ЭКиП № 3. ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ И ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ ДЛЯ ЭКОЛОГИИ
Стоит открыть любой веб-ресурс, как ваш взгляд неизбежно зацепится за слова "цифровой двойник" или "искусственный интеллект". Однако для того, чтобы найти определение этих терминов, потребуется уже перечитать десятки страниц текста.
Впервые понятие "цифровой двойник" было упомянуто в книге Д. Гелернтера "Зеркальные миры" в 1991 г. Движущая сила развития этого направления — бизнес, и первая решаемая задача заключалась в управлении жизненным циклом продукта. Дальнейшее развитие цифровых двойников привело к появлению целого ряда определений, начиная от предложенного Министерством обороны США в 2018 г.: "Цифровой двойник — это интеграционная, мультифизическая, многомасштабная, вероятностная симуляция реально существующего объекта, которая использует лучшие доступные модели, информацию от датчиков и входные данные для отражения и прогнозирования действий и производительности". Из этой громоздкой формулировки следует выделить следующие главные структурные элементы: а) наличие математической модели, описывающей взаимосвязи внутри объекта; б) систему сбора показаний датчиков о функционировании объекта; в) систему выдачи прогнозов и рекомендаций. Для эффективности и целесообразности цифрового двойника следует добавить еще одно необходимое свойство — он должен быть быстрее реального объекта для предотвращения возникающей проблемы, чтобы помочь избежать аварии, а не описывать, почему она произошла.
Приведем лишь два примера цифровых двойников. В 1998 г. вице-президент США Альберт Гор выступил инициатором создания цифрового двойника нашей планеты. "Цифровая Земля" должна играть стратегическую и устойчивую роль в решении таких проблем человеческого общества, как истощение природных ресурсов, отсутствие продовольствия и водной безопасности, нехватка энергии, деградация окружающей среды, реагирование на стихийные бедствия, демографический взрыв и, в частности, глобальные изменения климата" (Пекинская декларация о цифровой Земле, 2009 г.). Что может препятствовать созданию такой модели? Прежде всего, отсутствие необходимого объема данных от разных стран. Если часть стран не будет иметь возможности и/или желания предоставлять данные о запасах природных ресурсов, продовольствии, состоянии окружающей среды, то "Цифровая Земля" не будет функционировать как единое целое. Недостаточно обоснованы и модели, связывающие различные составные части Земли. Таким образом, "Цифровая Земля" — это пока более политическая декларация, чем реальный процесс.
Другой совершенно реальный пример использования цифрового двойника — электромобили компании "Тесла". В каждом автомобиле заложена система, которая следит и анализирует состояние автомобиля. Полученные данные она передает на завод компании, где происходит устранение ошибок и вносятся необходимые исправления в интерфейс управления автомобилем. Причем, это все происходит без участия водителя. Таким образом, в гараж после поездки возвращается уже более совершенное транспортное средство, чем прежде!
Если обязательным условием существования цифрового двойника выступает реальный объект, то искусственный интеллект направлен на выработку действий в условиях появления неизвестных факторов и объектов. В явном виде этот вопрос был поставлен в статье математика Алана Тьюринга "Может ли машина мыслить"? Практической необходимостью формирования искусственного интеллекта явилось развитие космической техники. У человечества нет точных знаний о процессах в межпланетном пространстве, а сигнал даже от Марса до Земли доходит лишь за десятки минут. Каким же образом принимать решение в этом случае? Ждать ответа с центра управления полетами? За это время космическая станция уже попадет в другие условия. Следовательно, космические станции должны быть оснащены инструментами для анализа новой, ранее неизвестной информации и принятия на основе этого анализа самостоятельных решений. Уже в 1986 г. в структуре Академии наук СССР был создан научный совет по искусственному интеллекту под руководством академика Г.С. Поспелова — ведущего специалиста по управлению космическими системами. Академику Поспелову принадлежит известный афоризм о взаимоотношении искусственного и человеческого интеллектов: "Искусственный интеллект не способен преодолеть тупость человеческого". В этой парадоксальной форме кроется проблема взаимодействия человека и компьютера.
Искусственный интеллект предполагает наличие трех составных частей: базы данных (знаний); "решателя" и интерфейса, который представляет результаты в удобном для потребителя виде. Самая сложная часть — "решатель", который имитирует мыслительный процесс человека. Информация об алгоритмах, заложенных в "решатели" разных компаний, практически недоступна. Стоит обратить внимание на то, что в процессе развития систем искусственного интеллекта следует использовать (как и в обучении человека) меры поощрения и наказания.
Как и при появлении любых новых знаний, в случае цифровых двойников и искусственного интеллекта человечество не может избежать попыток применить их во зло самому себе. Например, искусственный интеллект активно применяется для пропаганды и дезинформации, а цифровые двойники нередко используются в банковских спекуляциях.
Если подводить итог, то можно кратко выделить ключевую особенность цифрового двойника как максимально точное отражение реального объекта. Искусственный интеллект имеет дело с осмыслением нового, с чем человек еще не сталкивался, и его задача — получение знаний об этом новом и выработка реакций на него. Искусственный интеллект — это передовой отряд человечества на пути познания, а цифровой двойник — это способ эффективного закрепления на территориях и ключ к освоению технологий.
Не стоит думать, что все это далеко в будущем. Уже к 2035 г. нас ожидает создание цифровых двойников человека (заявление академика А.М. Сергеева). Такой двойник будет вырабатывать рекомендации для конкретного человека по взаимодействию с окружающей средой, поддержанию здоровья и достижению долголетия. А неизбежный следующий шаг — формирование социального поведения человека.
Времени уже остается совсем немного и нам стоит подумать — не пора ли записываться в очередь за своими цифровыми двойниками. И, главное — стоит ли?!
А.С. Носков
Руководитель научного направления
"Промышленный катализ",
ФИЦ "Институт катализа
им. Г.К. Борескова СО РАН",
член-корр. РАН, главный редактор
журнала ЭКиП