בינה מלאכותית וחקר החלל

בשנת 1999 אבד הקשר עם רכב מחקר ("נחתת קוטב מאדים" – Mars Polar Lander) שהיה אמור לנחות באזור הקוטב הדרומי של מאדים. בעוד המדענים והמהנדסים מנסים לחדש את הקשר עם הנחתת, הודיע ג'יי לֶנו בתוכנית הלילה שלו על הופעת ספר חדש: "גברים הם ממאדים, נשים הן מנוגה, איפה לעזאזל נחתת קוטב מאדים?".

בסופו של דבר התברר כי הרכב התרסק, במקום לנחות נחיתה רכה (למידע מקיף על ההתרסקות, לחצו כאן). ועדת חקירה שמונתה על ידי נאס"א מצאה כי הסיבה הסבירה ביותר להתרסקות היא קבלת אות מוטעה מהחיישנים שהיו מחוברים לרגלי הנחיתה. למרות שרכב הנחיתה היה עדיין ארבעים מטר מעל פני מאדים, אות זה הצביע בטעות על כך כי הרגליים נגעו בקרקע, ולכן סגר מחשב החללית את המנוע. כישלון זה, יחד עם כישלונות אחרים באותה שנה, העיב על הצלחות מוקדמות יותר בחקר מאדים, ועיכב משמעותית את התקדמות הידע האנושי על כוכב הלכת האדום.

המחשב פשוט לא יודע

אם היה אסטרונאוט אנושי מטיס את החללית, הוא ודאי היה שם לב כי הדיווח על הנגיעה בקרקע סותר את הדיווח ממד-הגובה. דיווח מד-הגובה היה אמנם זמין גם למחשב החללית, אך בניגוד לאדם, המחשב אינו "יודע שהוא יודע": התוכנה ששלטה במנוע לא תוכננה לבדוק את גובה החללית מעל הקרקע לפני כיבוי המנוע.

קל כמובן להאשים בכך את כותבי תוכנת הבקרה. אפשר גם להצביע על הטעות בתכנון התוכנה שניתחה את דיווחי החיישנים, וכך גרמה לדיווח השגוי. אכן, נאס"א למדה לקחים בתחומים אלה. עם זאת, האם באמת אפשר לחזות כל מצב? ומה היינו מציעים לכותבי התוכנה לעשות במצב של סתירה בין דיווחי הגובה לדיווחי המגע בקרקע? הרי גם חיישן הגובה עשוי לטעות!

כדאי לחשוב על סיפור זה מזווית אחרת: מדוע אנו מאמינים כי טייס אנושי היה מונע את ההתרסקות? איך היה הוא מחליט מי משני החיישנים צודק (נניח כי אינו יכול להסתכל מהחלון)? התשובה היא בהבנתו של האדם את הקונטקסט: לאיזה שלב הגיע ביצוע המשימה? מהן התקלות הסבירות יותר כרגע? מהם הסיכונים וההשלכות של ההחלטה לכבות את המנוע כאשר הרכב עדיין לא נחת, מול ההחלטה להשאיר את המנוע פועל לעוד שניות מספר כאשר הרכב נמצא על הקרקע?

טייס אנושי ודאי היה גם שם לב כי האינדיקציה הראשונה לכך שהרגל נגעה בקרקע הגיעה בדיוק ברגע שהופעל המנגנון המרחיק את הרגל מגוף החללית ומביא אותה אל עמדת הנחיתה שלה. עבור אדם המבין מעט בפעולות מנגנוניים אלקטרו-מכאניים, צירוף מקרים זה מעלה את החשד כי דווקא דיווח חיישן זה הוא המוטעה, כתוצאה מזעזוע רגעי המתרחש בעת נעילת הרגל במצבה החדש. נעיר כי מתכנני המערכת צפו זעזועים כאלה ויצרו תוכנה המזהה אותם ומסמנת את דיווח הנגיעה בקרקע כשגוי, אך טעות בתכנות גרמה לסימון זה "להישכח" ברגע הקריטי של מעבר למצב נחיתה.

מודל ומציאות

האם ניתן ללמד תוכנה לבצע אותם שיקולים שהיו מנחים אדם במצב דומה? בנאס"א חושבים כי הדבר אפשרי. לאחרונה הודיעה נאס"א על תוצאות מעודדות מתוכנת בינה מלאכותית בשם ליווינגסטון (Livingstone), על שמו של המדען והרופא דייויד ליווינגסטון (1873-1813), שהתפרסם במסעותיו באפריקה. למידע נוסף על התוכנה, לחצו כאן.

ייתכן ששם זה נבחר מפני שגם דייויד ליווינגסטון נדרש לפעול בסביבה לא מוכרת, וללא קשר עם המוסדות ששלחו אותו למסעותיו. תוכנת ליווינגסטון הופעלה לראשונה בחלל בשנת 1994, על סיפון החללית "חלל עמוק 1" (Deep Space 1). לקראת סוף 1999, הופעלה גרסה משופרת בהרבה של ליווינגסטון על הלוויין "מצפה ארץ 1" (Earth Observing 1).

מטרת ליווינגסטון היא לגלות בעיות ותקלות בתפקוד מערכות מורכבות. גילוי כזה יכול למנוע תקלות קריטיות, כמו זו שגרמה להתרסקות "נחתת קוטב מאדים", כמו גם בעיות אחרות. לדוגמה, מדענים במרכז המחקר איימס (Ames), ששם פותחה התוכנה, מצביעים על יום שלם שבו סובב רכב "אופורטוניטי" את גלגליו לריק על מדרון חלקלק של מכתש במאדים. משמעותו של יום אבוד זה הוא יום אחד פחות של מחקר, מכיוון שמשך החיים של אופורטוניטי הוא מוגבל. ליווינגסטון נדרשת גם לגלות בעיות בעודן מתפתחות, לפני שיספיקו לגרום לנזק.

מודל התנהגות משוכלל

עקרון הפעולה של ליווינגסטון ניתן לתיאור בקצרה כבניית מודל התנהגות של מערכות החללית, והשוואת התחזיות שנותן המודל להתנהגות המערכות במציאות. כפי שהוזכר בעבר בטור זה ("לייצר עתיד" בגליליאו 72, "זיכרונות מהעתיד" בגליליאו 76), רבים בקהילות הבינה המלאכותית והפילוסופיה הקוגניטיבית רואים בתהליך זה את תמצית ההגדרה של אינטליגנציה.

אמנם קשה לייחס לליווינגסטון בינה אנושית, אך בתחום המצומצם שלה היא אכן מדגימה את יכולתו של עיקרון זה לפתור בעיות חשובות. על גבי "מצפה ארץ 1", התחום שבו פועלת ליווינגסטון הוא בקרה על מערכות הדימות (imaging – יצירת תמונות על ידי מצלמות, מכ"ם וכו') של הלוויין.

מערכות אלו כוללות רכיבים אלקטרוניים (מגברים, מעבדי תמונה וכו'), אופטיים (עדשות), מכאניים (מנועי כיוון ומיקוד) וכו'. פעולתה של לויווינגסטון ניתנת להשוואה לפעולתו של צוות מומחים הנשאל "אם נכוון את העדשות למצב X, נפעיל את המיקוד ברמה Y, וננסה לייצר תמונה בתהליך Z, מה צפוי שיקרה?".

שורה של ניבויים

הצוות יעיין בשרטוטים האלקטרוניים, בספרי אופטיקה ובמפרטי רכיבי המערכת, ויעניק סידרה של ניבויים כמו "הזרם שתצרוך מערכת האופטיקה יהיה A, הניגוד בתמונה המתקבלת יהיה B, והטמפרטורה במנוע המצלמה תעלה במקצת בדקה הראשונה של הפעולה אך תתייצב לאחר מכן". בניגוד לצוות המומחים שבהשוואה זו, ליווינגסטון מסוגלת לתת ניבויים כאלה שוב ושוב, לאורך חודשים ושנים של פעילות. את השרטוטים והמפרטים מחליף בליווינגסטון מודל המערכת: מידע על כל חלק במערכת, אופני הפעילות שלו, והדרך שבה מצבו והשפעות הסביבה עליו קובעים את השפעתו על רכיבים אחרים שאליהם הוא מחובר.

עתה, אם אחד מהניבויים לא יתאים למה שיימדד בפועל – למשל הזרם הנצרך שונה מהותית מהצפוי – אפשר לנסות השערות שונות, כאילו שאלנו את צוות המומחים: "אם באותו מצב שתיארנו קודם נחלש ספק הכוח של מייצב העדשה, מה אז יהיה הזרם במערכת?" אם הניבוי החדש מתאים יותר למציאות, אז ההשערה בדבר תקלה בספק הכוח תקבל דירוג גבוה בתוך ההסברים האפשריים לתקלה, וייתכן כי המפעילים יבחרו לשלוח לחללית פקודה למיתוג של ספק כוח אחר אל העדשה.

בניסוי על "מצפה ארץ 1" גרמו המפעילים במרכז הבקרה ל"תקלות מדומות" על ידי הפעלה מרחוק. ב- 16 מתוך 17 התקלות השונות ש"הוזנו" למערכת, הצליחה ליווינגסטון לא רק לגלות כי קרתה תקלה, אלא גם להצביע במדויק על רכיב המערכת הפגום. תוצאה זו נחשבת להצלחה מרשימה: אם תקרה תקלה אמיתית במערכות שעליהן משגיחה ליווינגסטון, הניסוי מראה כי יש סיכוי גבוה לכך שהתקלה תתגלה לפני שתספיק לגרום לנזק, והמפעילים האנושיים יקבלו מידע מדויק על הסיבות לתקלה.

