europejskim liderem w dostarczaniu systemów autonomicznych do zastosowań kosmicznych”.
Start-up dostarcza podzespoły umożliwiające przetwarzanie danych na orbicie. Stworzyli oni autorską linię produktów Smart Mission Ecosystem (SME), w skład której wchodzi sprzęt, specjalistyczne oprogramowanie i algorytmy sztucznej inteligencji.
Flagowym projektem firmy jest misja Intuition-1. Na niską orbitę okołoziemską ma zostać wyniesiony satelita do obserwacji Ziemi, który dzięki rozwiązaniom z zakresu sztucznej inteligencji i dedykowanemu komputerowi pokładowemu zautomatyzuje i przyspieszy proces pozyskiwania i obróbki zdjęć już na pokładzie. Satelita Intuition-1 ma wyruszyć na orbitę na pokładzie rakiety Falcon 9, w ramach misji SpaceX Elona Muska. Start zaplanowany jest na październik tego roku.
– Przenoszenie algorytmów na pokład satelity, łazika czy landera, musi się wydarzyć, a w zasadzie to już się dzieje. Rozwój tych technologii w kosmosie będzie kluczowy i powszechny. Jako KP Labs staramy się przenieść tę autonomiczność na różnym poziomie abstrakcji w kosmos, żeby móc efektywniej, łatwiej, bezpieczniej i lepiej eksplorować przestrzeń – mówi dr hab. inż. Jakub Nalepa, szef działu AI w KP Labs w rozmowie z serwisem datasciencerobie.pl.
Testy polskiej rakiety
Z kolei firma SpaceForest z Gdyni specjalizuje się w technice mikrofalowej, sztucznej inteligencji, zaawansowanej elektronice oraz w technologiach rakietowych. 21 czerwca tego roku na poligonie w Ustce miała miejsce próba generalna lotu polskiej rakiety suborbitalnej Perun, stworzonej właśnie w tym start-upie. Ma ona służyć do celów naukowych i testów rozwiązań komercyjnych. Kolejne testy zostaną przeprowadzone prawdopodobnie jesienią.
W maju tego roku spółka Scanway S.A. z Wrocławia, która rozwija i wdraża inteligentne instrumenty optyczne dla małych satelitów, nawiązała współpracę ze znaną z rozwiązań w zakresie sztucznej inteligencji australijską firmą AICRAFT. Oba podmioty będą współpracować przy tworzeniu inteligentnego teleskopu do obserwacji Ziemi z kosmosu, który będzie wyposażony w algorytmy AI.
Nauka to polska specjalność
Wielkie postacie polskiej nauki
Przeczytaj inne artykuły poświęcone polskiej nauce
Projekt współfinansowany ze środków Ministerstwa Edukacji i Nauki w ramach programu „Społeczna Odpowiedzialność Nauki”