Στην προσπάθειά τους να κατανοήσουν το Σύμπαν με ακρίβεια που δεν έχει επιτευχθεί ποτέ στο παρελθόν, οι αστρονόμοι καταφεύγουν σε μια φαινομενικά παράδοξη τακτική: δημιουργούν ψεύτικα Σύμπαντα μέσα σε υπολογιστές. Η τεχνητή αυτή αναπαράσταση της κοσμικής πραγματικότητας, όσο αντιφατική κι αν ακούγεται, αποτελεί τη μόνη απάντηση στην τεράστια πρόκληση που αντιμετωπίζει σήμερα η επιστημονική κοινότητα: τον όγκο δεδομένων που παράγεται καθημερινά από τα υπερσύγχρονα τηλεσκόπια.
Τα τηλεσκόπια νέας γενιάς, όπως το Vera C. Rubin που λειτουργεί στη Χιλή, έχουν σχεδιαστεί για να σαρώνουν με ταχύτητα και ακρίβεια ολόκληρο το νότιο ημισφαίριο του ουρανού μέσα σε ελάχιστες ημέρες. Κάθε παρατήρηση αυτού του είδους μπορεί να παράγει δεκάδες τεραμπάιτ δεδομένων σε μία μόνο νύχτα, μια ποσότητα τόσο τεράστια που ξεπερνά κατά πολύ την ικανότητα ανθρώπινης επεξεργασίας. Αν ένας άνθρωπος προσπαθούσε να δει αυτές τις εικόνες, με ρυθμό μια 4K οθόνη ανά δευτερόλεπτο χωρίς διακοπή, θα κινούνταν 25 φορές πιο αργά από τον ρυθμό με τον οποίο καταφθάνουν τα νέα δεδομένα.
Μέσα σε αυτή την πληροφοριακή καταιγίδα, η μόνη ρεαλιστική διέξοδος είναι η τεχνητή νοημοσύνη. Προηγμένοι αλγόριθμοι έχουν προγραμματιστεί ώστε να “ξεσκαρτάρουν” τα δεδομένα και να εντοπίζουν σπάνια και κοσμολογικά φαινόμενα, όπως υπερκαινοφανείς αστέρες, περιπλανώμενους αστεροειδείς ή και τα ανεπαίσθητα ίχνη της Σκοτεινής Ύλης.
Όμως αυτό εγείρει ένα σοβαρό ερώτημα: πώς μπορεί κανείς να εμπιστευτεί απόλυτα ένα λογισμικό για την αναγνώριση ενός φαινομένου με επιστημονική βαρύτητα; Πώς διασφαλίζεται ότι ένας αλγόριθμος δεν συγχέει ένα αδύναμο σήμα με κάποιο τεχνικό σφάλμα του εξοπλισμού ή με παρεμβολές της ατμόσφαιρας; Η απάντηση βρίσκεται στη δημιουργία συνθετικών συμπάντων — τεχνητών εικόνων που λειτουργούν ως πεδίο δοκιμής για τα μαθησιακά συστήματα τεχνητής νοημοσύνης.
Σε αυτό το πλαίσιο, καθοριστικό ρόλο παίζει το λογισμικό PhoSim (Photon Simulator). Με αυτό το εργαλείο, οι αστρονόμοι μπορούν να παράγουν εξαιρετικά ρεαλιστικές εικόνες του ουρανού, με ακρίβεια που φτάνει μέχρι το επίπεδο του μεμονωμένου φωτονίου. Δεν πρόκειται απλώς για μια απεικόνιση αστεριών και γαλαξιών. Το PhoSim προσομοιώνει ολόκληρη τη διαδρομή του φωτός από την πηγή του μέχρι τον ανιχνευτή του τηλεσκοπίου.
Κάθε φωτόνιο «παρακολουθείται» καθώς διασχίζει το Διάστημα, καθώς εκτρέπεται και αλλοιώνεται από την ατμοσφαιρική αναταραχή, αντανακλάται από καθρέφτες και τελικά μετατρέπεται σε ηλεκτρικό σήμα. Εφόσον κάθε στοιχείο αυτής της εικονικής εικόνας είναι γνωστό εκ των προτέρων, οι εικόνες αυτές μετατρέπονται σε ιδανικά εκπαιδευτικά δεδομένα για την τεχνητή νοημοσύνη.
Πάνω σε αυτό το εικονικό Σύμπαν, οι αλγόριθμοι εκπαιδεύονται και αξιολογούνται. Δοκιμάζονται για το αν μπορούν να αναγνωρίσουν σωστά τα χαρακτηριστικά που έχουν ενσωματωθεί σκόπιμα από τους επιστήμονες. Αν δεν τα εντοπίσουν ή τα ερμηνεύσουν λάθος, αυτό σημαίνει ότι υπάρχει περιθώριο βελτίωσης στον τρόπο λειτουργίας τους. Παράλληλα, η διαδικασία βοηθά στον εντοπισμό και τη διόρθωση συστηματικών σφαλμάτων που υπάρχουν στις πραγματικές παρατηρήσεις.
Για παράδειγμα, μικρές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας στην επιφάνεια ενός κατόπτρου μπορεί να προκαλέσουν φαινόμενα όπως ο αστιγματισμός στην εικόνα. Παράλληλα, η ανατάραξη των ανέμων σε μεγάλα υψόμετρα μπορεί να θολώσει ή να μετακινήσει ελαφρώς την εμφάνιση των αστεριών. Μέσα από την προσομοίωση αυτών των φαινομένων σε ελεγχόμενο περιβάλλον, η τεχνητή νοημοσύνη μαθαίνει να τα διακρίνει από τα αυθεντικά αστρονομικά σήματα.
[via]
