In che modo l’intelligenza artificiale (IA) può supportare gli astronauti durante missioni spaziali a lungo termine?
Questa è la domanda centrale di uno studio recente presentato al Congresso Astronautico Internazionale 2024 a Milano, Italia. Un team internazionale di ricercatori, guidato dal Centro Aerospaziale Tedesco, sta introducendo miglioramenti per il sistema METIS (Mars Exploration Telemetry-Driven Information System) e come questo potrebbe aiutare in futuro gli astronauti su Marte a mitigare i problemi di comunicazione tra Terra e Marte, che possono richiedere fino a 24 minuti a seconda delle orbite. Questa ricerca ha il potenziale di sviluppare tecnologie più efficienti per missioni spaziali a lungo termine oltre la Terra, in particolare verso la Luna e Marte.
In questo contesto, Universe Today esplora questa straordinaria ricerca con Oliver Bensch, dottorando presso il Centro Aerospaziale Tedesco, riguardo alle motivazioni dietro lo studio, ai risultati più significativi e agli studi futuri, all’importanza dell’utilizzo di strumenti specifici per migliorare METIS e alla rilevanza della tecnologia basata su IA per le future missioni con equipaggio. Quindi, qual è stata la motivazione alla base di questo studio riguardo agli assistenti IA per le future missioni spaziali?
“Gli astronauti attuali si affidano fortemente al supporto di terra, soprattutto durante situazioni inaspettate,” afferma Bensch. “Il nostro progetto si propone di esplorare nuovi modi per supportare gli astronauti, rendendoli più autonomi durante le missioni. Il nostro obiettivo era rendere un grande volume di dati multimodali, come documenti o dati sensoriali, facilmente e, cosa più importante, affidabilmente disponibili per gli astronauti in linguaggio naturale. Questo è particolarmente rilevante se pensiamo a future missioni spaziali di lunga durata, ad esempio verso Marte, dove ci sono significative latenze nella comunicazione.”
Per lo studio, i ricercatori hanno migliorato gli algoritmi attuali di METIS, considerando che gli Modelli Generativi Preaddestrati (GPT) noti per produrre errori basati su contesti specifici. Per affrontare questa problematica, i ricercatori hanno integrato GPT, Generazione Aumentata da Recupero (RAG), Grafi di Conoscenza (KG) e Realtà Aumentata (AR) con l’obiettivo di consentire maggiore autonomia agli astronauti senza la necessità di comunicazioni costanti con le stazioni a terra sulla Terra.
L’obiettivo dello studio era sviluppare un sistema in grado di migliorare l’autonomia, la sicurezza e l’efficienza degli astronauti nel raggiungimento degli obiettivi missionari durante missioni spaziali a lungo termine verso la Luna o Marte. Come già accennato, i ritardi di comunicazione tra Terra e Marte possono arrivare fino a 24 minuti, quindi la possibilità per gli astronauti di prendere decisioni rapide potrebbe fare la differenza tra vita e morte. Pertanto, quali sono stati i risultati più significativi di questo studio?
“Nel nostro progetto miriamo a integrare documenti, come le procedure, con dati sensoriali in tempo reale e altre informazioni aggiuntive nel nostro Grafo della Conoscenza,” spiega Bensch. “Le informazioni memorizzate e aggiornate in tempo reale vengono quindi presentate in modo intuitivo utilizzando indizi di realtà aumentata e interazione vocale in linguaggio naturale, aumentando l’autonomia degli astronauti. Risposte affidabili sono garantite da collegamenti al Grafo della Conoscenza, consentendo agli astronauti di verificare le informazioni, cosa non possibile quando si fa affidamento solo su assistenti basati su modelli di linguaggio di grandi dimensioni, che sono inclini a generare informazioni inaccurate o fabbricate.”
Per quanto riguarda gli studi futuri, Bensch informa che il team sta attualmente collaborando con l’Iniziativa di Esplorazione Spaziale del MIT Media Lab e aspira a lavorare con astronauti presso il Centro Astronauti Europeo della Agenzia Spaziale Europea nel 2025.
Come già accennato, i ricercatori hanno integrato Modelli Generativi Preaddestrati (GPT), Generazione Aumentata da Recupero (RAG), Grafi di Conoscenza (KG) e Realtà Aumentata (AR) con l’obiettivo di abilitare maggior autonomia per gli astronauti nelle future missioni spaziali a lungo termine. I GPT sono strutturati per fungere da quadro per l’intelligenza artificiale generativa e sono stati utilizzati per la prima volta da OpenAI nel 2018.
