Γιατί η νοημοσύνη σμήνους είναι σημαντική για τα αυτόνομα διαστημόπλοια

Μέχρι πρόσφατα, η κυρίαρχη μέθοδος κατασκευής ενός κινητού μηχανήματος, είτε πρόκειται για αεροπλάνο, διαστημόπλοιο ή υποβρύχιο, ήταν ο σχεδιασμός του παράλληλα με καλά εδραιωμένα μηχανικά συστήματα. Πιο πρόσφατα, εμφανίστηκε η ιδέα της «βιονικής», όπου τεχνητοί σχεδιασμοί μιμούνται βιολογικούς, ιδιαίτερα για χαρακτηριστικά όπως η μορφολογία και η κίνηση. Αυτό μπορεί να πάρει τη μορφή μίμησης των λυγμών για τη δημιουργία μικροδράκων, ανθρώπινων χεριών για ρομπότ, ή κατασκευής υποβρύχιων οχημάτων με σχήμα θαλάσσιων πλασμάτων.

Αυτή η προσέγγιση βοηθά να αξιοποιηθούν τα δισεκατομμύρια χρόνια της εξελικτικής διαδικασίας που έχουν βελτιστοποιήσει σχήματα και δομές για συγκεκριμένες συνθήκες, συνήθως με έντονη τάση ενεργειακής αποδοτικότητας και ανθεκτικότητας που οι τεχνητές μηχανικές σχεδιάσεις δυσκολεύονται να αντιστοιχίσουν.

Ένα νέο επιστημονικό άρθρο προσπαθεί να προωθήσει περαιτέρω αυτή την ιδέα, γραμμένο από ερευνητές του Πανεπιστημίου Πεκίνου και της Κινέζικης Ακαδημίας Συστήματος και Καινοτομίας Αεροδιαστημικής. Η μελέτη υποστηρίζει ότι μια νέα έννοια που ονομάζεται Εκτεταμένη Βιονική Νοημοσύνη (EBI) θα μπορούσε να ενδυναμώσει περαιτέρω τεχνητά συστήματα μεταφέροντας εξελικτικούς μηχανισμούς που έχουν τελειοποιηθεί σε δισεκατομμύρια χρόνια, ιδιαίτερα για εφαρμογές αεροδιαστημικής.

Δημοσιεύτηκε στο Chinese Journal of Aeronautics¹ υπό τον τίτλο «Thoughts on extensive bionics intelligence in aerospace field».

Βιονική vs Εκτεταμένη Βιονική

Ένας λόγος για τον οποίο τα σύνθετα συστήματα παίρνουν όλο και περισσότερη έμπνευση από βιολογικά συστήματα είναι ότι, καθώς αυξάνεται η πολυπλοκότητά τους, ο σχεδιασμός τους αντιμετωπίζει τα ίδια προβλήματα με τα βιολογικά οργανίδια:

• Ένα πολύπλοκο πλέγμα διαφορετικών στοιχείων πρέπει να λειτουργεί ομαλά μαζί.
• Οι μεταβαλλόμενες συνθήκες και περιβάλλοντα απαιτούν γρήγορη προσαρμογή.
• «Μακροσκοπική εμφάνιση δια-επίπεδων εξελιγμένων λειτουργιών που λείπουν στα μεμονωμένα στοιχεία, εξελισσόμενη με τάξη μέσα σε δυναμικά περιβάλλοντα.»

Γι’ αυτόν τον λόγο εμφανίστηκε η έννοια της βιονικής:

«Η βιονική είναι η λήψη ενός συγκεκριμένου οργανισμού ως αντικειμένου και η μίμηση των χαρακτηριστικών του, για την επίτευξη υψηλής συνέπειας μεταξύ τεχνητών συστημάτων και φυσικών οργανισμών σε φυσικά χαρακτηριστικά, χαρακτηριστικά κίνησης και σενάρια εφαρμογής. Η επιδίωξη της απόλυτης ομοιότητας μεταξύ του τεχνητού αντικειμένου και του φυσικού οργανισμού αποτελεί το θεμελιώδες ιδεώδες της βιονικής.»

