Автономные суперяхты могут стать будущим благодаря искусственному интеллекту

По мере увеличения присутствия искусственного интеллекта в нашей жизни Мэрилин Моуэр исследует новую эру парусного спорта и возможности автономных яхт...

В апреле небольшая алюминиевая лодка покинет Плимут и отправится на запад, в сторону Нового Света. Его название - автономный корабль "Мэйфлауэр" (MAS), и ему, возможно, удастся оказать по крайней мере такое же значительное влияние на человечество, как и его тезке 400 лет назад, но совершенно другими средствами. В то время как первое путешествие "Мэйфлауэр", совершенное в поисках открытий, привело колонистов через Атлантику, навсегда изменив ландшафт и население континента, это судно плывет беспилотным, самостоятельно принимая навигационные решения и проводя исследования автономно. Когда MAS пересечет Атлантику, он войдет в историю как одно из самых всеобъемлющих приложений искусственного интеллекта (ИИ) на сегодняшний день, не только предлагая ученым менее затратный способ сбора информации, но и изменяя определение “капитан” в процессе.
Автономный корабль "Мэйфлауэр" (MAS) может преуспеть в том, чтобы оказать по крайней мере такое же значительное влияние на человечество, как и его тезка 400 лет назад, но совершенно другими средствами.

MAS - это 15-метровый тримаран на солнечных батареях, построенный компанией Aluship в Гданьске, Польша, и оснащенный в Плимуте под руководством ProMare, некоммерческой морской научно-исследовательской корпорации, основанной в 2001 году. Сочетание новейших технологий и ошеломляющих алгоритмов с двумя годами интенсивного машинного обучения обеспечивает необходимые возможности для действительно автономной работы корабля в одном пакете. Не заблуждайтесь: это не робот и не беспилотник.

Миссия проекта MAS400 состоит в том, чтобы совершить беспосадочный круиз в Плимут, штат Массачусетс, наиболее эффективным и безопасным способом без участия человека. Он оснащен шестью камерами, радаром, гидролокатором, АИС, программами GPS-навигации и мониторинга погоды, питающими 15 бортовых периферийных компьютеров (в которых данные обрабатываются самим устройством, а не передаются в центр обработки данных). Его капитан, штурман, боцман и инженер представляют собой набор машин, которые будут нести вахту, определять курс и скорость, контролировать мощность и проводить эксперименты.

Аренда яхт https://podmoskovnaya-riviera.ru

Разработанный для решения проблемы, связанной с тем, что получение данных морской науки часто является трудным и дорогостоящим, MAS будет проводить отбор проб качества воды и прослушивать китов на протяжении всего рейса. Его бортовые вычислительные мощности будут отслеживать электроэнергию, запасаемую или используемую в литий-ионных фосфатных батареях от солнечных панелей, и, при необходимости, включать небольшой генератор, чтобы поддерживать лодку на ходу. Он был обучен распознавать и отслеживать препятствия и избегать их с помощью маневров, соответствующих правилам безопасности и навигации, а также его собственным возможностям в зависимости от морских и погодных условий. Сложные алгоритмы и деревья решений сопоставляют правила и протоколы с текущей и прогнозируемой погодой и состоянием моря, эксплуатационным состоянием судна, препятствиями и опасностями. MAS потребуется около двух недель, чтобы завершить свое пересечение, работая 24/7, и в течение этого времени ни одному человеку не придется указывать ему, что делать дальше.

Проект MAS400 начался с небольшого количества этого незаменимого ингредиента – прозорливости. Бретт Фанеф, соучредитель некоммерческой исследовательской группы ProMare, а также глава плимутской компании по производству подводных лодок M Subs, присутствовал на заседании Совета Плимута в 2016 году, на котором обсуждалось, как отметить 400-летие знаменитого рейса Mayflower 1620 года. Были сторонники того, чтобы отправить точную копию в Америку, но Фанеф пробудил воображение, заявив, что путешествие должно быть посвящено будущему. Он предложил новый вид корабля, работающего на солнечных батареях и управляемого искусственным интеллектом; тот, который мог бы проводить океанские исследования во время плавания в память об этом путешествии. Совет, сообщество и несколько университетов Великобритании поддержали проект, хотя на тот момент все технологии, необходимые для его реализации, были недоступны. Участие IBM стало решающим связующим звеном. В то время как разработка проекта и дизайн маленького корабля Рэйчел Николс Ли из Whiskerstay в Фалмуте и M Subs увлекательны, как и его способность собирать океанические данные для Десятилетия океанологии Организации Объединенных Наций в интересах устойчивого развития, мы сосредоточены на том, что означает MAS для будущего дизайна яхт и операции.