I RAG migliorano l’intelligenza artificiale generativa consentendo all’algoritmo di accedere a dati esterni e documentazione dall’utente e sono composti da quattro fasi: indicizzazione, recupero, integrazione e generazione. I Grafi di Conoscenza sono basi di conoscenza responsabili dell’integrazione dei dati attraverso la memorizzazione di dataset connessi, termine usato per la prima volta dal linguista austriaco Edgar W. Schneider nel 1972. L’AR è un’interfaccia di visualizzazione che combina elementi del mondo virtuale e reale con l’obiettivo di immergere l’utente in un ambiente virtuale mantenendo al contempo l’ambiente circostante reale. Pertanto, qual è stata l’importanza della combinazione di RAG, KG e AR per produrre questo nuovo sistema?
“I sistemi RAG tradizionali generalmente recuperano e generano risposte basate su un singolo documento corrispondente,” spiega Bensch. “Tuttavia, le sfide dell’esplorazione spaziale spesso comportano il trattamento di dati distribuiti e multimodali, che spaziano da manuali procedurali e dati sensoriali a immagini e telemetria in tempo reale, come temperature o pressioni. Integrando i KG, affrontiamo queste sfide organizzando i dati in una struttura interconnessa e aggiornabile capace di accogliere dati in tempo reale e fornire risposte contestualmente rilevanti. I KG agiscono come uno scheletro, collegando fonti disparate di informazioni e consentendo agli astronauti di accedere a informazioni coese e accurate attraverso documenti o tipi di dati multipli.”
Bensch prosegue: “L’AR arricchisce questo sistema offrendo interfacce intuitive e senza mani. Sovrapponendo procedure, letture sensoriali o avvisi direttamente nel campo visivo dell’astronauta, l’AR minimizza il carico cognitivo e riduce la necessità di spostare l’attenzione tra i dispositivi. Inoltre, le capacità di controllo vocale consentono agli astronauti di interrogare e interagire con il sistema in modo naturale, semplificando ulteriormente l’esecuzione dei compiti. Anche se ciascuna tecnologia offre vantaggi individualmente, il loro utilizzo combinato offre un valore significativamente maggiore agli astronauti, specialmente durante missioni spaziali a lungo termine dove è necessario operare con maggiore autonomia.”
Seppure questo studio affronti come l’IA potrebbe assistere gli astronauti nelle future missioni spaziali, l’IA è già utilizzata nelle attuali missioni spaziali, in particolare sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS), includendo IA generativa, robot IA, machine learning e processori embedded. Per i robot IA, l’ISS utilizza tre robot cubici da 12,5 pollici chiamati Honey, Queen e Bumble come parte del programma Astrobee della NASA, progettato per assistere gli astronauti dell’ISS nei loro compiti quotidiani. Tutti e tre i robot sono stati lanciati verso l’ISS in due missioni nel 2019, con Honey che torna brevemente sulla Terra per manutenzione poco dopo l’arrivo al avamposto orbitante e non tornando fino al 2023.
Ciascuno alimentato da una ventola elettrica, i tre robot eseguono compiti come movimento di carico, documentazione di esperimenti e gestione dell’inventario, oltre a possedere un braccio per appoggiarsi alle maniglie per motivi di economia energetica. L’obiettivo a lungo termine del programma è contribuire a migliorare questa tecnologia per l’uso in missioni lunari con equipaggio e nel Lunar Gateway. Ma quanto è importante incorporare l’intelligenza artificiale nelle future missioni con equipaggio, in particolare verso Marte?
“Attualmente, gli astronauti sono supportati da un team durante il training e le loro missioni,” spiega Bensch. “Le missioni su Marte comportano ritardi significativi, il che rende il supporto da terra difficoltoso in situazioni critiche. Gli assistenti IA che forniscono accesso rapido e affidabile a procedure e dati in tempo reale tramite voce e AR sono essenziali per superare queste sfide.”
In che modo gli assistenti IA aiuteranno gli astronauti nelle missioni spaziali a lungo termine nei prossimi anni e decenni? Solo il tempo potrà dirlo, ed è per questo che noi scienziati!