Αυτό μπορεί να δημιουργήσει πολύ ενδιαφέροντες σχεδιασμούς εμπνευσμένους από ζώα, όπως, για παράδειγμα, ο σχεδιασμός τύπου μάντα ενός υποβρύχιου δρονομέα από Northrop Grumman (NOC ) (ακολουθήστε το σύνδεσμο για την αναφορά μας σχετικά με αυτήν την εταιρεία).

Ωστόσο, αυτή η προσέγγιση είναι επίσης περιορισμένη, καθώς μπορεί μόνο να μιμηθεί πραγματικούς οργανισμούς. Δεν μπορεί να επαναλάβει πολύ έναν σχεδιασμό και τελικά θα περιοριστεί από το σχέδιο που είχε νόημα για ευαίσθητες βιολογικές δομές, και όχι από το τι θα μπορούσαν να είναι σχέδια εμπνευσμένα από τη ζωή, λαμβάνοντας υπόψη τα πλεονεκτήματα των τεχνητών υλικών.

Γι’ αυτόν τον λόγο η νέα προσέγγιση της «εκτεταμένης βιονικής» εξετάζεται τώρα. Δεν μιμείται μόνο το τελικό αποτέλεσμα (ζωντανούς οργανισμούς) αλλά και τις διαδικασίες που τα δημιούργησαν, οι οποίες μπορεί ή δεν μπορεί να αποδώσουν παρόμοια αποτελέσματα όταν εφαρμοστούν σε τεχνητά συστήματα.

«Η εκτεταμένη βιονική απελευθερώνεται από τη στερεοτυπική νοοτροπία της «μία προς μία αντιστοιχίας» (π.χ., σχεδίαση ρομποτικών ψαριών αποκλειστικά με μίμηση κολυμπητικών πλασμάτων ή δρονομέων με αντιγραφή πετών ζώων). Εξερευνά διάφορα βιολογικά μοτίβα στη φύση, συμπεριλαμβανομένων μορφολογικών, δομικών, συμπεριφορικών, λογικών, οργανωτικών και σμηρικών μοτίβων, και στη συνέχεια αφαιρεί καθολικές μεθοδολογίες που εφαρμόζονται σε τεχνητά συστήματα.»

Πηγή: Chinese Journal of Aeronautics

Εφαρμογή Εκτεταμένης Βιονικής

Γενικά, η Εκτεταμένη Βιονική Νοημοσύνη (EBI) επιδιώκει να ενσωματώσει πολλούς επιστημονικούς τομείς σε ένα νέο σχολείο μηχανικής και σχεδίασης:

• Βιολογική εξέλιξη (η εμφάνιση της νοημοσύνης στη φύση),
• Τα υλικά θεμέλια και οι μηχανισμοί επεξεργασίας πληροφοριών της νευροεπιστήμης (το νευρωνικό θεμέλιο της νοημοσύνης),
• Γνωστική επιστήμη (οι θεμελιώδεις εκδηλώσεις της νοημοσύνης),
• Ψυχολογία (οι προχωρημένες εκδηλώσεις της νοημοσύνης) ενσωματώνει διεπιστημονικές θεωρίες για να δημιουργήσει ένα θεωρητικό και τεχνολογικό πλαίσιο για την επιστήμη της νοημοσύνης.

Αναμένεται να είναι ιδιαίτερα σχετικό με συστήματα εμπνευσμένα από τη βιολογία και τη νοημοσύνη σμήνους, ιδιαίτερα με την μελλοντική ανάπτυξη αυτόνομων και έξυπνων διαστημικών και αεροδιαστημικών συστημάτων.

«Περισσότερο σύνθετα οργανίδια παρέχουν επίσης πολύτιμα παραδείγματα. Για παράδειγμα, το διανεμημένο νευρωνικό δίκτυο και η ευέλικτη αντίληψη των χταποδιών δείχνουν αποκεντρωμένη νοημοσύνη και προσαρμοστικές ικανότητες επίλυσης προβλημάτων, προσφέροντας νέες γνώσεις για το σχεδιασμό εξαιρετικά αυτόνομων μη επανδρωμένων συστημάτων.»