Беспилотные катера на горизонте

В коммерческом судоходстве идея автономных судов имеет огромное значение, обусловленное необходимостью снижения затрат. Подумайте об экономии за счет устранения расходов на экипаж, а также о пространстве для размещения, освобожденном для оплаты груза.

“Устранение человеческого фактора из MAS позволило нам полностью переосмыслить дизайн лодки”, - говорит Фанеф. “Вместо того, чтобы думать о еде, сне и санитарных условиях, инженеры-конструкторы смогли сосредоточиться исключительно на механике и функциях корабля”.
Основной корпус MAS находится в стадии строительства.
Кредиты для изображений: IBM

Конечно, это также позволяет использовать более экологичный корабль без нагрузки на отель. “Мощность дизельного генератора составляет всего 20 кВт, и лодка может перевозить две тонны топлива при полной заправке, но, основываясь на наших CFD и испытаниях, он не понадобится, чтобы пересечь океан”, - говорит директор ProMare Айсе Атауз Фанеф. “При ярком солнце он может работать почти бесконечно только на солнечной энергии, хотя и с пониженной скоростью”.

И это будет более безопасный корабль. Представьте себе, если бы можно было устранить 75 процентов столкновений на море, вызванных ошибкой оператора. В то время как радар, лидар (обнаружение и определение дальности света) и системы АИС уже существуют, они, как правило, являются просто оповещениями и не интегрированы в командную сеть судна или не связаны с другими данными, такими как курс и скорость, погодные условия и экономичность эксплуатации.

Впервые представленный на конференции BOAT International Life Under Sail в ноябре 2019 года, OSCAR представляет собой систему предотвращения столкновений с камерами ночного видения и цветными камерами, а также процессором искусственного интеллекта, который может подключаться к автопилоту судна (или дросселям на моторной яхте). Изобретенный Рафаэлем Бьянкале, он обнаруживает плавающие, неподвижные или полузатопленные объекты, использует искусственный интеллект для оценки их потенциальной опасности и может предупредить экипаж или даже схватиться за штурвал, чтобы избежать столкновения.

ИИ - это идеальный “автообновитель”, говорит Патрик Хебиг из BSB Artificial Intelligence. “ОСКАР никогда не перестает учиться”. Обучение состоит в том, чтобы показать ОСКАРУ картинку и рассказать, что важно на этой картинке. Например, ОСКАР узнал, что буи, скорее всего, являются неподвижными объектами, и на них не следует натыкаться. “Потребовалось 7000 изображений, чтобы научить ОСКАРА, что такое буй [учитывая, что они бывают самых разных форм, размеров и цветов]”. Он должен идентифицировать один из них за долю секунды и получить доступ к алгоритму, который поставляется с “буем”, чтобы уведомить шкипера или запустить систему уклонения, если он находится на пути судна.

“В настоящее время в базе данных визуального распознавания содержится до 55 миллионов изображений [от волн до птиц, китов, кораблей, плотов и бревен до скал, пляжей и волнорезов]”, - продолжает Хебиг. “Мы уверены, что OSCAR на 90 процентов точен в определении предметов, которые могут столкнуться с яхтой”. Окончательное испытание происходит прямо сейчас с установками на 18 из 32 IMOCA 60s, которые в настоящее время демонстрируются по всему миру в Vendée Globe. Одна лодка, Malizia, тестирует систему, связанную с автопилотом.

MAS доводит это предотвращение столкновений до автоматизма с помощью АИС с двойным резервированием, Veripos GNSS, двухдиапазонного РАДАРА K-диапазона от Wärtsilä и многих систем камер. Эти данные будут введены в рабочий сценарий и проанализированы встроенным ИИ, который использует “механизм правил” для определения вариантов навигации, совместимых с COLREG. В отличие от того злодейского компьютерного ХЭЛА из "2001: Космическая одиссея", MAS прозрачно записывает все свои решения, а в случае необходимости изменения курса при столкновении с другим судном передает свои намерения и новый курс по VHS-радио.

Автономные суперяхты?

