Як створити R2-D2. Штучний інтелект на службі у воєнних

Автор: Майкл П’єтруха

Прем'єра "Зоряних воєн" 1977 року ознаменувала собою відхід від традиційного зображення роботів у науковій фантастиці. R2-D2 був циліндричним, круглоголовим, триногим дроїдом-астромеханіком, який спілкувався за допомогою свисту, хоча і розумів людську мову. Із розвитком трилогії стало зрозуміло кілька речей: маленький дроїд був зосередженим на місії, незмінно відданим, завжди зберігав спокій і, якщо можна так сказати, виявляв деяку підступність. Усе це традиційно людські риси. Крім того, він був універсальним, компетентним і надійним, а також анітрохи не сором'язливим і не улесливим.

Фокус переклав новий текст Майкла П'єтрухи, присвячений розвитку воєнного штучного інтелекту.

R2-D2 не був звичайним автоматом – це був штучний інтелект в автономній рухомій оболонці з різноманітними можливостями. Найголовніше: R2-D2 був досить універсальним, щоб скласти як машинно-машинну, так і людино-машинну команду. Таким чином, вигадане зображення апарату R2 пропонує життєздатну модель для створення члена екіпажу-ШІ, а також того, як такий "член екіпажу", подібний до R2D2, міг би вписатися в сучасну ескадрилью.

Із розвитком потенціалу ШІ неминуче виникає прагнення використовувати його в авіації. Обговорення охоплюють весь спектр можливостей, від розумних калькуляторів або "помічників в ухваленні рішень" до повністю автономних "мізків" літака. Дійсно, автоматизовані системи для допомоги людині з'явилися 1912 року, через дев'ять років після першого польоту братів Райт, коли Люк Сперрі встановив автопілот на біплан Curtiss C2. Аналогові, а потім і цифрові технології дали змогу авіаторам перекласти на комп'ютер дедалі більше завдань, включно з навігацією і найважливішим завданням з ухилення від рельєфу місцевості. Однак повністю автономний літак, здатний виконувати складні задачі, важкодосяжний і, найімовірніше, таким і залишиться.

Історія розвитку авіації за останні півстоліття в основному складалася з поступових поліпшень, і деякі види ШІ можуть бути корисними для F-15EX або майбутніх літаків, приносячи нові можливості в людино-машинну команду. По суті, інженери і технологи пропонують додати до F-15EX третього члена екіпажу, створивши реальний еквівалент улюбленого дроїда Люка Скайвокера. Але для цього необхідне розуміння, що ШІ – це не чарівний додаток, який можна без проблем впровадити в бойову авіацію.

Марш автоматизації

Автоматизація неухильно рухає вперед розвиток авіації. Автопілот поширився настільки легко і повсюдно, що його часто називали "Джорджем", наче він сам був авіатором. Серед систем, які використовували для поліпшення можливостей екіпажу, був радар стеження за місцевістю, представлений на початку 1960-х років, який об'єднав автопілот із радаром і забезпечив політ на малій висоті. Низка винищувачів серії Century Series, так само як RF-4C і F111, отримали версію саме такого радара. Аналогова система AN/APQ-110 літака F-111A давала змогу автоматично (без ручного втручання) слідувати за місцевістю на малій висоті та високій швидкості – під час модернізації до цифрової AN/APQ-115 вона давала змогу літати на висоті 60 метрів на надзвуковій швидкості. B-1, MC-130 і F-15E – одні з літаків, які сьогодні використовують цей тип радара. Із вдосконаленням автопілотів літаки з системою fly-by-wire, як-от F-16, втілювали тісніший зв'язок між автоматичною системою та органами управління польотом.

Відповідно, F-16 першим отримав автоматичну систему запобігання зіткненню із землею, яка здатна взяти на себе керування літаком, коли комп'ютерна модель вказує на неминучість такого зіткнення. Ця система вже врятувала кількох пілотів. Сьогодні навіть навчальні літаки, як-от Т-6, мають систему управління польотом, яка значно спрощує завдання, пов'язані з базовою та приладовою навігацією. F-35 має автоматичну систему, що дозволяє літаку, як і багатьом авіалайнерам, виконувати захід на посадку за приладами практично самостійно. Широке використання автоматизованих систем у сучасній авіації після тривалого періоду експлуатації довело їхню безпеку і користь, прокладаючи шлях для наступного кроку – члена екіпажу зі штучним інтелектом.

Розумніший "Джордж"

Радар стеження за місцевістю і система автоматичного запобігання зіткненню із землею, якими б передовими вони не були, є всього лише формами автоматизації. Обидва є контролерами дискретних подій, заздалегідь запрограмованими на виконання дуже обмеженого завдання за заданими параметрами. Їхні функції фіксовані – будь-яка зміна можливостей потребує написання програмістом нового програмного забезпечення.

