Леонардо да Винчи считал: «Человек, преодолевающий сопротивление воздуха с помощью больших искусственных крыльев, может подняться в воздух». Чтобы начертить эскиз орнитоптера – футуристического летающего аппарата, гений эпохи Возрождения изучал анатомию птиц и летучих мышей, науку о ветре. Сегодня у самолета и искусственные крылья, и сердце, и интеллект... Глубокие нейросети, появившиеся чуть более 10 лет назад, открыли новую эру технологий. Дальнейшее их развитие, по мнению экспертов, серьезно изменит авиацию – военную и гражданскую, пилотируемую и беспилотную.
Синтезированное видение, лайнер, спроектированный с помощью генеративного дизайна, виртуальный второй пилот, а может быть, не второй, а единственный... Кто будет и что будет на борту самолета – этот вопрос мы задали Юрию Визильтеру, директору по направлению – руководителю научного комплекса «Искусственный интеллект и техническое зрение» Государственного научно-исследовательского института авиационных систем (ГосНИИАС).
Юрий Визильтер, доктор физико-математических наук, директор по направлению – руководитель научного комплекса «Искусственный интеллект и техническое зрение» ГосНИИАС, научный директор Института искусственного интеллекта МФТИ
– Юрий Валентинович, как давно вы занимаетесь нейросетями?
– Сложно сказать, потому что было несколько волн. К примеру, когда я еще учился в институте, в составе вузовской команды принимал участие в нейросетевой олимпиаде. Тогда казалось, что будущее наступит прямо сейчас, и мы сможем решать все задачи с помощью нейросетей. В 1990-х годах нейросети не победили другие методы, а мы ведь инженеры, решаем прикладные задачи, поэтому занимаемся тем, что работает – лучшими методами. В машинном обучении на рубеже веков, например, лучше работали метод опорных векторов, «случайные леса» и др. Но в 2011 году появились сверточные нейронные сети, и через год-два стало ясно, что теперь они выигрывают. Где-то в 2013-2014-ом мы уже начали активно заниматься именно нейросетями. А до этого были другие методы компьютерного зрения, машинного обучения и искусственного интеллекта (ИИ), которые мы развивали и использовали.
– Давайте поговорим о технологиях ИИ, в частности, о глубоких нейросетях в авиации. Что сегодня применяется, а что, скажем так, на подходе? Вопрос, конечно, очень общий…
– Авиация – это широкое понятие: она бывает гражданская, военная, беспилотная… Есть собственно авиация, а есть бортовая авионика, наземные системы, авиационные полезные нагрузки и средства поражения – в общем, много аспектов. И везде, так или иначе, ИИ может применяться или уже применяется. В военной сфере технологии ИИ используются достаточно активно. Средства поражения, беспилотные летательные аппараты (БПЛА), в первую очередь, здесь речь идет о техническом зрении. В прессе об этом сегодня достаточно много пишут. В пилотируемой авиации – меньше, но тоже применяются, за рубежом – точно. Есть различные системы помощи пилоту, в том числе при посадке. Активно создаются и внедряются различного вида интеллектуальные системы помощи экипажу, практически на всех серийных самолетах они используются. И в этом смысле ИИ давно присутствует на борту, так как авиация – достаточно автоматизированная сфера. Если говорить про всплеск интереса к ИИ в последние лет 10-12, то всем хочется услышать, конечно, о нейросетевых системах, в последние годы – о больших языковых моделях типа тех, что используются в ChatGPT. И здесь есть одна важная проблема, которая мешает быстрому внедрению нейросетей в гражданской авиации, – это проблема доверия. Так как речь идет о безопасности полетов, людей, должен быть обеспечен критический уровень доверия. Разместить нейросетевые системы на борту там, где это связано с принятием решений, – очень долгий процесс. Он требует соответствующих изменений в существующих стандартах, нормах. В мире этот процесс идет, но идет медленно и осторожно. Думаю, это вполне оправдано. Поэтому в явном виде нейросетевые системы состоялись пока именно в техническом зрении – так как требования сделать объяснимой работу ИИ в задачах зрения, в принципе нет. Человек же не осознает и логически не контролирует, как он видит. Это хорошо иллюстрируют, например, зрительные иллюзии. Таким образом, именно в системы технического зрения нейросети практически везде уже внедрены и продолжают совершенствоваться. Такие нейросетевые элементы сегодня присутствуют в зарубежных системах гражданского и военного назначения, в средствах поражения и в беспилотной технике. Соответственно, и у нас эти направления развиваются. Также активно развиваются нейросетевые технологии и системы предиктивной диагностики, используемые для сопровождения авиационных изделий на этапе эксплуатации. Оценка и предсказание состояния технических систем по результатам постоянного контроля и измерения некоторого набора их параметров – задача во многом статистическая, основанная на анализе больших данных, и поэтому также не требующая каких-либо верифицированных рассуждений.
