Varför svärmintelligens är viktig för autonoma rymdfarkoster

Fram tills nyligen var den dominerande metoden för att tillverka en rörlig maskin, vare sig det var ett flygplan, en rymdfarkost eller ett ubåtsystem, att designa den tillsammans med väl etablerade mekaniska system. På senare tid har idén om ”bionik” uppstått, där artificiella konstruktioner efterliknar biologiska, särskilt när det gäller egenskaper som morfologi och förflyttning. Detta kan ta formen av att imitera trollsländor för att skapa mikrodroner, mänskliga händer för robotar eller bygga undervattensfarkoster formade som havsdjur.

Detta tillvägagångssätt hjälper till att utnyttja miljarder år av evolutionära processer som har optimerat former och strukturer för specifika förhållanden, vanligtvis med en stark tendens mot energieffektivitet och motståndskraft som konstgjorda ingenjörsdesigner har svårt att matcha.

Ett nytt vetenskapligt papper försöker driva idén längre, skrivet av forskare vid Peking University och China Academy of Aerospace System and Innovation. Studien argumenterar för att ett nytt koncept kallat Extensive Bionic Intelligence (EBI) kan stärka framtida artificiella system genom att överföra evolutionära mekanismer som förfinats under miljarder år, särskilt för rymdfartsapplikationer.

Det publicerades i Chinese Journal of Aeronautics¹ under titeln “Tankar om omfattande bionisk intelligens inom rymdfartsområdet”.

Bionik vs omfattande bionik

En anledning till att komplexa system sakta men säkert tar mer och mer inspiration från biologiska system är att deras design, i takt med ökad komplexitet, möter samma problem som biologiska organismer:

• Ett komplext nätverk av olika komponenter måste fungera smidigt tillsammans.
• Förändrade förhållanden och miljöer kräver snabb anpassning.
• ”Makroskopisk korsnivå‑emergens av sofistikerade funktioner som saknas i enskilda komponenter, utvecklande ordnat inom dynamiska miljöer.”

Det är därför konceptet bionik uppstod:

“Bionik innebär att ta en specifik organism som objekt och imitera dess distinkta egenskaper, för att uppnå hög överensstämmelse mellan artificiella system och naturliga organismer i fysiska attribut, rörelseskarakteristik och tillämpningsscenario. Strävan efter den ultimata likheten mellan den artificiella föremålet och den naturliga organismen är den grundläggande idén bakom bionik.”

Detta kan skapa mycket intressanta djurliknande designer, som till exempel den manta‑liknande designen av en undervattensdrönare från Northrop Grumman (NOC ) (följ länken för vår rapport om det företaget).

Denna metod är dock också begränsad eftersom den enbart kan imitera verkliga organismer. Den kan inte iterera på en design i någon större grad och kommer i slutändan att begränsas av den design som var meningsfull för en skör biologisk struktur, snarare än vad som skulle vara möjligt med livsinspirerade designer som tar hänsyn till artificiella materialfördelar.

Det är därför den nya ”extensive‑bionic”‑metoden nu övervägs. Den imiterar inte bara slutresultatet (levande organismer) utan även de processer som har skapat dem, vilket kan eller kanske inte kan ge liknande resultat när de tillämpas på artificiella system.

“Den extensive‑bioniska bryter sig loss från den stereotypa ”en‑till‑en‑korrespondens”‑mentaliteten (t.ex. att designa robotfisk enbart genom att efterlikna simmande varelser eller drönare genom att kopiera flygande djur). Den utforskar olika biologiska mönster i naturen, inklusive morfologiska, strukturella, beteendemässiga, resonemangs‑, organisations‑ och svärm‑mönster, och abstraherar sedan universella metodologier som kan tillämpas på artificiella system.”

Källa: Chinese Journal of Aeronautics

Tillämpning av omfattande bionik

Sammanfattningsvis syftar Extensive Bionic Intelligence (EBI) till att integrera många vetenskapliga fält i en ny ingenjörs‑ och designskola:

• Biologisk evolution (intelligensens uppkomst i naturen),
• Materialgrunderna och informationsbehandlingsmekanismerna inom neurovetenskap (det neurala fundamentet för intelligens),
• Kognitiv vetenskap (de grundläggande manifestationerna av intelligens),
• Psychology (de avancerade manifestationerna av intelligens) integrerar tvärvetenskapliga teorier för att forma ett teoretiskt och teknologiskt ramverk för intelligent vetenskap.

Det förväntas vara särskilt relevant för bio‑inspirerade system och svärmintelligens, särskilt den framtida utvecklingen av autonoma och intelligenta rymdfarkoster samt rymdfartsystem.

“Mer komplexa organismer ger också värdefulla paradigmer. Till exempel demonstrerar bläckfiskens distribuerade neurala nätverk och flexibla kognition decentraliserad intelligens och adaptiva problemlösningsförmågor, vilket ger nya insikter för design av starkt autonoma obemannade system.”