Η EBI μπορεί επίσης να προσφέρει την πρόσθετη αξία της ενσωμάτωσης περισσότερων από ένα σχεδιασμού ταυτόχρονα, καθιστώντας την πιο ικανή να δημιουργήσει ένα «οικοσύστημα» δρονομέα ή ρομποτικού συστήματος σε σύγκριση με τη μία προς μία μίμηση της κλασικής βιονικής.
Θα διευκολύνει τη διεπιστημονική ενσωμάτωση πολλαπλών συστημάτων και στόχων, απομακρύνοντας την προηγούμενη πιο απλή βιονική προσέγγιση που μέχρι τώρα παρήγαγε μόνο μικτά αποτελέσματα όσον αφορά την ανάπτυξη λειτουργικών εργαλείων.

«Η τεχνολογία EBI σπάζει το φαινόμενο της απομόνωσης ειδών στις βιολογικές διαδικασίες μάθησης, εγκαταλείποντας τις απλοϊκές και ακατέργαστες προσεγγίσεις μεταφοράς όπως η «μιμητική ψαριών υποβρύχια», η «αναπαραγωγή πτηνών σε πτήση» και η «μιμητική λύκων στη γη».

Πηγή: Chinese Journal of Aeronautics

Οι ερευνητές παρέχουν μια σειρά παραδειγμάτων όπου αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να είναι επιτυχής, συμπεριλαμβανομένης της νοημοσύνης σμήνους:

• Συμπεριφορά σμήνους πουλιών για συντονισμό πολλαπλών UAV (ευρύ φάσμα μίμησης).
• Αλγόριθμος σμήνους ψαριών για βελτιστοποίηση του ελέγχου σχηματισμών δορυφόρων (υπέρβαση ορίων ειδών).
• Εξερεύνηση μη επανδρωμένων συστημάτων σμήνους (ενδυνάμωση διεπιστημονικής ενσωμάτωσης).
• Μίμηση των αρχών των ανθρώπινων νευρωνικών συστημάτων για προσομοίωση γνωστικών πρακτόρων με ανθρώπινη σκέψη και δυνατότητες μάθησης (εστίαση στην έννοια της νοημοσύνης).

Εκτεταμένη Βιονική Νοημοσύνη για την Αεροδιαστημική

EBI για Περιβαλλοντική Αντίληψη

Τα βιολογικά οργανίδια χρησιμοποιούν την πόλωση της όρασης για πλοήγηση, αποφυγή θηρευτών, κυνήγι και επικοινωνία. Δημιούργησαν επίσης πολλές μορφές όρασης και αισθήσεων που μπορούν να εφαρμοστούν σε τεχνητά σχέδια:

• Το Εργαστήριο Έρευνας του Πολεμικού Αεροπορικού Δυνάμεις των ΗΠΑ έχει εφαρμόσει συστήματα σύνθετων ματιών σε βραχυπρόθεσμα αεροπρόσπαστα πυραύλια, επιτρέποντας γρήγορη κλειδώση στόχου από τους εντοπιστές.
• Το καμπυλωτό τεχνητό σύστημα σύνθετου ματιού CurvACE χρησιμοποιήθηκε σε δρονομέα για πειράματα βραχυπρόθεσμης οδόμετρης, παρακολούθησης στόχου και οπτικής σταθεροποίησης.
• Ευρυγώνια χωρική ανίχνευση ακτίνων Χ αστρονομίας μέσω τεχνολογίας εστίασης ακτίνων Χ τύπου «μαστίγας» από το Εθνικό Αστρονομικό Παρατηρητήριο της Κινέζικης Ακαδημίας Επιστημών (NAOC).
• Μίμηση με τεχνητό νευρωνικό δίκτυο των ασύγχρονων σειρών σπίκ των ζώων για αναφορά αλλαγών φωτός στον εγκέφαλο, βοηθώντας στην καταγραφή υψηλής ταχύτητας δυναμικών.

EBI για Ενσωματωμένη Υπολογιστική

Έρευνα από το Πανεπιστήμιο Tsinghua χρησιμοποίησε δίκτυα σύγκλισης βασισμένα σε πίνακες μιμιστών για να επιτύχει δύο τάξεις μεγέθους υψηλότερη ενεργειακή αποδοτικότητα σε σχέση με τις Μονάδες Επεξεργασίας Γραφικών (GPU) κατά την επεξεργασία Συνελικτικών Νευρωνικών Δικτύων (CNN).