מכיוון שמערכות המשוגרות לחלל כוללות כמה רמות של יתירות (יתירות – redundancy – היא הכפלה של רכיבים במערכת כדי לאפשר תפקוד גם לאחר שרכיבים מסוימים נפגעים, מידע כזה יכול לעתים קרובות לסייע להחזרת התפקוד המלא על ידי מתן פקודות מרחוק.

כאן כמובן עולה השאלה מדוע לא תוכל תוכנת הבינה המלאכותית גם להחליט בעצמה על מתן פקודות כאלו. יש להניח כי ככל שנדרוש אוטונומיה רבה יותר מהרובוטים שאנו שולחים לחלל, תעלה החשיבות גם של יכולות כאלו.

העשור של הרובוטים

ליווינגסטון אינה תוכנת הבינה המלאכותית היחידה שנאס"א שיגרה לחלל. במעבדת ההנעה הסילונית (JPL – Jet Propulsion Laboratory) פועלת קבוצת בינה מלאכותית שאחראית על פרויקטים רבים בתחום זה. "מצפה ארץ 1" משַמש בשנים האחרונות כמעבדת-חלל לבחינת תוכנות בינה מלאכותית ושילובן יחד לשלם הגדול מסכום חלקיו.

לדוגמה, על לוויין זה מותקנת תוכנה המנתחת בעצמה תמונות שצילם הלוויין ומזהה אזורים "מעניינים". תוכנה אחרת מתרגמת את משימות המחקר לתכנון ותיאום פעולות המכשירים המדעיים ומערכות התצפית על הלוויין לפי עדיפויות כל משימה. יחד, עשוי זיהוי איזור "מעניין", כמו התחממות העשויה להצביע על התפרצות געשית קרובה, להעלות את עדיפות המשימה של צילומי הר הגעש במכשירי דימות שונים, וכך להשיג מידע מפורט וחשוב.

אילו החלטות כאלו היו דורשות שידור התצלומים לכדור הארץ, ניתוח תמונות על ידי מומחים אנושיים, הערכת חשיבות, והפניה לוועדת תכנון פעולות הלוויין כדי לשנות את התוכנית המקורית, לא היתה כל אפשרות להשיג את המידע אפילו כאשר מדובר בלוויין המקיף את כדור הארץ – קל וחומר כאשר מדובר בחללית מחקר שנמצאת ליד שבתאי.

חללית כזו מוגבלת לא רק על ידי הזמן הנדרש לשידור ולקליטה, אלא גם על ידי כמות המידע שניתן לשדר, המוגבלת בגלל המרחק הרב מכדור הארץ: אם החללית יכולה לצלם הרבה יותר תמונות משהיא יכולה לשדר, יש יתרון רב לחללית שיכולה לנתח בעצמה את התמונות, לבחור אזורים מעניינים להתמקדות, ולשלוח חזרה אותן תמונות שיועילו ביותר למדענים על כדור הארץ. יכולת כזו הופעלה בהצלחה בתהליך עצמאי שבו צילם "מצפה ארץ 1" את אנטארקטיקה.

ויש גם הצלחות מרשימות

בניגוד לכישלונות במספר משימות מחקר לא-מאוישות קודמות, בשנת 2004 זכינו במספר הצלחות מרשימות של רכבי-חלל רובוטיים: "ספיריט" ו"אופורטוניטי" שממשיכים עד עתה לנוע על מאדים ולחקור אותו, סלע אחר סלע; וכמובן חללית "קאסיני" החוקרת את המערכת המורכבת והיפהפייה של שבתאי, טבעותיו ו-33 ירחיו, ורכב הנחיתה "הויגנס" שהצליח הרבה מעבר למשוער בנחיתתו על טיטאן, הירח המסקרן של שבתאי, ב- 14 לינואר 2005.

רובוטים אלה רחוקים מאוד מהיכולות של רובוטים בספרות וסרטי המדע הבדיוני, אך יש להם כבר יכולות אוטונומיות משמעותיות המאפשרות להם לנהל חלק מפעילויותיהם בצורה מושכלת ועצמאית. אין ספק בצורך באוטונומיה כזו: זמן התקשורת הלוך-ושוב של מידע והחלטות הוא כעשר דקות בממוצע בין כדור הארץ לבין מאדים, וכמעט שלוש שעות בין כדור הארץ לבין שבתאי.

זמן זה אינו מאפשר שליטה "בזמן אמיתי" תוך בקרה ממרכזי שליטה על כדור הארץ, ולכן הוא מחייב את מתכנני הרובוטים להעניק להם יותר חופש החלטה. כאמור, המשימות האחרונות הוכיחו את אפשרות בניית רובוטים אוטונומיים. התפתחויות טכנולוגיות עתידיות, כמו אלו שהוזכרו, עשויות להעלות יכולות אלו בכמה דרגות ובכך להצעיד קדימה את חקר החלל.