EBI kan också tillföra mervärde genom att integrera mer än en design samtidigt, vilket gör det bättre lämpat att skapa en drönare eller robotisk ”ekosystem” än den en‑till‑en‑imitationen som klassisk bionik erbjuder.

Det kommer att underlätta tvärvetenskaplig integration av flera system och mål, och röra sig bort från den tidigare enklare bioniska metoden som hittills bara gett blandade resultat när det gäller att leverera funktionella verktyg.

“EBI‑teknik bryter den art‑separerings‑fenomenet i biologiska inlärningsprocesser, och överger förenklade och grova överföringsmetoder som ”imiterar fisk under vatten”, ”replikerar fåglar i flygning” och ”imiterar vargar på land.”

Källa: Chinese Journal of Aeronautics

Forskarna ger en rad exempel där detta tillvägagångssätt kan vara framgångsrikt, inklusive för svärmintelligens:

• Fågelflockbeteende för samordning av flera UAV (bred imitationsomfång).
• Fisk‑skolningsalgoritm för att optimera satellitformationers kontroll (överskridande av art‑gränser).
• Obemannade svärmsystem för utforskning (tvärvetenskaplig integrationsstyrka).
• Imitation av principerna i mänskliga neurala system för att simulera mänskliga kognitiva agenter med tänkande‑ och inlärningsförmåga (fokus på intelligenskonceptet).

Omfattande bionisk intelligens för rymdfart

EBI för miljöperception

Biologiska organismer använder polariseringsvision för navigation, rovdjursundvikande, jakt och kommunikation. De har också utvecklat många former av syn och sinnen som kan tillämpas på artificiella konstruktioner:

• US Air Force Research Laboratory har applicerat sammansatta ögonsystem på kortdistans luft‑till‑luft‑missiler, vilket möjliggör snabb målspårning av sökare.
• CurvACE‑kurvade artificiella sammansatta ögonsystem har placerats på drönare för kortdistansodometri, målspårning och visuella stabiliseringsexperiment.
• Bred‑fält‑spatial röntgen‑astronomisk detektion genom hummer‑öga röntgen‑fokuseringsteknik av National Astronomical Observatories of the Chinese Academy of Sciences (NAOC).
• Imitation med ett artificiellt neuralt nätverk av djurs asynkrona spiksekvenser för att rapportera ljusförändringar till hjärnan, vilket hjälper till att fånga hög‑snabb dynamik.

EBI för integrerad beräkning

Forskning från Tsinghua University använde memristor‑array‑baserade konvolutionella nätverk för att uppnå två ordningars magnitud högre energieffektivitet än Graphics Processing Units (GPUs) vid bearbetning av Convolutional Neural Networks (CNNs).

På liknande sätt kan neuromorfisk beräkning som Zhejiang University’s Darwin III‑neuromorfa chip stödja över 2 miljoner neuroner och 100 miljoner synapser på ett enda chip, vilket närmar sig antalet neuroner i enkla djur.

Denna imitation av ett djurs neurologi kan gå ner till transistornivå, med kisel‑nanotråds‑neuromorfa transistorer som efterliknar neuronal plasticitet genom jon‑dopade sol‑gel‑silikatfilmer.

EBI för individuellt beslutsfattande

Generellt sker autonomt beslutsfattande under begränsningar av beräkning, lagring och resursbegränsningar mer än centraliserad intelligens som kan nå superdatorer eller molnbaserad beräkning.

EBI kan använda genetiska algoritmer, partikel‑svärm‑optimering, grå‑varg‑optimerare och artificiella fisk‑svärm‑algoritmer för att bestämma rörelser, riktning, handlingar osv. för robotar och drönare.

Detta passar övergången från centralt kontrollerade rymdfartsresurser till autonoma system som måste fatta användbara beslut med begränsad kraft, bandbredd, beräkningskapacitet och mänsklig övervakning.

En bio‑inspirerad dopamindmodell för autonomt beslutsfattande i robotar skulle till och med kunna utvecklas, där dopamin reglerar motivation och belöning, precis som i mänskliga hjärnor.

EBI för kooperativ kontroll

Den så kallade ”svärmintelligensen” bygger på framväxten av intelligent och komplex gruppbeteende och samordning, trots begränsad intelligens hos de enskilda komponenterna. Fisk‑skolor, fågel‑flockar och bi‑svärmar visar sådan kapacitet.

Sådan bio‑inspirerad kooperativ kontroll som saknar fasta centrala noder kan möjliggöra att rymdfarkostsvärmar opererar utan stela kommunikationstopologier, vilket ökar motståndskraften mot oväntade scenarier såsom frånvaro eller fel på enskilda individer.

EBI för antagonisk spelteori

Som en tillämpning av artificiella svärmar och bionik inom telekommunikation och försvar är förmågan att antingen attackera eller motstå attacker en viktig faktor.

Det gör biologiska gruppbeteenden som vargflockar som jagar kooperativt eller fisk‑skolor som undviker inringning särskilt intressanta. Detta kan också främja gruppens effektivitet på bekostnad av enskilda komponenter i en svärm, exempelvis genom att offra en undflyktare för att säkerställa de andras flykt, likt en stark rovdjur som jagar de svagare individerna i bytegruppen.