Ανάλογα, η νευρομορφική υπολογιστική όπως το νευρομορφικό τσιπ Darwin III του Πανεπιστημίου Zhejiang μπορεί να υποστηρίξει πάνω από 2 εκατομμύρια νευρώνες και 100 εκατομμύρια συνάψεις σε ένα μόνο τσιπ, φτάνοντας κοντά στον αριθμό νευρώνων σε απλά ζώα.

Αυτή η μίμηση της νευρολογίας ενός ζώου μπορεί να φτάσει στο επίπεδο του τρανζίστορ, με πυριτίου νάνο-σύρματα νευρομορφικά τρανζίστορ που μιμούνται τη νευρωνική πλαστικότητα μέσω ιόντων-ποτισμένων σολ-ζελ σιλικατικών φιλμ.

EBI για Ατομική Λήψη Αποφάσεων

Γενικά, η αυτόνομη λήψη αποφάσεων υπόκειται σε περιορισμούς υπολογισμού, αποθήκευσης και πόρων περισσότερο από την κεντρική νοημοσύνη που μπορεί να έχει πρόσβαση σε υπερυπολογιστές ή υπολογιστικό νέφος.

Η EBI μπορεί να χρησιμοποιήσει γενετικούς αλγόριθμους, βελτιστοποίηση σμήνους σωματιδίων, βελτιστοποιητή γκρι λύκου και αλγόριθμούς τεχνητής σμήνους ψαριών για την απόφαση κινήσεων, κατεύθυνσης, ενεργειών κ.λπ. των ρομπότ και δρονομέων.

Αυτό ταιριάζει με τη μετάβαση από κεντρικά ελεγχόμενα αεροδιαστημικά περιουσιακά στοιχεία σε αυτόνομα συστήματα που πρέπει να λαμβάνουν χρήσιμες αποφάσεις με περιορισμένη ενέργεια, εύρος ζώνης, υπολογιστική ισχύ και ανθρώπινη επίβλεψη.

Ένα βιο-εμπνευσμένο μοντέλο ντοπαμίνης για αυτόνομη λήψη αποφάσεων σε ρομπότ θα μπορούσε ακόμη να αναπτυχθεί, όπου η ντοπαμίνη ρυθμίζει το κίνητρο και την ανταμοιβή, όπως στους ανθρώπινους εγκεφάλους.

EBI για Συνεργατικό Έλεγχο

Η λεγόμενη «νοημοσύνη σμήνους» βασίζεται στην εμφάνιση έξυπνης και σύνθετης ομαδικής συμπεριφοράς και συντονισμού, παρά την περιορισμένη νοημοσύνη των μεμονωμένων στοιχείων. Σμήνη ψαριών, σμήνη πουλιών και σμήνη μελισσών εμφανίζουν αυτήν τη δυνατότητα.

Τέτοιος βιο-εμπνευσμένος συνεργατικός έλεγχος που δεν διαθέτει σταθερούς κεντρικούς κόμβους μπορεί να επιτρέψει σε σμήνη διαστημοπλοίων να λειτουργούν χωρίς άκαμπτες επικοινωνιακές τοπολογίες, ενισχύοντας την ανθεκτικότητα σε απρόσμενα σενάρια όπως η απουσία ή η αποτυχία ατόμων.

EBI για Ανταγωνιστική Θεωρία Παιγνίων

Καθώς μια εφαρμογή των τεχνητών σμηρών και της βιονικής είναι στις τηλεπικοινωνίες και τις αμυντικές εφαρμογές, η ικανότητα είτε να επιτεθεί είτε να αντέξει επιθέσεις είναι σημαντική.

Αυτό καθιστά τις βιολογικές ομαδικές συμπεριφορές όπως οι λόχοι των λύκων που κυνηγούν συνεργατικά ή τα σμήνη ψαριών που αποφεύγουν την περιτριγύρισμα ιδιαίτερα ενδιαφέρουσες. Μπορεί επίσης να προάγει την αποδοτικότητα της ομάδας με κόστος για τα μεμονωμένα στοιχεία ενός σμήνους, όπως η θυσία ενός αποδιδόμενου για να διασφαλιστεί η διαφυγή των άλλων, παρόμοια με έναν ισχυρό θηρευτή που κυνηγά τα αδύναμα άτομα μέσα στην ομάδα της λείας.