Все эти технологии кажутся хорошо разработанными для одного проекта небольшой лодки, но как искусственный интеллект влияет на мир суперяхт? Есть ли на горизонте автономная яхта?

Несмотря на то, что 2001 год привел нас к десятилетиям недоверия к машинам, в последние годы ИИ и машинное обучение выросли в геометрической прогрессии. Это то, что заставляет работать ваши Roomba, Alexa, Google Maps и даже Tinder.
Пользовательский интерфейс ОСКАРА.
Титры изображения: BSB Marine

Наиболее известными автономными разработками являются самоуправляемые автомобили, которые в настоящее время тестируются. Элементы этой технологии, такие как автоматическое торможение, самостоятельная парковка, предотвращение лобовых столкновений и предупреждения о заносе с полосы движения, уже используются, а Mercedes-Benz, Tesla и Cadillac имеют более сложные системы помощи водителю для ограниченного применения. Тем не менее, полностью автономные автомобили, первоначально обещанные на 2017 год, остаются предметом фильмов. Смертельные случаи во время тестирования на данный момент означают только контролируемое моделирование. Количество тренировочных машин, необходимых для безопасного реагирования, было сильно недооценено, так что представьте себе обучение, необходимое для автономного управления чем-то таким сложным, как 100-метровая суперяхта. Однако растет число операций, связанных с суперяхтами, в которых искусственный интеллект может быть чрезвычайно полезен.

Джеффри Боулз, директор студии военно-морской архитектуры DLBA, подразделения Gibbs & Cox, рассматривает искусственный интеллект как инструмент для повышения счастья владельца и обеспечения бесперебойной работы яхты. “SAHM, или Самоадаптивный мониторинг работоспособности, позволит искусственному интеллекту отслеживать все создаваемые системные данные, которые не могут отследить ни главный инженер, ни капитан”, - говорит он. “Он просматривает все точки данных, поступающие из всех систем, и, используя алгоритмы, может предсказать, когда и когда часть оборудования может выйти из строя, давая экипажу время для устранения проблемы, прежде чем сбой отменит поездку владельца”. Единственным недостатком на данный момент является то, что не существует универсального языка для всех данных gear.
OSCAR - это система предотвращения столкновений.
Титры изображения: ОСКАР

Что, если бы корабль всегда мог сам выбрать наиболее экономичный маршрут? В то время как исследования показали, что ИИ может снизить расход топлива, позволяя компьютеру прокладывать маршрут, следующим шагом будет создание грузовых и танкерных судов, которые могут безопасно работать без экипажа (30% стоимости рейса), по крайней мере, на протяжении большей части рейса.

Новое партнерство между Rolls-Royce и Google Cloud Machine Learning Engine обещает самообучающиеся корабли благодаря передовым алгоритмам машинного обучения. Это также приблизит к реальности концепцию полностью автономного корабля Rolls-Royce– впервые представленную в 2013 году. Первый шаг - ускорить обучение существующих алгоритмов искусственного интеллекта для распознавания изображений и определить правила опасности с помощью программного обеспечения, используемого в приложениях Google для голосового и графического поиска. Это облачное обучение может быть передано любому подключенному судну или наземному центру управления.
Новое партнерство между Rolls-Royce и Google Cloud Machine Learning Engine обещает самообучающиеся корабли благодаря передовым алгоритмам машинного обучения

Угроза кибербезопасности

В июне 2020 года судоходный гигант Maersk был выведен из строя на несколько дней, а его заказы были прерваны на несколько недель, когда его ИТ-система была уничтожена вредоносным ПО. Maersk даже не был целью, но кибератака распространилась на 50 000 пользователей и 600 сайтов в 130 странах. Атака обошлась Maersk примерно в 300 миллионов долларов (210 миллионов фунтов стерлингов).

ИИ - идеальное решение для роста киберугроз, подобных этой, потому что он реагирует намного быстрее, чем когда-либо мог человек, говорит Ник Помпонио, соучредитель и операционный директор CSS Platinum. Британская охранная фирма заключила партнерство с Darktrace, масштабируемым приложением для искусственного интеллекта, которое работает в фоновом режиме в сети связи. “Он изучает привычки, модели, оборудование и пользователей в сети”, - говорит Помпонио. “Если кто-то или что-то, даже скрытое вредоносное ПО, получает доступ к системе и работает вне изученных шаблонов приложения, оно изолирует связь и эту пользовательскую точку и уведомляет администратора до того, как будет нанесен ущерб”.