– А какая ситуация с системами принятия решений?
– Научный задел большой, проведена технологическая подготовка. Она есть и за рубежом, и у нас – мы ведем очень интересные работы в этом направлении. Но пока не будут определены необходимые регламенты, финального внедрения на гражданский борт систем, основанных на машинном обучении, там, где это связано с принятием решения, наверное, быть не может.
Кто Что в кабине?
– О каких системах принятия решений идет речь?
– В ГосНИИАС ведется большой цикл работ по интеллектуализации борта гражданской авиации, выполняемых по заказу НИЦ им. Н. Е. Жуковского. Вот, например, проект сверхзвукового гражданского самолета. Планируется, что у него будет «темная кабина», то есть, кабина без остекления. Это как раз можно сделать, используя техническое зрение и синтезированное видение. Мы много лет развиваем это направление: улучшенное, синтезированное, комбинированное видение. Внутри кабины без остекления обстановку летчику необходимо передать за счет мониторов и других средств визуализации. В основном мы говорим о таких этапах, как взлет и посадка. В этой части применяются технологии ИИ. Также создаются виртуальные помощники – интеллектуальные системы, которые должны помогать в различных, в основном нештатных режимах возможного функционирования. Работы здесь идут по разным направлениям. В перспективной гражданской авиации речь идет, прежде всего, об одночленном экипаже. Вместе с коллегами мы активно работаем над созданием «виртуального» второго пилота. Рассматривается и возможность создания «виртуального» первого пилота. Беспилотные пассажирские самолеты – это дело очень далекого будущего, поскольку в мире пока к ним никто не готов. Тем не менее, в научном плане мы проводим и такие исследования.
– Каким образом виртуальный пилот может выполнять функции второго члена экипажа?
– На сегодня второй пилот в значительной степени подстраховывает командира экипажа. У него есть ряд собственных вспомогательных и контрольных функций, но в основном он все-таки занимается подстраховкой, заменой в различных ситуациях. В штатном режиме самолеты и так достаточно сильно автоматизированы. Поэтому мы говорим все-таки о критических этапах: заход на посадку, посадка, маневрирование, перестроение, связанное с погодными условиями, с необходимостью изменения маршрута, внештатные ситуации, в том числе отказы. В этих случаях виртуальный второй пилот должен максимально поддержать работу первого пилота. Но принятие решения пока все равно за человеком.
Фото: ГосНИИАС
Фото: ГосНИИАС
Информация от датчиков
нескольких диапазонов — видимый
диапазон (0,4–0,9 мкм), ближний
инфракрасный диапазон (0,9–1,7 мкм),
дальний инфракрасный диапазон
(8–14 мкм) — и многоспектральное
комплексированное изображение
Маршрут построен
– Вернемся к техническому зрению, какие используются нейросетевые алгоритмы?