EBI, AI & Διαστημικές Τεχνολογίες

Καθιστώντας τις Διαστημικές Τεχνολογίες Προσαρμοστικές

Η γρήγορη ανάπτυξη της τεχνητής νοημοσύνης καθιστά την εκτεταμένη βιονική νοημοσύνη ακόμη πιο σημαντική για εφαρμογές αεροδιαστημικής. Η γρήγορη αύξηση της σημασίας των διαστημικών τεχνολογιών, χάρη στα επαναχρησιμοποιήσιμα πυραυλικά, καθιστά επίσης κρίσιμο το να αυξηθεί η αυτονομία των διαστημοπλοίων.

«Οι τέσσερις βασικές δυνατότητες του «πρόσβαση στο διάστημα, αξιοποίηση του διαστήματος, ανάπτυξη του διαστήματος και εξερεύνηση του διαστήματος» επιβάλλουν υψηλότερες απαιτήσεις σε νέα αεροδιαστημικά συστήματα, συμπεριλαμβανομένων των συστημάτων μεταφοράς στο διάστημα, της διαστημικής υποδομής, της διαστημικής κατασκευής, των συστημάτων εξερεύνησης βαθύ διαστήματος και των συστημάτων ανάπτυξης.»

Ιδανικά, τέτοια βιο-εμπνευσμένα AI αεροδιαστημικά συστήματα θα ενσωμάτωναν πολλές ικανότητες:

• Ένα ενσωματωμένο σύστημα αντίληψης, μνήμης, λογικής και λήψης αποφάσεων χρησιμοποιώντας EBI.
• Η νοημοσύνη σμήνους δημιουργεί σύνθετες παγκόσμιες συμπεριφορές από απλούς τοπικούς κανόνες και τις διατηρεί σταθερές και προβλέψιμες.
• Δυναμική αναδιάρθρωση της νευρωνικής συνδεσιμότητας για προσαρμογή σε νέα σενάρια και υπέρβαση των αρχικών συνόλων δεδομένων εκπαίδευσης.

Πηγή: Chinese Journal of Aeronautics

Επιτάχυνση της Ανάπτυξης της EBI

Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι για να επιταχυνθεί η ανάπτυξη και υιοθέτηση της Εκτεταμένης Βιονικής Νοημοσύνης, πρέπει να ληφθούν μερικά βήματα.

Το πρώτο είναι η δημιουργία μιας πλήρους βάσης δεδομένων βιο-νοημοσύνης. Θα είναι ουσιώδες να επεξεργαστούν και να κατηγοριοποιηθούν μεγάλοι όγκοι βιολογικών δεδομένων παρατήρησης, βελτιώνοντας σταδιακά τις βάσεις δεδομένων βιο-νοημοσύνης. Με αυτόν τον τρόπο, η τυποποίηση των ετερογενών βιολογικών δεδομένων θα εξασφαλίσει τη χρηστικότητά τους για υπολογιστική μοντελοποίηση και σχεδίαση φυσικών πρωτοτύπων.

Μόλις δημιουργηθεί αυτή η συμπαγής βάση δεδομένων βιολογικής νοημοσύνης, θα είναι δυνατόν να επιλεγούν γρήγορα οι πιο κατάλληλοι στόχοι μίμησης για την εκάστοτε εργασία. Αυτό θα πρέπει επίσης να ευθυγραμμίζεται με τους ανθρώπινους στόχους, κάτι που μπορεί να μην είναι απλό.

«Η κύρια τεχνική δυσκολία είναι η δημιουργία ακριβών μηχανισμών αντιστοίχισης που ευθυγραμμίζουν πολύπλοκα βιολογικά πλεονεκτήματα με αποστολές-συγκεκριμένα μηχανικά καθήκοντα, αποφεύγοντας την υπεραπλοποίηση ή την απώλεια της λειτουργικής ουσίας.»

