K Jupiteru a dál: Umělá inteligence posouvá hranice průzkumu vesmíru

Od doby, kdy před více než padesáti lety vstoupil první člověk na Měsíc, zaznamenalo lidstvo neuvěřitelný technologický pokrok. Stačí se podívat na chytré telefony, které používáme každý den: z hlediska složitosti totiž už zdaleka předčily počítače na palubě lunárního modulu Apollo Eagle, který bezpečně dopravil Neila Armstronga a Buzze Aldrina na Měsíc a zpět.

Umělá inteligence a strojové učení mají slibný potenciál tento pokrok ještě urychlit, i co se týče průzkumu kosmu. V listopadu minulého roku se multidisciplinární panel odborníků AI & Space, který pořádaly iniciativy prg.ai a Startup Disrupt, zaměřil na širokou škálu témat na pomezí umělé inteligence a vesmíru. Diskutovalo se o takových otázkách, jako je zpracování dat, satelitní zobrazování, plánování misí nebo význam celosvětové diskuze o budoucnosti správy vesmírného prostoru.

Na virtuální konferenci se pak řečníci shodli na jednom: lidstvo se musí zaměřit na kvalitní vzdělávání, protože jen tak budeme moci plně využít příležitostí, které umělá inteligence a mnohé další technologie nabízejí.

Ať počítají stroje

ALMA neboli Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) je nejmodernější teleskop na Zemi. Stojí v poušti Atacama na severu Chile a slouží ke studiu nejchladnějších a nejstarších objektů ve vesmíru. Denně produkuje jeden terabajt vědeckých dat pocházejících z nejkataklyzmatičtějších událostí ve vesmíru, čímž přispívá k našim znalostem o samotném vzniku života.

Tyto informace jsou cenné, ale ne vždy dobře uchopitelné – problémem je jak obrovské množství dat, která z vesmíru získáváme, tak fakt, že data jsou v kosmické fyzice často takzvaně hluchá, jedná se tedy pouze o jakýsi šum. „Zdaleka ne všechny jevy se ve vesmíru dějí pořád. Výzkumníci se potřebují věnovat zkoumání jednotlivých fyzikálních jevů a probírat se daty manuálně znamená velké zdržení. Díky umělé inteligenci můžeme tuto únavnou činnost automatizovat,“ vysvětlil Jan Lukačevič, který pracuje jako kosmický inženýr v Akademii věd ČR.

Třídění velkého množství dat a jejich smysluplné zpracování je oblastí, kde mají umělá inteligence a datová věda obrovské pole působnosti, poznamenal během diskuse datový analytik z ALMA Ignacio Toledo. „Další oblastí, v níž se mnoho vědců domnívá, že datová věda bude pro astronomii přínosná, je objevování nových vědeckých poznatků. Objev gravitačních zákonů vyžadoval určitou úroveň lidské abstrakce, nešlo o pouhou korelaci dat. Ale když teď máme tolik informací, co by se stalo, kdybychom je nechali zpracovat neuronovou sítí hlubokého učení? Objevili bychom nové fyzikální zákony?“ dodal Toledo.  

Od hodnocení rizik k autonomní navigaci

Dalším důležitým a zároveň velmi složitým aspektem průzkumu vesmíru je plánování misí. Jako příklad lze uvést misi sondy Solar Orbiter – její plánování bylo zahájeno v roce 1998, sonda se však do vesmíru podívala až v únoru 2020. „Ve většině případů mají týmy plánující mise pouze jednu šanci. Kosmické technologie vyžadují dvojí kontrolu a vše musí být mimořádně spolehlivé,“ vysvětlil Jan Lukačevič během debaty. 

Jak zde vstupuje do hry umělá inteligence? Algoritmy strojového učení jsou schopny vypočítat trajektorie, naplánovat trasy, navrhnout optimální harmonogramy a zároveň vyhodnotit rizika spojená s operací. Umělá inteligence může pomoci také s předvídáním vývoje počasí při plánování bezpečných startovacích oken. Automatizace těchto procesů nejenže výrazně redukuje plýtvání s lidskými zdroji, ale také zkracuje dobu potřebnou k naplánování kosmických letů.

Například vozítko Perseverance, které se od února letošního roku pohybuje po povrchu Marsu, se při plánování a rozvrhování misí spoléhalo na řadu technologií založených na umělé inteligenci, a to i při nasazování nadzvukového padáku, který se během přistávací fáze rozvinul autonomně. 

AI se využívá také při navigaci roveru na povrchu Rudé planety. Perseverance sice denně dostává pokyny, kterým směrem se má vydat, dvě navigační kamery a šest kamer pro detekci nebezpečí mu ale umožňují rozpoznat překážky a rizikové cesty a vyhnout se jim, aniž by se muselo zastavit a počkat na další pokyny.

Ochrana země i oblohy

Vraťme se však na chvíli na Zem. Monitorování naší planety z vesmíru pomocí satelitů není žádnou novinkou – první z nich byl do kosmu vypuštěn Sovětským svazem v roce 1957. Od té doby však satelity našly mnohem širší uplatnění jak ve veřejné, tak soukromé sféře, a to například v oblasti ochrany přírody sledováním změn na zemském povrchu, jako je výskyt zvířecích druhů, požárů nebo mořského pokryvu.

Umělá inteligence nám pomáhá využívat tyto procesy efektivněji a s větší přesností mimo jiné tím, že třídí velké množství nadbytečných dat shromážděných družicemi. „Pokud by americká Národní geoprostorová zpravodajská agentura měla po dobu příštích dvaceti let ručně zpracovávat všechna družicová data, musela by přijmout osm milionů analytiků,“ řekl při diskuzi Jakub Brož, který je ve společnosti SpaceKnow zodpovědný za řízení produktů a programů.

Kromě toho může umělá inteligence zlepšit proces výroby družic, prodloužit životnost misí a baterií a pomoci při prevenci srážek družic. Vesmírný prostor je stále přeplněnější a hluboké učení představuje příležitost, jak minimalizovat rizika spojená se znečišťováním oběžné dráhy Země. 

Na vzestupné trajektorii

Aplikací umělé inteligence pro výzkum vesmíru existuje nespočet a teprve začínáme odhalovat jejich potenciál. Na panelu AI & Space se ovšem hovořilo nejen o zajímavých praktických využití této technologie, ale také o politických otázkách v rámci průzkumu kosmu.

„O umělé inteligenci nehovoříme v globálním měřítku,“ zdůraznil například Petr Boháček, odborník na transatlantické vztahy, správu vesmíru a politiku. „Žádné globální instituce nepodporují a nesjednocují výzkumné a politické úsilí. Na celosvětové otázky, jako je výzkum vesmíru, se stále pohlíží především skrze paradigma národních států.“

„Pokud budeme chtít za pár set let cestovat až k Jupiteru a dál, umělá inteligence bude klíčová pro to, abychom jako biologické organismy takovou cestu přežili.“

– Tomáš Mikolov, CIIRC ČVUT

Klíčem k řešení tohoto problému by mohla být účinná komunikace vědy vůči veřejnosti se zapojením vědců, výzkumníků a inženýrů, dodal spoluzakladatel X-Challenge Miky Škoda a programový ředitel Hvězdárny a planetária Brno Josef Forman. Oba si sice pochvalovali kvalitu technického vzdělávání v Česku, do budoucna však bude klíčové poskytovat veřejnosti přístupné a snadno stravitelné informace. „Jen tak budeme moci čelit narůstajícím dezinformacím a lidem zpřístupnit témata týkající se kosmu,“ prohlásil Škoda.

Nebyla by to ale diskuse o umělé inteligenci a vesmíru, kdyby se nedostalo na vědecko-fantastické náměty. „Pokud budeme chtít za pár set let cestovat až k Jupiteru a dál, umělá inteligence bude klíčová pro to, abychom jako biologické organismy takovou cestu přežili,“ prorokoval Tomáš Mikolov, vedoucí výzkumný pracovník AI na CIIRC při ČVUT.

Záznam celé panelové diskuze AI & Space najdete YouTube.