– В системах улучшенного видения есть несколько задач, где можно подключать нейросети. Первая задача – объединить информацию от датчиков нескольких диапазонов. Допустим, у нас есть три диапазона: ТВ, инфракрасный ближний (БЛИК) и ИК дальний. Это три разные картинки. В ИК-изображениях часто бывают перевернутые контрасты. То есть, например, человек ожидает увидеть асфальтовую дорогу – темную, а заснеженную обочину – светлую (как в ТВ), но в ИК получается наоборот – дорога нагрелась, она светлая, а вокруг все темное. Информацию от трех источников нужно совместить так, чтобы для человека изображение было максимально комфортным и информативным, чтобы он увидел все важное. Это задача комплексирования изображений. Она может решаться и без нейросетей, но сейчас лучшими являются нейросетевые решения. Вторая задача – комбинированное видение, когда улучшенное реальное изображение дополняется синтезированной графикой, в том числе, по результатам автоматического анализа наблюдаемой сцены. Здесь может быть реализовано автоматическое обнаружение элементов взлетно-посадочной полосы и возможных препятствий, распознавание наблюдаемых объектов в зоне посадки, на этапе руления.
– Что-то вроде автоматической парковки?
– Да, напоминает системы помощи водителю в современных автомобилях. В нашем институте разрабатывается функция «автоматического руления». При этом мы обнаруживаем саму полосу, контролируем положение самолета относительно полосы, определяем конец, маркировку полосы. Ведется постоянный контроль всего, что возможно автоматически проанализировать на получаемом изображении. Конечно, важно учитывать, что системы улучшенного видения являются вспомогательными, а не критическими. Они лишь повышают комфорт летчика и немного повышают безопасность посадки. Однако их роль становится более важной в случае посадки на необорудованный аэродром. Кстати, если проектировать кабину без остекления (о чем мы говорили выше), то стандартной системы улучшенного видения будет недостаточно. У стандартных систем углы зрения 30-40 градусов, чтобы смотреть вперед, а при посадке и особенно рулении без остекления мы должны показать экипажу более широкую перспективу. Поэтому в рамках проекта сверхзвукового гражданского самолета разрабатывается специальная система внешнего видения: мы ставим камеры так, чтобы образовалась панорама, как будто человек видит через остекление. Пока это только первые разработки для перспективных самолетов.
– Вы говорили, техническое зрение задействуется и в гражданском, и в военном направлении…
– На уровне разработок есть много интересных результатов. Серийно производимой отечественной системы улучшенного и комбинированного видения с интеллектуальными нейросетевыми функциями обнаружения, распознавания и др. у нас пока нет. Если взять военную сферу, то там активно используются обнаружение, распознавание целей, улучшение изображений. Интенсивные работы идут в области беспилотной техники – как в оборонном, так и в гражданском секторе. Здесь самый важный элемент – создание системы сбора данных и дообучения. Потому что решения на основе машинного обучения отличаются тем, что они могут дообучаться в процессе эксплуатации. Не нужно каждый раз заново разрабатывать, закладывать на борт новое программное обеспечение, проводить испытания, выпускать обновленную версию изделия – как в случае с обычным алгоритмом. Если у вас нейросети на борту, их можно дообучить. Конечно, это обучение с учителем, поэтому нужно собирать данные, и человек должен их размечать. Сейчас мы как раз разрабатываем такие комплексы обучения-дообучения, для некоторых классов задач они уже созданы и практически начали эксплуатироваться. Это и техническое зрение, и анализ сигналов. Скоро так будут решаться и задачи управления.
– А что насчет обучения с подкреплением?
– Для задач управления – это как раз самый перспективный метод машинного обучения. У нас хороший задел по решению задач планирования и управления. Например, сейчас мы работаем по проекту НТИ (Национальная технологическая инициатива – И.Ж.), в рамках которого участвуем в создании прототипа полностью нейросетевой автономной системы управления для БПЛА. Это довольно амбициозная задача. И здесь мы сочетаем методы обучения с учителем и обучения с подкреплением, без которого не обойтись, потому что все ситуации и сценарии нештатного функционирования предусмотреть невозможно.
– К каким проектам вы планируете приступить в ближайшее время?