Στη συνέχεια, θα πρέπει να δημιουργηθούν γρήγοροι εξελικτικοί μηχανισμοί για την επίτευξη ευέλικτης εκπαίδευσης σε νέες συνθήκες και προβλήματα. Θα χρειαστεί επίσης η ενσωμάτωση τεχνολογιών εκτεταμένης βιονικής αντίληψης και ελέγχου.

Μόλις ληφθούν όλα αυτά τα βήματα, ο τομέας της EBI θα πρέπει να μπορεί να συμβάλει στην αυτόνομη εξερεύνηση του βαθύ διαστήματος, στον εξωπλανητικό συντονισμό πολλαπλών ρομπότ και στα λογισμικά-ορισμένα συστήματα δορυφόρων, οδηγώντας σε σημαντικές βελτιώσεις στη νοημοσύνη των αεροδιαστημικών μη επανδρωμένων συστημάτων.

Επένδυση στην Μη Επανδρωμένη Νοημοσύνη

Kratos Defense & Security Solutions

Ξεκίνησε με έμφαση στην υποδομή και τα δίκτυα τηλεπικοινωνιών άμυνας, η Kratos έχει πραγματοποιήσει από το 2004 μια σειρά εξαγορών μικρών ή μεσαίων εταιρειών ηλεκτρονικών και αμυντικών.

Αυτό την οδήγησε να γίνει σημαντικός προμηθευτής λύσεων αεροδιαστημικών τηλεπικοινωνιών.

Πηγή: Kratos Space

Η Kratos επίσης επεκτείνεται γρήγορα στους τομείς των δρονομέων και των πυραύλων, ιδιαίτερα στην κατηγορία πυρομαχικών «φθηνά και επαρκή», σημαντική καθώς η παραγωγή ακριβών συστημάτων όπλων τόσο σε επιθετικούς όσο και σε αμυντικούς ρόλους δυσκολεύεται να καλύψει την κατανάλωση σε συγκρούσεις όπως η Ουκρανία και το Ιράν.

Ως εκ τούτου, η Kratos είναι προμηθευτής κινητήρων υποηχητικών και υπερηχητικών πυραύλων όπως οι τουρμπόκινα σειράς GEK και οι στερεοί πυραυλικοί κινητήρες Zeus.

Παράγει επίσης το XQ-58 Valkyrie Uncrewed Tactical Aircraft (UTA) καθώς και δρόνα αεροπορικούς στόχους για δοκιμές όπλων.

Στο έδαφος, δημιουργεί απομακρυσμένα ελεγχόμενα και αυτόνομα φορτηγά και συστήματα εδαφικής εφοδιαστικής, υψηλής ενέργειας λέιζερ, ελαφριές, προστατευμένες από ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή κινητές πλατφόρμες συστήματα C5ISR (Διαταγή, Έλεγχος, Επικοινωνίες, Υπολογιστές, Κυβερνοασφάλεια, Πληροφορίες, Επιτήρηση και Αναγνώριση), και το Σύστημα Όπλου Sentinel, ένα εδαφικό σύστημα διαπλανητικών βορειοσφαιρικών πυραύλων (ICBM) υπό ανάπτυξη.

Εταιρείες όπως η Kratos είναι αρκετά μικρές ώστε να παραμένουν ευέλικτες, αλλά αρκετά μεγάλες ώστε να έχουν τη δυνατότητα να εφαρμόσουν νέες έννοιες όπως η Εκτεταμένη Βιονική Νοημοσύνη στα αυτόνομα δρονομέα και άλλα όπλα. Ως εκ τούτου, είναι πιθανό να εκμεταλλευτούν τις παράλληλες προόδους στην άκρη AI, τη συγχώνευση αισθητήρων, τον αποκεντρωμένο συντονισμό και τον προγραμματισμό αποστολών πολλαπλών πρακτόρων.

(Μπορείτε επίσης να διαβάσετε την πλήρη επενδυτική μας αναφορά για την Kratos για περισσότερες πληροφορίες)

Τελευταία Νέα και Ανάπτυξη Μετοχών Kratos Defense & Security Solutions (KTOS)

Μελέτη Αναφορά

^{1. Junzhi Yu, et al. Thoughts on extensive bionics intelligence in aerospace field. Chinese Journal of Aeronautics. 13 Μάρτιος 2026, 104161. https://doi.org/10.1016/j.cja.2026.104161}