Международная морская организация (IMO) обязала, чтобы все коммерческие суда водоизмещением более 500 тонн, включая суперяхты, имели действующий план кибербезопасности после 1 января 2021 года.

Грандиозные проекты для искусственного интеллекта

Дизайн самих лодок вскоре может быть передан ИИ. “Дизайн - интересная область разработки искусственного интеллекта, и некоторые вещи в работах я не могу раскрыть”, - говорит Бьерн-Йохан Вартдал, глава Морского инкубатора Maersk DNV GL. “По сути, вы указываете допустимые границы и другие детали и спрашиваете компьютер, какая форма лучше всего подходит для достижения цели. Это может быть весь корпус, а может быть что-то столь же специфическое, как форма пропеллера. Это выводит дизайнера из рамок предвзятых представлений. Возможно, это решение невозможно построить с помощью традиционного [производства], но именно тогда вам нужно подумать о 3D-печати. Это действительно открывает дизайн”.

Вартдал ссылается на ряд продуктов, разработанных с помощью программного обеспечения Autodesk, которые существуют с начала века. “Есть велосипеды, сиденья в самолете, вентиляторы и многое другое, которые были разработаны компьютерами как лучшее решение для данной проблемы. Искусственный интеллект разрабатывает вещи, которые раньше были невозможны”, - говорит он.

Требования к обработке данных для искусственного интеллекта огромны. Чтобы удовлетворить требования машинного обучения и технологий компьютерного зрения для MAS AI captain, команда использовала IBM Power AC922, работающий на базе процессоров IBM Power9 и графических процессоров NVIDIA, тех же технологий, что и самые умные суперкомпьютеры с искусственным интеллектом в мире.  

Гидо Лоефф, старший руководитель группы исследований и разработок в Feadship De Voogt Naval Architects, рассказывает, что компания использует искусственный интеллект в исследованиях, а также стремится развивать свои возможности. “В будущем нам будет все больше и больше нужен искусственный интеллект, чтобы иметь возможность обрабатывать огромные объемы данных”, - говорит он, ссылаясь на то, что в настоящее время камнем преткновения является отсутствие оцифровки существующих данных из-за таких широких проблем, как управление, подключение и юридическое владение.

“Для нашей работы искусственный интеллект станет фактором, способствующим цифровому прогрессу приложений”, - говорит Лофф. Описывая яхту как “совокупность систем, выдающих огромное количество данных”, он отмечает, что легко достичь 100 000 параметров /выборок в секунду. Только количество точек данных по ОВКВ на яхте может достигать 15 000. “Экипаж не может эффективно использовать лавину информации с помощью ручных электронных таблиц; для этого требуются умные алгоритмы. В настоящее время они в основном используют функции мониторинга и сигнализации. Искусственный интеллект мог бы обеспечить прогнозирующее понимание”. Одним из примеров является температура выхлопных газов двигателя. “Высокие температуры могут означать износ двигателя, засорение выхлопного фильтра, плохую погоду, чрезмерное загрязнение корпуса / пропеллера или что-то совершенно другое. Чтобы определить и устранить причину, вам нужны данные из различных источников и методы диагностики, и все это в режиме реального времени.  

“Для целей исследований и разработок у нас есть три яхты [и одна на ходу], полностью подключенные к сети, и установлено хранилище данных большой емкости”, - продолжает Лоефф. “Например, в настоящее время мы используем волоконно-оптические датчики для определения влияния тепловых, волновых и парусных нагрузок на конструкцию судна. Эти системы при умеренных настройках производят выборку с частотой 20 кГц, так что каждую секунду [имеется] 20 000 точек измерения на датчик, и их 40. Мы запускаем автоматизированные алгоритмы на борту, чтобы уменьшить эти данные до 200 Гц и отправить трехминутную производную статистику в облако ”.

Хотя легко понять, как эти примеры искусственного интеллекта могут улучшить дизайн и эксплуатацию лодок в ближайшем будущем, трудно представить, что он заменит опытный экипаж суперяхты, когда дело доходит до обслуживания, несмотря на несколько недавних исследований, показывающих, что миллениалы на самом деле предпочитают взаимодействовать с роботами. Если это так, то, возможно, для них найдется подходящая лодка…

Источник: www.boatinternational.com

Комментарии: