Intelligenza artificiale — lo strumento ideale per l'esplorazione dell'Universo

Nel tentativo di capire l'Universo diventiamo posseduti — ci chiama sete di osservazione. I satelliti trasmettono centinaia di terabyte di dati di informazioni di ogni anno, e solo un telescopio in Cile emetterà 15 terabyte di immagini dello spazio ogni notte. Nessun uomo sarà in grado di trattare manualmente. Come dice l'astronomo Carlo Enrico Petrillo, «a guardare le immagini di galassie più romantica del nostro lavoro. Il problema è come rimanere concentrati». Quindi Petrillo sviluppa IA, che gli sarà di aiuto.

Petrillo e i suoi colleghi hanno cercato un fenomeno che in realtà è un telescopio spaziale. Quando un oggetto (una galassia o un buco nero) è tra lontana di una fonte di luce e l'osservatore sulla Terra, si piega lo spazio e la luce intorno a lui, creando una lente che permette agli astronomi di osservare meglio incredibilmente vecchie e lontane zone dell'Universo, nascosti dal nostro punto di vista. Questo effetto si chiama forza di gravità линзированием, e queste lenti sono la chiave per capire di cosa è composto l'Universo. Prima ancora di cercare per loro è stato lento e faticoso.

È qui che serve l'intelligenza artificiale e la ricerca di una lente gravitazionale è solo l'inizio. Come ha detto il professore di stanford Andrew Eun, la capacità di IA consente di automatizzare tutti, che «un uomo può fare in meno di un secondo pensiero». Meno di un secondo può sembrare non particolarmente generoso, ma quando si tratta di vagliatura di grandi quantità di dati, è solo un dono del cielo.

La Nuova ondata di astronomi esamina l'IA non solo come una sequenza di dati. Si ricercano qualcosa che può essere un modo completamente nuovo di ricerca di scoperte scientifiche, quando l'intelligenza artificiale sarà visualizzato parte dell'Universo, di cui non abbiamo mai visto.

Ma in primo luogo: lente gravitazionale. La teoria generale della relatività di Einstein ha predetto questo fenomeno, ancora nel 1930, ma i primi esempi sono apparsi solo nel 1979. Perché? Perché lo spazio è molto, molto grande, e la gente aveva bisogno di un sacco di tempo per il suo обсмотреть, soprattutto senza i moderni telescopi. La caccia alla lente gravitazionale è stato impegnativo.

«Lenti che abbiamo ora, sono stati trovati in diversi modi», dice il Giglio Williams, professore di astrofisica presso l'Università del Minnesota. «Alcuni sono stati scoperti per caso, la gente sta cercando qualcosa di completamente diverso. Alcuni sono stati trovati persone che li stavano cercando, con la seconda o terza volta».

Guarda le immagini IA sa molto bene. Quindi Petrillo e i suoi colleghi si sono rivolti allo strumento IA, amato nella Silicon valley: tipo di programma per computer composto da digitali «neuroni», modellati a immagine dei presenti, che si attivano in risposta all'invio. Dallo in pasto a questi programmi (rete neurale) un po ' di dati — e impareranno a riconoscere gli schemi e i modelli. Soprattutto funzionano con l'informazione visiva e sono utilizzati in una vasta gamma di sistemi di visione — da telecamere in autogestiti automobili a riconoscimento facciale nelle foto in Facebook.

Come è stato scritto in un articolo pubblicato il mese scorso, l'applicazione di questa tecnologia per la caccia di lente gravitazionale, è stato incredibilmente semplice. In primo luogo, gli scienziati hanno fatto un set di dati per l'apprendimento della rete neurale — generato 6 milioni di persone e le immagini con lenti gravitazionali e senza di loro. Poi data in pasto una rete neurale con i tuoi dati e lasciato capire negli archetipi. Un po ' di tweaking e si è rivelato un programma in grado di riconoscere ben lente gravitazionale in un batter d'occhio.

«un Grande classificatore in faccia l'uomo smantella immagine ad una velocità di mille all'ora», dice Petrillo. Una lente si trova a circa una volta ogni 30 000 galassie. Quindi classificatore dovrà lavorare senza sonno e il riposo durante la settimana, per trovare solo cinque-sei lenti. La rete neurale, per confronto, capisce 21 789 immagini in soli 20 minuti. E questo con un antico processore.

La rete Neurale non era così preciso, come un computer. Per quella non è sfuggito lenti, ha chiesto ampie opzioni. Ha pubblicato 761 possibili candidati, che le persone hanno studiato e hanno ridotto a 56. Per confermare che si tratta di correnti lente, dovrà verificare e confermare i ritrovamenti, ma Petrillo ritiene che un terzo saranno presenti. Quindi sono circa una lente in un minuto, se confrontato con un centinaio di lenti, rilevati dall'intera comunità scientifica negli ultimi decenni. Velocità incredibile, le prospettive sono enormi.

La Ricerca di queste lenti è essenziale per la comprensione di uno dei più grandi misteri dell'astronomia: da cosa è composto l'Universo? La materia che conosciamo (pianeti, stelle, asteroidi, ecc.) rappresentano solo il 5% di tutta la materia fisica, e ancora il 95% di noi assolutamente non sono disponibili. Di questi il 95% sono presentati ipotetico sostanza — materia oscura, che non abbiamo mai osservato direttamente. Ci rimane solo di studiare l'influenza gravitazionale che esercita sul resto dell'Universo, e di lente gravitazionale servono uno dei più importanti indicatori.

Che cosa può fare l'IA? Gli scienziati stanno lavorando su una serie di nuovi strumenti. Alcuni, come Petrillo, assumono il compito di identificazione: valutano la galassia, per esempio. Altri stanno perlustrando i flussi di dati in cerca di interessanti spunti. Alcune reti neurali eliminare interferenze artificiali per radiotelescopio, вычленяя solo segnali utili. Altri sono stati utilizzati per l'identificazione di pulsar, insoliti pianeti extrasolari o migliorare i telescopi a bassa risoluzione. In breve, un sacco di applicazioni potenziali.

Questa esplosionein parte spiega le tendenze generali in materia di hardware, che consentono di ampliare il campo di applicazione di intelligenza artificiale, come la disponibilità economica di potenza di calcolo. Gli astronomi non hanno più bisogno di sedersi pantaloni serena notte, osservando il movimento dei singoli pianeti; invece usano una complessa tecnica, che esplora zone del cielo uno dopo l'altro. Migliori telescopi e della tecnologia di archiviazione di dati indicano che la possibilità per l'analisi ora ancora di più, dice Williams.

L'Analisi di grandi insiemi di dati — ecco che, perfettamente in grado di fare l'intelligenza artificiale. Siamo in grado di insegnare a riconoscere i modelli e far lavorare instancabilmente, e non ha mai lampeggierà e non commetta un errore.

Si Preoccupano se gli astronomi, che si fidano di macchina, di cui può non essere sufficiente comprensione umana, per scoprire qualcosa di sensazionale? Petrillo dice che non c'è. «In generale, le persone sono più pregiudizi, meno efficaci e più inclini a errori di macchina». Williams è d'accordo. «I computer possono perdere certe cose, ma saranno perdere la loro sistematicamente». Ma mentre sappiamo che quello che loro non sanno, siamo in grado di espandere i sistemi automatizzati senza alcun rischio.

Per alcuni astronomi potenziale IA va oltre il semplice confronto dei dati. Essi credono che l'intelligenza artificiale può essere utilizzato per creare informazioni, riempire i punti ciechi nelle nostre osservazioni dell'Universo.

Astronomo Kevin Шавински e il suo team, specializzata in astrofisica delle galassie e buchi neri, usano l'IA per migliorare la risoluzione le immagini sfocate di telescopi. Con questo scopo, hanno implementato una rete neurale, che è insuperabile genera variazioni di studio di dati, se un buon falsario imita lo stile di un famoso artista. Queste reti sono state utilizzate per creare una chat fatta di immagini di immagini di stelle; falso аудиодиалогов, imitando le voci; e altri tipi di dati. Secondo Шавинского, come нейросети creano le informazioni che è stato prima di noi non è disponibile.

Nel lavoro, pubblicato Шавинским e il suo team all'inizio di quest'anno, hanno mostrato che queste reti possono migliorare la qualità delle immagini dello spazio. Hanno abbassato la qualità delle immagini di un certo numero di galassie aggiunto del rumore e sfocatura, e quindi perso la loro attraverso нейросети insieme con originali foto. Il risultato è stato sorprendente. Ma gli scienziati non sono ancora in grado di condividere.

Шавински attenzione si riferisce al progetto. Alla fine, egli è in contrasto con i principi fondamentali della scienza: è possibile conoscere l'Universo, solo a guardare direttamente. «Per questo motivo questo strumento pericoloso», dice. E può essere usato solo quando abbiamo dati precisi e quando siamo in grado di controllare il risultato. È possibile addestrare rete neurale generare i dati sui buchi neri e mandarla a lavorare in una certa porzione di cielo, che finora è stato poco studiato. E se trova un buco nero, gli astronomi dovranno confermare il ritrovamento personalmente — come nel caso delle lenti gravitazionali.

Se questi metodi saranno fruttuosi, possono diventare nuovi metodi di ricerca, di integrare la classica simulazione al computer e il buon vecchio osservazione. Fino a quando tutto è solo all'inizio, ma le prospettive sono molto promettenti. «Se si dispone di questo strumento, si potrebbe prendere tutti i dati del backup, migliorare alcuni di loro e di estrarre maggior valore scientifico». Il valore di cui prima non c'era. IA diventerà scientifica alchimista, ci aiutano a trasformare le vecchie conoscenze nuove. E potremmo ricerca di spazio, come mai prima, senza nemmeno lasciare la Terra.