EBI, AI & rymdtekniker

Göra rymdtekniker adaptiva

Den snabba utvecklingen av artificiell intelligens gör omfattande bionisk intelligens ännu viktigare för rymdfartsapplikationer. Den snabbt ökande betydelsen av rymdteknik, tack vare återanvändbara raketer, gör det också avgörande att öka rymdfarkosters autonomi.

“De fyra nyckelförmågorna ‘tillgång till rymden, utnyttjande av rymden, utveckling av rymden och utforskning av rymden’ ställer högre krav på nya rymdfartssystem, inklusive rymdtransport, rymdinfrastruktur, rymdtillverkning, djup‑rymd‑utforskningssystem och utvecklingssystem.”

Idealiskt skulle sådana bio‑inspirerade AI‑rymdsystem integrera flera förmågor:

• Ett integrerat system för perception, minne, resonemang och beslutsfattande med hjälp av EBI.
• Svärmintelligens skapar komplexa globala beteenden från enkla lokala regler och håller dem stabila och förutsägbara.
• Dynamisk omstrukturering av neuronal konnektivitet för att anpassa sig till nya scenarier och gå bortom de ursprungliga träningsdatamängderna.

Källa: Chinese Journal of Aeronautics

Accelerera EBI‑utveckling

Forskarna menar att för att påskynda utvecklingen och antagandet av Extensive Bionic Intelligence krävs ett antal steg.

Det första är skapandet av en komplett bio‑intelligensdatabas. Det blir avgörande att bearbeta och kategorisera stora volymer av biologiska observationsdata, successivt förfina bio‑intelligensdatabaser. På så sätt säkerställer standardiseringen av heterogena biologiska data deras användbarhet för beräkningsmodellering och fysisk prototyputformning.

När denna omfattande biologiska intelligensdatabas har skapats, blir det möjligt att snabbt välja de mest uppgifts‑anpassade imitationsmålen från den. Detta måste fortfarande matcha mänskliga mål, vilket kanske inte är enkelt.

“Den största tekniska svårigheten är att etablera precisa kartläggningsmekanismer som anpassar komplexa biologiska fördelar till uppdrags‑specifika ingenjörsuppgifter, samtidigt som förenkling eller förlust av funktionell essens undviks.”

Därefter måste snabba evolutionära mekanismer etableras för att möjliggöra agil träning för nya miljöer och problem. Det kommer också att behöva integrera omfattande bionisk perception och kontrollteknik.

När alla dessa steg har genomförts bör EBI‑fältet kunna bidra till autonom djup‑rymd‑utforskning, utomjordisk multi‑robot‑koordinering och satellit‑software‑defined‑system, vilket driver hoppartade förbättringar i intelligensen hos rymdfarts‑obemannade system.

Investering i obemannad intelligens

Kratos Defense & Security Solutions

Startade med fokus på försvars‑telekommunikationsinfrastruktur och nätverk, har Kratos sedan 2004 genomfört en rad förvärv av små eller medelstora elektronik‑ och försvarsföretag.

Detta har gjort dem till en viktig leverantör av rymd‑telekomlösningar.

Källa: Kratos Space

Kratos expanderar också snabbt inom drönar‑ och missilssegmenten, särskilt kategorin ”billig och tillräckligt bra” ammunition, en viktig kategori då produktionen av dyra vapensystem både i offensiva och defensiva roller har svårt att hålla jämna steg med förbrukningen i konflikter som Ukraina och Iran.

Som sådan är Kratos leverantör av subsoniska och supersoniska missil‑motorer som GEK‑seriens turbofläktar och Zeus‑solidraketmotorer.

De producerar även XQ‑58 Valkyrie Uncrewed Tactical Aircraft (UTA) samt drönarmål för vapentestning.

På marken skapar de fjärstyrda och självkörande lastbilar och marklogistiksystem, höge‑energilaser, lätta, elektromagnetisk interferens‑skyddade mobila plattformar C5ISR‑system (Command, Control, Communications, Computers, Cyber, Intelligence, Surveillance, and Reconnaissance), och Sentinel Weapon System, ett markbaserat interkontinentalt ballistiskt missilsystem (ICBM) under utveckling.

Företag som Kratos är tillräckligt små för att förbli smidiga, men ändå stora nog att kunna implementera nya koncept som Extensive Bionic Intelligence i sina autonoma drönare och andra vapen. Därför kommer de sannolikt kunna kapitalisera på parallella framsteg inom edge‑AI, sensorfusion, decentraliserad koordination och multi‑agent‑uppdragsplanering.

(Du kan också läsa vår fullständiga investeringsrapport om Kratos för mer information)

Senaste Kratos Defense & Security Solutions (KTOS) aktienyheter och utveckling

Studie refererad

^{1. Junzhi Yu, et al. Tankar om omfattande bionisk intelligens inom rymdfartsområdet. Chinese Journal of Aeronautics. 13 mars 2026, 104161. https://doi.org/10.1016/j.cja.2026.104161}