Що можуть космічні технології та чи володіє ними Україна?

Повстання машин не буде. Принаймні так вважає Наталія Куссуль — професорка, докторка технічних наук, завідувачка кафедри математичного моделювання та аналізу даних Науково-навчального інституту НТУУ «КПІ імені Ігоря Сікорського», експертка OSCE, Світового банку, Об’єднаного дослідницького центру Єврокомісії, наукова керівниця проєктів програм HORIZON 2020 та HORIZON Europe, представниця України у високорівневій робочій групі EuroGEO.

Відповідаючи на запитання кореспондента «Світу»: «Скільки років залишилось до повстання машин?», вона сказала: «Це залежить від того, наскільки уважно ми працюватимемо з тими машинами. Тут питання кібербезпеки, безпеки роботи зі штучним інтелектом. Це може трапитись і завтра, якщо ми будемо ставитись недбало, допускати неконтрольоване використання інтелекту, не усвідомлювати, що відбувається. А якщо ми будемо грамотно до цього підходити й розвиватися системно, такого повстання не буде. Це моя думка».

Зустріч з пані Наталією та її колегами з КПІ відбулася у квартирі Богдана Гаврилишина в рамках програми «Євроскоп», яку веде Мережа захисту національних інтересів «АНТС».

Основною темою зустрічі була можливість використання методів супутникового спостереження та моделювання для моніторингу стану довкілля та у сільському господарстві.

Який він, цифровий двійник нашої реальності?

І ось ми всі, затамувавши подих, слухаємо розповідь Наталії Куссуль про те нове, що вривається з новими досягненнями в науці і технологіях і вже незабаром круто поміняє наше життя.

— Для того, щоб зрозуміти, як нам діяти, потрібно усвідомити, де ми є і які насправді маємо можливості у сфері космічних технологій, — розповідає Наталія Куссуль. — Україна — у стані війни, у нас значною мірою зруйнована економіка, інфраструктура, соціальна сфера. Після війни нам доведеться це все відновлювати. Питання — як? Чи нам іти до тієї ж точки, в якій ми були перед війною, чи ставити вищі цілі?

Ми ще до війни намагалися свою науку вписувати в європейський, світовий ландшафт. Супутниковий моніторинг, робота з супутниковими даними — це міждисциплінарна, міжурядова сфера, що вимагає великих капіталовкладень і об’єднання зусиль різних держав, різних фахівців, різних спеціальностей.

Світ зараз намагається перейти від еволюційного, інертного до інноваційного способу розвитку. Інновація — це новий спосіб отримання продукту, організації бізнес-процесів. Це нововведення, які докорінно змінять людське життя.

Європа рік тому ухвалила новий європейський порядок денний інновацій (European Innovation Agenda). Це стратегічний документ, який визначає, що в Європі вважається інновацією і як добитися, щоб ці інновації втілювалися в життя. Він передбачає розвиток deep tech (глибинних технологій, або ГТ), нового економічного укладу, стартапів, нових економічних форм та законодавства, яке дасть змогу їх використовувати.

Ця нова інноваційна економіка на глибинних технологіях потребує величезних капіталовкладень, і це не може бути розпорошене фінансування невеличких маленьких проєктів. Це має бути цілеспрямований потік, у якому кожний окремий проєкт є складовою великого мейнстриму. Глибинні технології починаються з big data — великих (об’ємних, великої кількості) даних. Будь-який пристрій сьогодні збирає дані (так званий інтернет речей). Плюс дані, які цілеспрямовано збираються супутниками. Даних сьогодні дуже багато. Крім того, ГТ містять розвиток нанотехнологій, блокчейн-технологій, штучного інтелекту, нового матеріалознавства, нового підходу до енергетики. Весь цей інноваційний розвиток здійснюється не сам заради себе, а щоб людство в перспективі жило в комфортному, sustainable (сталому) середовищі. А стале середовище — це екологічно дружнє середовище, коли людина своїм розвитком не заважає природі, не створює якихось катастроф. Ми вже і так дуже багато створили своїм антропогенним впливом. Стале — коли людство намагається використати ресурси, які є в природі, не вичерпуючи їх. З акцентом на ті, які можна повторно використати й відновити.

Однією з ключових програм у цьому напрямку є програма Digital Europe — Цифрова Європа. У ній є п’ять напрямів: високопродуктивні обчислення, розвиток штучного інтелекту, цифровізація і цифрова грамотність населення, блокчейн і кібербезпека. Якщо ми говоримо про дані, про поширення інформації, переведення її в цифрову сферу, треба думати про нові принципи безпеки цих даних, щоб вони залишилися конфіденційними й зберігалися.

У вересні минулого року Україна підписала угоду з ЄС про участь у цій програмі й у такий спосіб долучилась до програми цифровізації, зобов’язалась впроваджувати ці принципи в державні практики України. І — дістала можливість залучати фінансування з цих великих проєктів цифрової Європи.

В основі всієї цифровізації, як ми вже з’ясували, лежать дані. Одне з найбільших джерел — супутники: наукові, телекомунікаційні, спостереження Землі тощо. Для роботи з такими даними у 2005 році створено міжурядову організацію Group on Earth Observations — GEO. Її учасники — понад 150 країн та міжнародні організації. Україна є членом GEO з 2006 року. GEO має стратегію розвитку до 2050 року, яка містить два основні напрями: рівність і справедливість для людей усього світу в доступі до даних і до так званого Earth Intelligence, тобто інтелекту, пов’язаного з розумінням принципів функціонування нашої Землі.

Зараз працюють моделі штучного інтелекту, великі мовні моделі, багато хто з ними пробував працювати. Вони нам допомагають писати гарні тексти. Далі людство ставить задачу після 2025 року забезпечити таку ж реалізацію штучного інтелекту, доступну для всіх жителів Землі, яка дає нам розуміння принципів функціонування нашої планети, фізичних принципів, біологічних і соціоекономічних законів. А отже, дає змогу будувати нашу економіку, маючи ті знання, яких у нас раніше не було. Раніше це були розпорошені, окремі відомості, якісь моделі, окремі закони. А тепер має створитися загальна картинка, цифровий двійник (digital twin) нашої реальності.

Що таке цифровий двійник? Це модель функціонування будь-якого об’єкта — від окремої істоти до всієї Землі в цілому. Цифрова модель, яка детально відтворює функціонування об’єкта, прораховує сценарії зміни клімату, розвитку Землі, держави, уряду, якоїсь популяції — і дає змогу на основі цих розрахунків, на основі моделювання будувати найкращі стратегії, щоб усвідомлювати, до чого може привести той чи інший шлях розвитку.

Тому фактично той контекст, у якому ми зараз працюємо — це забезпечення рівного доступу до даних і забезпечення доступу до результатів роботи штучного інтелекту.

Коли ми стикаємося зі штучним інтелектом, виникає питання, чи можемо йому довіряти. Тут ми маємо згадати evidence-based artificial intelligence — доказовий штучний інтелект. Штучний інтелект, який працює так, щоб ми розуміли, чому він обирає певний варіант рішення.

Доказовим має бути й Earth Intelligence. Щоб розвивався інтелект розуміння нашого існування на Землі, потрібно декілька складових. Це, по-перше, дані. З будь-яких джерел, зокрема дані від пересічних громадян. Нині на новий рівень виходить громадянська наука (citizen science), тобто збір інформації, збір даних та участь в експериментах звичайних громадян для того, щоб ці експерименти були максимально статистично вірогідними, побудова моделей цифрових двійників на основі даних і математичного моделювання.

По-друге, обробка великих даних вимагає дуже ефективних обчислень. Для цього потрібні хмарні технології, оскільки жоден найпотужніший сервер не спроможний розв’язати ці задачі — просто тому, що вони пов’язані з обробкою великих масивів даних, які необхідно на цей сервер передати. Тобто, навіть якщо сервер може виконувати дуже потужні обчислення, передача великих обсягів даних буде вузьким місцем (горлечком пляшки, bottleneck) і гальмуватиме весь процес реалізації цієї програми.

Створення і функціонування світового або «сильного» інтелекту (strong intelligence) впирається у фінанси. Ми можемо дуже гарно собі намріяти, спланувати стратегію, але реалізувати її зможемо тільки тоді, коли є цілеспрямоване фінансування цього напряму. В Європі фінансування програм інтелектуального дослідження Землі (Earth Intelligence) здійснюють, по суті, дві великі агенції. Це європейська комісія зі своїми програмами (Horizon Europe та її попередницею Horizon 2020) і Європейське космічне агентство (ЄКА), яке має власну величезну програму запуску супутників і створення сервісів на основі супутникових даних. Ця програма спрямована на дослідження принципів функціонування Землі, розв’язання прикладних задач, комерціалізацію даних тощо.

Ще один напрям Європейського космічного агентства — метеорологія. Ми звикли, що в смартфоні можемо подивитись погоду на три години вперед і на місяць уперед. Але для того, щоб ми мали таку можливість, працюють дуже потужні моделі з серйозними обчислювальними ресурсами.

— Я оптимістка і щиро вірю в те, що шлях України — це шлях європейської країни, тому нам потрібно долучатися до цих стратегічних напрямів цифровізації та інтелектуальних програм дослідження Землі, — підсумовує Наталія Куссуль. — І якщо ми будемо рухатись так, то, гадаю, ми не просто подолаємо наслідки війни, а зможемо стати драйвером інновацій в Європі. Бо там, де країна розвивається еволюційно, вона не може собі дозволити якихось кардинальних змін на своєму шляху. Вона змушена рахуватися з тим, що вже існує. Нам нав’язали умови, в яких усе, що ми робили, поставлене на паузу, і ми маємо можливість переосмислити й рухатися інакше.

Моделі штучного інтелекту – наскільки їм можна довіряти?

Як тільки закінчилася розповідь, до Наталії Кусуль із запитаннями звернулися журналісти. І кореспондент «Світу» також.

— Пані Наталіє, чи можливо за допомогою супутникових даних додатково підтвердити, що Каховську ГЕС підірвали росіяни?

— Так, можливо. Супутникові дані бувають двох типів: відкриті й закриті. Відкриті — це ті, що є у вільному доступі, і ними може користуватись будь-хто. За домовленістю країн ці дані мають розрізнення не вище, ніж 10 метрів в одному пікселі, і вони придатні для розв’язання багатьох цивільних завдань.

Але для багатьох задач, особливо військових, цього недостатньо. І тому є дані комерційні, вищого розрізнення, а також дані «надвисокого розрізнення» з розвідувальних супутників і так далі.

Вони мають розрізнення набагато вищі. Це може бути й 30 сантиметрів, і 50 сантиметрів на піксель. Жартують, що на таких знімках можна навіть зірочки на погонах розгледіти. Це не зовсім так, але приблизно. Оскільки ці дані можна використати для завдання шкоди, вони закриті, доступ до них мають не всі, а лише уповноважені державні органи, з якими співпрацюють міжнародні постачальники даних. Наша держава користується можливістю роботи з ними. І звісно, за такими даними можна встановити й причину, і момент настання катастрофи. Тут виникає питання законодавчого врегулювання — чи приймають наші та міжнародні суди такі дані як докази? Тому одним із кроків на шляху інноваційного розвитку є перегляд і модернізація нашого і міжнародного законодавства для того, щоб у ньому супутникові дані, дані відеоспостережень приймалися як доказ. Рух у цьому напрямку відбувається, але законів ще не ухвалено.

— Наскільки самостійним може бути світовий інтелект, його окремі складові?

— Повністю штучному інтелекту ми не можемо довірити роботу — як і чату GPT не можемо довірити написання якогось твору. Він може допомогти його поліпшити, підібрати матеріал, краще структурувати.

Так само у сфері дослідження Землі. По-перше, ця галузь трохи новіша. Мовні моделі розвиваються вже кілька десятків років, а супутникові дані, на яких можна будувати моделі штучного інтелекту, тобто великі дані, з’явились у доступі лише у 2015-му. Отже, лише вісім років тому людство дістало змогу безплатно дивитись на Землю в розрізненні 10 метрів на один піксель. І за ці вісім років дуже потужно розвивається напрям штучного інтелекту. Застосовується багато моделей зі сфер обробки зображень і комп’ютерного зору, розвиваються спеціалізовані моделі для оброблення багатоспектральних супутникових даних.

Предметна царина супутникового інтелекту складніша, ніж просто обробка зображень. Якщо ми хочемо, наприклад, розпізнати, яка сільгоспкультура росте на полі, нам потрібно не один знімок проаналізувати, бо на 10-метровому розрізненні можна щось не розгледіти. Треба дивитись, як розвивається ця культура, коли вона була засіяна, коли досягла максимуму вегетації, коли вона, можливо, цвіла і коли цей вегетаційний період завершиться. Це робота з багатоспектральними зображеннями, які динамічно змінюються в часі. Тому задачі штучного інтелекту в цій царині набагато складніші, ніж в інших.

Проаналізуймо, де ми перебуваємо на шкалі прогресу інтелектуального дослідження Землі. Термін Earth Intelligence виник буквально два роки тому. І задача його створення ставиться як стратегічна, починаючи з 2025-го року.

Тобто сьогодні існують розрізнені відокремлені моделі, які розв’язують окремі конкретні задачі розпізнавання. А ми очікуємо, що років за 10–15 у нас буде модель на кшталт чату GPT, яка поводитиметься як цифровий двійник усієї нашої Землі, і ми будемо справді «відчувати пульс» планети.

— Які екологічні проєкти в Україні можуть профінансувати згадані вже європейські інституції? І які Україні потрібно все-таки розвивати самостійно і вкладати свої кошти?

— Я можу навести один приклад. Якщо Європейська комісія через програму Horizon Europe фінансує наукові та науково-інноваційні проєкти, які можуть бути спрямовані на перспективу і необов’язково мають впроваджуватися вже сьогодні, то Європейське космічне агентство підтримує конкретні прикладні розробки.

В результаті проєкту цього агентства має бути створена технологія, яка вже одразу застосовується урядами країн Євросоюзу, членів Європейського космічного агентства. Ми брали участь у двох таких проєктах, хоча Україна і не член ЄКА.

Перший — це Sen2Agri, спрямований на використання супутникових даних для сільського господарства. Другий — Sen4Stat, спрямований на розроблення супутникових технологій для використання департаментами статистики. В Україні державна статистика працює через збір даних від респондентів. Навіть, якщо треба дізнатись площі посівів, інформацію збирають телефоном або через заповнення форм. Департамент статистики має свої представництва на місцях. Вони обдзвонюють респондентів і питають, скільки кожний фермер посіяв, наприклад, гречки. Де вона посіяна — ніхто не знає. Тому що немає геопросторової інформації. Добре, що в результаті ця інформація якось узагальнюється і працює з використанням статистичних моделей.

У Європі проєкт Sen4Stat спрямований на те, щоб показати, що може дати супутник родини Sentinel європейським державам для збору статистики. Він може не все, він не зможе повністю відтворити традиційні форми статистичної звітності. Тому треба змінювати форми, треба змінювати вид представлення інформації, яка використовується департаментами статистики. Проєкт Sen4Stat для Європи завершився у 2022 році.

Коли у нас почалася війна, ЄКА запропонувало виділити фінансування, щоб адаптувати ці технології для України, попри те, що ми не входимо в ЄКА. Це великий крок назустріч Україні, тому що фінансування ЄКА призначене лише для країн, котрі є членами цього європейського агентства і сплачують членські внески.

Фінансування невелике. Нам передадуть програмний код, розроблений для країн Європейського Союзу, та нові інноваційні підходи, що розроблені для департаментів статистики європейських країн. Але застосувати їх напряму, отак просто взяти й запустити в Україні — не можна, тому що у нас інші агрокультури, інший ландшафт, інші ґрунти. Ті моделі штучного інтелекту, які розроблені, умовно кажучи, для Франції — не факт, що працюватимуть для України. Нам треба розвивати свої або адаптувати європейські до наших умов.

Тому, коли ми розраховуємо на якусь підтримку Європи, треба розуміти, що вони нам можуть профінансувати пілот. Вони нам можуть дати те, що в них є. Але нам потрібно самим аналізувати застосовність цих моделей. У цьому полягає роль науковців — адаптувати ці всі моделі, знайти потрібні дані, показати, що треба доробити, щоб воно працювало в Україні. Такі пілотні проєкти можуть профінансувати міжнародні організації-донори або Європейські фонди. Але запуск повноцінної системи в операційному режимі має фінансувати сама держава Україна.

А далі треба здійснювати capacity building наших органів влади, які мають цими інноваціями користуватись. У будь-якій країні чиновники звикли працювати за своїми усталеними процедурами. Вони не дуже хочуть інновацій. Їм, можливо, здається, що штучний інтелект завтра замінить їх усіх.

І тому нам потрібно підвищувати інституційну спроможність, показувати людям, що штучний інтелект — це крок уперед, що його застосування не призведе до скорочення кадрів, не знецінить їхню працю.

Підготував до друку Олег ЛИСТОПАД

Фото Олександра ПАНАСЮКА / АНТС

Підписуйтесь на нас в Telegram: тут найцікавіші аерокосмічні новини!