Тут і виходить на сцену штучний інтелект. Сучасний ШІ, на жаль, не володіє такими ж можливостями, як творіння Джорджа Лукаса в 1977 році. Для застосування ШІ підходять завдання, які вимагають математики – багато-багато швидко виконаних розрахунків. Але в авіації є завдання, які можна було б значно вдосконалити, якби в кабіні пілота перебував кремнієвий математик. Радар стеження за місцевістю може бачити те, що знаходиться перед ним, але його можливості обмежені профілем наступного пагорба. У майбутньому ШІ зможе використовувати сховище цифрових даних для визначення характеристик місцевості за наступним пагорбом, щоб спланувати шлях ухилення через нього. ШІ може виступати помічником в ухваленні рішень, витягувати дрібні деталі з даних датчиків, керувати оборонними системами радіоелектронної боротьби або створювати й оновлювати точну картинку як дружніх, так і ворожих сил. Багато з цих завдань сьогодні виконують люди, але може виявитися, що з деякими з них швидше або краще справляється машина, і це дасть змогу вивільнити людський екіпаж для управління власне місією, а не шляхом до неї. Сама машина не зможе виконати всі завдання, необхідні для бойової авіації, але певні можливості сучасного ШІ можуть бути використані для створення дуже потужної людино-машинної команди, якщо цю команду вдасться ефективно сформувати.

Навчання R2-D2

Коли вчені-комп'ютерники говорять про навчання ШІ, вони описують процес, який лише віддалено нагадує навчання людини. Для людини матеріалом для навчання найчастіше є досвід, який впливає на її майбутню продуктивність. Для ШІ матеріалом для навчання стають дані для коригування алгоритмів, що керують роботою ШІ. Обидва ці методи спрямовані на навчання окремого індивіда. Навчання команди – це щось зовсім інше.

Ефективні команди об'єднуються на основі низки чинників, одним з яких є спільний досвід. Пілотованим літаком керують люди, які пройшли через стандартизований і загальний цикл навчання. З мого досвіду інструктора, усі вони проходять однаковий навчальний маршрут, що дає певну загальну базу, навіть якщо члени команди мають абсолютно різний рівень досвіду. Щойно команда сформована, вона тренується разом, щоб виявити про індивідуальні можливості кожного. Це формує команду таким чином, аби максимально використовувати індивідуальні сильні сторони, компенсуючи слабкі. Для того щоб включити в команду машину (особливо з бойовим завданням), їй доведеться пройти той самий процес, що й людині. Без такої підготовки льотчики не довірятимуть ШІ, і цілком обґрунтовано. Як і у випадку з радаром стеження за місцевістю і системою автоматичного запобігання зіткненню із землею, авіатори не можуть ризикувати своїм життям, використовуючи неперевірені технології. Єдиний спосіб домогтися ефективності команди – довести льотчикам, що технологія працює, і зробити це на умовах льотчика, а не комп'ютерника. Таким чином, людино-машинна команда повинна буде тренуватися саме для місії або місій, до виконання яких вони готуються. Щоб стати ефективною командою, людині та машині дуже важливо ефективно спілкуватися.

Штучний інтеллект і голосовий зв'язок

Ось уже понад 50 років голосовий зв'язок – король авіації. Хоча впровадження різних видів передачі даних, від Link-16 НАТО до автоматичного залежного спостереження-трансляції (ADS-B) цивільної авіації, знизило деякі вимоги до голосового зв'язку, воно в жодному разі не усунуло його. Передача даних показує часткову картину повітряного простору навколо літака, але не передає наміри або інструкції. Навіть передана картина неповна: картинка Link-16 показує дружні сили, що взаємодіють, розбиті на ланки (ворожі та нейтральні сили повинні бути виявлені і поміщені на дисплей), в той час як автоматичне залежне спостереження-трансляція показує тільки інші літаки, оснащені тією ж технологією, або повітряний трафік, який передається радарами Федерального управління цивільної авіації через службу інформації про трафік. Жоден із цих каналів не висловлює намірів і не видає інструкцій. Інтеграція члена екіпажу з ШІ в майбутні літаки може привести до змін у способах спілкування екіпажів, що ґрунтуються на досвіді експлуатації.

Система Link-16 у винищувачі може показувати екіпажу положення і статус польоту. Якщо керівник польоту хоче, щоб екіпаж щось зробив, то ці інструкції передаються голосом з використанням дуже специфічної мови. Оскільки радіозв'язок є напівдуплексним (двосторонній зв'язок, за якого одночасно може говорити лише один користувач), радіоканали дуже швидко перевантажуються. Часто весь ударний комплект працює на одній радіочастоті (або мережі, якщо використовується захист від перешкод), а непоодинокими є випадки, коли ударні комплекти сягають 60 літаків. Відповідно, авіатори НАТО використовують "короткий код", щоб вмістити максимальну кількість даних у найменшу кількість слів. Наприклад, вказівка керівника польотів (Пантера 1) своїм літакам №3 і №4 (Пантера 3) націлити ракети AIM-120 на певну групу літаків, використовуючи тактику запуску й відходу, стиснута до позивного та чотирьох слів: "Пантера 3, ціль – південна група, скейт". Багато що залишилося невисловленим, оскільки екіпаж "Пантери-3", безсумнівно, впізнає голос керівника польотів і знає, хто видав завдання. Підтвердження "Пантери-3" слідує відразу після цього одним словом "три", і тепер усі на частоті знають, хто націлений на групу ворожих літаків. Наміри "Пантери-3" зрозумілі: вона збирається виконати команду "Пантери-1". І все це в семи словах.

Усе це означає, що величезна кількість критично важливої інформації в реальному часі доступна в голосовому режимі, і умовний R2 в підрозділі має розуміти голосові комунікації, щоб спілкуватися з людським членом команди. За відсутності розуміння того, що відбувається на радіостанціях (або в кабіні пілота), машинний член команди не матиме необхідного рівня ситуаційної обізнаності, щоб адаптувати свої дії до тактичної ситуації. Одним із ключових обмежень для людино-машинної команди є те, що людина не може дозволити собі витрачати час на постійне оновлення ситуаційної обізнаності машини. Важливо, щоб людино-машинний інтерфейс мінімізував навантаження на людину, а не збільшував його.

Машина, здатна відстежувати голосові потоки, може виявитися безцінною в низці ситуацій. Машина може вести поточний підрахунок цілей, успішно уражених іншими членами комплекту. Під час ближньої повітряної підтримки або бойових рятувальних операцій командир на місці події часто збирає "стек" із дружніх літаків (він називається "стек", тому що літакам призначено різні блоки висот для забезпечення деконфліктингу). Кожен із цих літаків має різне бойове навантаження і витривалість, і відстеження такої маси літаків нині являє собою вправу з олівцем і дошкою. Але ШІ, здатний прослуховувати чекіни, відстежувати кількість пального і боєприпасів у літаку і відображати їх у графічному вигляді, вивільнить значну частину когнітивних здібностей людини і скоротить навантаження на екіпаж у кабіні.

Голос – це логічний спосіб взаємодії зі ШІ та управління ним, так само, як він використовується для взаємодії та управління між людьми. Під час Другої світової війни, з поширенням багатомісних літаків, під час радіообміну навіть вказували посади ("Пілот — штурману", наприклад). Сьогодні радіообмін досить зрозумілий, і хто з ким розмовляє в багатомісному літаку, часто визначається за контекстом. За аналогією з цим, було б краще, якби ШІ міг визначити за контекстом, чи призначена голосова команда для дій на борту літака чи поза ним. Це може бути так само просто, як дізнатися, чи активовано перемикач радіостанції, хоча іноді одне повідомлення адресовано водночас назовні і всередину. За сценарієм, наведеним вище, передача: "Пантера 1 націлюється на північну групу" дає веденому та офіцеру з систем озброєння на задньому сидінні літака уявлення про наміри керівника польотів. У найближчій перспективі, можливо, доведеться піти шляхом голосових команд Apple для функції Siri на iPhone (я пропоную "R2" замість "Siri"), але контекстне розпізнавання голосових команд має залишатися головною метою.

Також само собою зрозуміло, що, хоч би як привабливо звучать свистки R2-D2, голосовий зв'язок із ШІ буде дещо кращим за модульовані тони. Голосове попередження використовується в літаках уже кілька десятиліть, хоча жодна система голосового попередження не має зовнішньої послідовності пріоритетів, яка говорить їй, коли доречно перерватися, а коли ні. ("Вгору" або "Пожежа, пожежа" вочевидь більш критичні за часом, ніж "паливо закінчується"). Як і у випадку з радіостанціями і радіообміном, архітектура для розробників ШІ вже створена.

Висновок

Додавання ШІ в літаки є логічним продовженням тенденції автоматизації, розпочатої Сперрі понад століття тому. Перехід від чистої автоматизації до людино-машинної команди, одним із членів якої є ШІ, – це складне починання, яке, можливо, незабаром стане досяжним. У створенні ефективної людино-машинної команди використання архітектур і методів людських команд спростить впровадження ШІ для людей і дасть змогу швидше налагодити спільну роботу. Будь-які труднощі у спілкуванні ускладнять і сповільнять ефективне використання ШІ членами команди і можуть повністю його зірвати. Але вигаданий персонаж класичної космічної опери ілюструє потенційний шлях до ефективної людино-машинної команди і може слугувати моделлю для необхідних характеристик та інтерфейсу управління. Пристрій R2 було ретельно описано – нам потрібно тільки побудувати його.

Про автора

Майкл "Starbaby" П'єтруха – полковник ВПС США у відставці, досвідчений льотчик-винищувач/штурмовик, який має понад 1700 льотних годин і 156 бойових вильотів на F-15E і F-4G, що дещо нагадує підрозділ R2 на X-wing.

Висловлені погляди належать автору і не обов'язково відображають офіційну політику або позицію Міністерства ВПС, Міністерства оборони або уряду США.