Sztuczna inteligencja na ratunek transmisji danych z kosmosu
Przenieśmy się na chwilę do przeszłości, do roku 1956, w którym naukowcom przychodzą do głowy genialne pomysły i powstają przełomowe programy w dziedzinie sztucznej inteligencji (AI). Wróćmy teraz do roku 2008, w którym sztuczna inteligencja pomaga planistom misji usprawnić transmisję danych ze statku kosmicznego Mars Express. Od początków swego istnienia sztuczna inteligencja oferowała fascynujące rozwiązania dla różnych złożonych problemów, a zastosowanie jej w obsłudze misji kosmicznych, jako technologii tworzącej wartość dodaną, przynosi korzyści Europie i całemu światu. Misja Mars Express Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) jest pierwszą europejską misją planetarną. W chwili inauguracji programu w 2003 r. w skład misji wchodził orbiter wyposażony w siedem przyrządów służących do teledetekcyjnej obserwacji planety oraz lądownik Beagle 2 mający wykonywać analizy skał i gleby na powierzchni Marsa. Lądownikowi nie udało się co prawda bezpiecznie wylądować na powierzchni planety, natomiast orbiter od początku 2004 r. z powodzeniem dokonuje naukowych pomiarów marsjańskiej powierzchni, warstwy podpowierzchniowej oraz atmosfery. Zasadniczym celem marsjańskiej misji jest poszukiwanie na całej planecie wody w różnych stanach skupienia, z wykorzystaniem wszystkich siedmiu przyrządów i różnych technik. Misja ma znaczny potencjał gromadzenia olbrzymich ilości danych naukowych. Problem polega na tym, by informacje te przekazywane były na Ziemię w odpowiednim momencie i w prawidłowej kolejności. W przeciwnym wypadku pakiety danych zostaną bezpowrotnie utracone, ponieważ nowo gromadzone dane nadpisywać będą starsze w ograniczonej pod względem rozmiaru pamięci na pokładzie orbitera. Konwencjonalna metoda pobierania danych polega na zastosowaniu obsługiwanego przez człowieka oprogramowania planującego, które wysyła sekwencje poleceń do Mars Express. Proces informuje system, w którym momencie określone pakiety danych mają zostać usunięte z pamięci. "Proces ten jest żmudny, czasochłonny i nigdy nie eliminował możliwości przypadkowej trwałej utraty cennych danych naukowych" - powiedział Alessandro Donati, kierownik biura zaawansowanych koncepcji misji i technologii (Advanced Mission Concepts and Technologies Office) w Europejskim Centrum Operacji Kosmicznych (ESOC) ESA w Darmstadt (Niemcy). Problemy z planowaniem pobierania danych mogą faktycznie występować, biorąc pod uwagę wielość ciągle zmieniających się zmiennych, takich jak dostępność stacji naziemnej, orientacja statku kosmicznego oraz zmieniające się ilości danych produkowanych przez każdy z siedmiu przyrządów pomiarowych orbitera. W rezultacie niezbędna jest szybka optymalizacja tych zmiennych, "w ciągu zaledwie kilku godzin między przebiegami stacji naziemnej". Problemy te skłoniły naukowców z włoskiego Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione (ISTC-CNR) oraz planistów misji i informatyków z ESOC do zastosowania w procesie pobierania danych sztucznej inteligencji. Z problemem planowania radzą sobie już przy pomocy podobnych technik przewoźnicy lotniczy i przedsiębiorstwa żeglugowe. Zespół opracował wspólnie inteligentne urządzenie o nazwie MEXAR2 (Mars Express AI Tool). "Dzięki MEXAR2 udało się w dużym stopniu wyeliminować utratę przechowywanych pakietów danych" - powiedział Fred Jansen, kierownik misji w ESA odpowiedzialny za Mars Express. MEXAR2 analizuje zmienne mające wpływ na proces pobierania danych, a następnie "inteligentnie" prognozuje, które pakiety danych mogą zostać utracone z powodu konfliktów pamięci. Następnie MEXAR2 optymalizuje harmonogram pobierania danych i wysyła polecenia inicjujące proces pobierania. Wstępne próby MEXAR2 wypadły pomyślnie, a inteligentne narzędzie wykorzystywane już jest w systemie planistycznym Mars Express - pomogło zmniejszyć obciążenie pracą w zespole planistów o 50%. "Ponieważ optymalizuje pasmo wykorzystywane do odbioru danych na Ziemi mogliśmy przeznaczyć cenny czas stacji naziemnej na inne misje" - zaznacza Michel Denis, kierownik ds. obsługi statku kosmicznego Mars Express w ESOC. "Podczas prac nad MEXAR2 mogliśmy dzięki elastyczności technologii opartej na sztucznej inteligencji uwzględnić wiele potrzeb, które w innym przypadku wymagałyby kosztownego przeprojektowania specyfikacji oprogramowania" - dodaje Nicola Policella, pracownik naukowy zajmujący się sztuczną inteligencją w ESOC. Zalety MEXAR2 spotkały się już z szerokim uznaniem. Oprócz nagrody za "najlepszą aplikację" na ICAPS 2007, głównym forum do spraw zastosowań sztucznej inteligencji w technologii planowania, MEXAR2 został opisany w entuzjastycznych recenzjach jako jedna z zaledwie trzech dostępnych aplikacji AI przeznaczonych do obsługi misji kosmicznych. "MEXAR2 odgrywa pionierską rolę wprowadzając technologię AI do obsługi misji kosmicznych" - uważa dr Ari Kristinn J¢nsson, dziekan School of Computer Science na islandzkim Uniwersytecie w Rejkiawiku, były pracownik naukowy Ames Research w NASA.