– В следующем году мы надеемся в кооперации с коллегами из других институтов НИЦ им. Жуковского, а также, возможно, и с предприятиями ОАК, заняться задачами генеративного дизайна. Лаборатория генеративного дизайна должна появиться в Центре оптической авионики, который у нас строится в данный момент. Это очень перспективное направление. В мире сейчас много компаний, которые этим занимаются. Например, не так давно в прессе промелькнул один зарубежный стартап, утверждающий, что разработанная им система уже способна полностью автоматически спроектировать небольшой самолет под заданные требования, включая конструкцию планера, крыльев, подбор характеристик двигателя и т.д. Конечно, это надо серьезно проверять. Мы все-таки думаем пока про создание более скромной платформы генеративного дизайна для авиации, которая поможет инженерам-проектировщикам из предприятий ОАК разрабатывать отдельные компоненты и узлы, обладающие улучшенными свойствами. Допустим, стойка шасси, элементы крыла, оперения. Это задачи, с которых можно начать.
Фото: ГосНИИАС
Обнаружение линии
разметки взлетно-
посадочной полосы
системой внешнего
видения
Код да Винчи
– Юрий Валентинович, в своих интервью вы часто называете себя энтузиастом ИИ, выступая за его повсеместное внедрение. Но есть области, где во время этой мировой гонки мы рискуем столкнуться, скажем так, с очень опасной токсичностью…
– Я думаю, что это искусственная гонка. Автоматизация человеческих функций –вопрос простой целесообразности. Как лучше копать: вручную или экскаватором? Зависит от задачи. Если вам надо выкопать яму на участке, то можно и вручную. Если нужно выкопать канал длиной 1 км и глубиной 50 м, то без строительной техники не обойтись. Точно такой же выбор встает перед нами, когда имеются очень трудоемкие интеллектуальные задачи, или же такие, которые человек и вовсе не способен решить. Например, потому что необходимо оперировать большим массивом данных, а у человека есть ограничения: по памяти, по количеству знаний, по точности, по скорости поиска и обработки информации. Все очень просто: если где-то эффективней что-то автоматизировать, надо автоматизировать. И не нужно воображать себе злобный и коварный искусственный интеллект, который то ли всех нас скоро поработит, то ли, как минимум, оставит без работы. У ИИ нет желаний – это надо четко понимать. Даже когда говорят про «сильный» ИИ, речь не идет о создании искусственной личности. ИИ сам по себе, по крайней мере, в современном виде, ничего не хочет. У него нет воли, он вполне управляем. Да, это сложная, потенциально опасная и токсичная технология. Но мы многими такими пользуемся: химическое производство, атомная энергия. Важно правильно оценить, чего здесь больше – пользы или опасности. Как распорядиться технологиями ИИ? Это будет решать человечество, с учетом всех факторов. На мой взгляд, пока больше пользы. В любом случае надо разобраться, что еще можно от этой технологии получить. Кажется, что можно получить очень многое, и принципиально непреодолимых ограничений почти не видно. Другой вопрос, что, нынешний этап развития, который был связан с экстенсивным ростом размера нейросетей и обучающих выборок для них, возможно, завершается. Многие специалисты говорят о том, что в качественном плане эти технологии выходят «на полочку». Возможно, это так, но может быть, и нет. Пока непонятно, мы стоим на определенной развилке. Это предмет отдельного большого разговора.
– Если бы вам предложили разработать немного неожиданную вещь – аватар для ИИ, как бы вы его изобразили?
– Я бы выбрал портрет Леонардо да Винчи. Потому что он универсален и может все.
Виртуальный второй пилот
Над заменой второго пилота искусственным интеллектом активно работают десятки стран. Переход к одночленному экипажу позволит снизить стоимость эксплуатации воздушного судна, если не решить, то сделать менее острой проблему дефицита летчиков, а управление гражданским лайнером – более безопасным, учитывая человеческий фактор в статистике авиапроисшествий. По мнению многих авиаэкспертов, внедрить виртуального второго пилота просто необходимо в условиях возрастающей информационной нагрузки на экипаж. Вместе с тем предстоит решить еще много проблем: как защититься от возможных компьютерных сбоев, что делать в случае кибератаки или если единственный пилот по каким-то причинам потеряет работоспособность. Активная работа продолжается, вопрос только – кому удастся первым найти оптимальные решения.
Звездные врата и Китайские драконы
Полтриллиона долларов будет инвестировано США в проект Stargate по развитию ИИ, объединяющий ведущие американские IТ-компании. Астрономическую сумму за счет частных средств планируется потратить в ближайшие четыре года. Речь идет о создании необходимой инфраструктуры, прежде всего – гигантских вычислительных центров для следующего поколения ИИ. В ответ на «космические» инвестиции США (к примеру, общая стоимость программы высадки человека на Луну «Апполон» оценивалась около $25,4 млрд, в сегодняшних ценах чуть более $150 млрд) Китай объявил о новой государственной программе – на развитие ИИ будет выделен 1 трлн юаней (примерно $138 млрд). Масштабный проект также направлен на создание инфраструктуры: расширение дата-центров, наращивание мощностей ускорителей, что поддержит китайских техногигантов.
Комментарии
Первые пилоты сначала бывают вторыми , набираются опыта и потом становятся первыми .
Если же вторых пилотов не будет , то каков будет источник появления первых ?
Авиасимуляторы/тренажёры) Лет 15 +/- назад появился авиасимулятор гражданской авиации от майкрософт. Модели управления были реалистичные, геймеры писали, что чел освоивший симулятор от майкрософт мог сдать экзамен на управление соответствующим типом частного ЛА.
Интересно, как "Шаттл" и "Буран" совершали полет и посадку без нейросетей и искусственного интеллекта? Просто компьютерная программа.
Вопрос автопосадки самолета давно был решен с помощью системы радиомаяков на взлетно-посадочной полосе. Это когда уверенный прим сигнала возможен только по глиссаде.
Посадка Бурана производилась именно так.
Интереснее то, как эта махина заходила на глиссаду и ее маневры в воздухе.
"Думаю" что на курс&глиссаду заводили по стандартному РСБН. Точность тогда уже позволяла. Когда то в астраханских степях наш борт стоял рядом с 22КМ, вроде индикаторы совпадали. )
Для создания и эксплуатации Бурана был создан специальный язык программирования, визуальный алгоритмический язык программирования и моделирования - Дракон. Дружелюбный русский алгоритмический язык обеспечивающий наглядность - сокращенно ДРАКОН.
В плане компьютерного зрения сейчас на переднем крае исследований системы трёхмерной реконструкции окружающей сцены, с распознаванием всех объектов, материалов, их конструкции и назначения, предсказание поведения и т.д. Т.е., грубо говоря, из видеопотока с одной или нескольких камер создать трёхмерную реплику окружающего пространства (сложной сцены) на движке типа Unreal или Unity с пониманием семантики сцены, акторов и т.д. Эта задача вбирает в себя огромное количество разных направлений исследований в области компьютерного зрения и т.н. "пространственного" интеллекта.
Задачи наподобие sensor fusion, определение засыпания водителя по глазам и распознавания разметки на асфальте все уже решили лет 10-20 назад.
Интересно. Похоже, "второй пилот" обречен-таки. Всем пилотам придется быть первыми! Два первых пилота на борту, всяко лучше, чем 1-й и 2-й..:))) зы Когда очередной "эффективный" рассказывают нам о желании сэкономить за з/п для экипажа, рука сама тянется к бейсбольной бите.
Возможно, что даже первый пилот обречëн. Т. е. самолёты будущего будут летать без пилотов.
Вспомнился анекдот:
- Штурман! Приборы!
- 50!
- что 50???!
- а что «Приборы!»?
Вспоминается оценка, биологическая нейросеть (мозг пилота) 1,5*10^18 операций в секунду, мощность 25Вт. карта GPU x*10^13 и y*250Вт. Куда полетит самолет если в него засунуть датацентр и как отогнать от реактора на антиматерии с крылышками вояк с боевыми лазерами?
Мудакам дали волю рассуждать об авиации.
Мода на "нано" прошла, завершившись Пуком, теперь "мультики" рисуют с ИИ,
- быстрее пили бабло, пока оно другим не досталась.
А потом снова - "нас обманули".
Маловато фото персонажа. Крупнее можно?
За отдельные деньги можно всё. Какая диагональ у вашего монитора?
Придется обойтись без денег )) И желательно без огроменных рекламных фотографий на ресурсе.