Система ШІ виявляє сигнали невідомого походження в радіоданих

Приблизно 540 мільйонів років тому різноманітні форми життя раптово почали з’являтися з мулистого дна планети Земля. Цей період відомий як Кембрійський вибух, і ці водяні істоти є нашими давніми предками. Усе складне життя на Землі розвинулося від цих підводних істот. Вчені вважають, що для цього знадобилося лише незначне підвищення рівня кисню в океані вище певного порогу. Зараз ми можемо перебувати в розпалі кембрійського вибуху штучного інтелекту (ШІ). 

За останні кілька років низка неймовірно потужних програм зі штучним інтелектом, таких як Midjourney, DALL-E 2 і ChatGPT, продемонстрували наш швидкий прогрес у машинному навчанні. Зараз штучний інтелект використовується практично в усіх галузях науки, щоб допомогти дослідникам у рутинних завданнях класифікації. Це також допомагає нашій команді радіоастрономів розширити пошуки позаземного життя, і наразі результати виявилися багатообіцяючими.

Виявлення інопланетних сигналів за допомогою ШІ

Як вчені, які шукають докази існування розумного життя за межами Землі, ми створили систему ШІ, яка перевершує класичні алгоритми в задачах виявлення сигналів. Наш штучний інтелект був навчений шукати в даних радіотелескопів сигнали, які не можуть бути створені природними астрофізичними процесами. Коли ми передали нашому штучному інтелекту попередньо вивчений набір даних, він виявив вісім цікавих сигналів, пропущених класичним алгоритмом. Щоб було зрозуміло, ці сигнали, ймовірно, не надходять від позаземного розуму, і, швидше за все, це рідкісні випадки радіоперешкод. З усім тим, наші висновки, опубліковані сьогодні в журналі Nature Astronomy, підкреслюють, що технології штучного інтелекту й надалі відіграватимуть роль у пошуку позаземного розуму.

Не такий розумний

Алгоритми ШІ не «розуміють» і не «думають». Вони чудово справляються з розпізнаванням образів і виявилися надзвичайно корисними для таких завдань, як класифікація, але вони не здатні розв’язувати проблеми. Вони виконують лише ті конкретні завдання, яким їх навчили. Отже, хоча ідея штучного інтелекту, який виявляє позаземний розум, звучить як сюжет захоплюючого науково-фантастичного роману, обидва терміни мають недоліки: програми штучного інтелекту нерозумні, а пошуки позаземного розуму не можуть знайти прямі докази інтелекту.

Натомість радіоастрономи шукають радіотехнічні сигнатури. Ці гіпотетичні сигнали вказували б на наявність технології та, за допомогою проксі, на існування суспільства, здатного використовувати технології для спілкування. Для нашого дослідження ми створили алгоритм, який використовує методи штучного інтелекту для класифікації сигналів як радіоперешкод або справжнього кандидата на техно сигнатуру. І наш алгоритм працює краще, ніж ми сподівалися.

Що робить наш алгоритм ШІ

Пошук техно підпису порівнюють із пошуком голки в космічному стозі сіна. Радіотелескопи виробляють величезні обсяги даних, і це величезна кількість перешкод від таких джерел, як телефони, Wi-Fi й супутники. Алгоритми пошуку повинні вміти відсіювати справжні техно сигнатури від «помилкових спрацьовувань», і робити це швидко. Наш класифікатор ШІ відповідає цим вимогам. Він був розроблений Пітером Ма, студентом Університету Торонто та головним автором нашої роботи. Щоб створити набір навчальних даних, Пітер вставив змодельовані сигнали в реальні дані, а потім використав цей набір даних для навчання алгоритму штучного інтелекту під назвою автокодер. Коли автокодер обробляв дані, він «навчався» визначати характерні особливості в даних.

На другому кроці ці функції були подані в алгоритм, який називається класифікатором випадкового лісу. Цей класифікатор створює дерева рішень, щоб вирішити, чи сигнал заслуговує на увагу, чи це просто радіоперешкоди – по суті, відокремлюючи «голки» техно сигнатури від стогу сіна. Після навчання нашого алгоритму ШІ ми передали йому понад 150 терабайтів даних (480 годин спостереження) з телескопа Грін-Бенк у Західній Вірджинії. Він визначив 20 515 цікавих сигналів, які потім ми повинні були перевірити вручну. З них вісім сигналів мали ознаки техно сигнатур і не могли бути віднесені до радіоперешкод.

Вісім сигналів, жодного повторного виявлення

Щоб спробувати перевірити ці сигнали, ми повернулися до телескопа, щоб повторно спостерігати всі вісім цікавих сигналів. На жаль, ми не змогли повторно виявити жодного з них під час наших подальших спостережень. Ми вже були в подібних ситуаціях. У 2020 році ми виявили сигнал, який виявився згубною радіоперешкодою. Хоча ми будемо спостерігати за цими вісьмома новими кандидатами, найімовірніше пояснення полягає в тому, що вони були незвичайними проявами радіоперешкод, а не інопланетянами. На жаль, проблема радіоперешкод нікуди не подінеться. Але ми будемо краще підготовлені для розв’язання цього питання, коли з’являться нові технології.

Звуження пошуку

Наша команда нещодавно розгорнула потужний сигнальний процесор на телескопі MeerKAT у Південній Африці. MeerKAT використовує техніку під назвою інтерферометрія, щоб поєднати свої 64 тарілки, щоб діяти як єдиний телескоп. Ця техніка дозволяє краще визначити, звідки в небі надходить сигнал, що значно зменшить помилкові спрацьовування від радіоперешкод. Якщо астрономам таки вдасться виявити техно сигнатуру, яку неможливо пояснити як втручання, це буде переконливо припускати, що люди не є єдиними творцями технологій у Галактиці. Це було б одне з найглибших відкриттів, які тільки можна уявити.

Водночас якщо ми нічого не виявимо, це не обов’язково означає, що ми єдиний технологічно здатний «розумний» вид. Невиявлення також може означати, що ми не шукали правильний тип сигналів, або наші телескопи ще недостатньо чутливі, щоб виявити слабкі передачі від далеких екзопланет. Можливо, нам доведеться перетнути поріг чутливості, перш ніж можна буде зробити відкриття Кембрійського вибуху. З іншого боку, якщо ми справді самотні, нам слід подумати про унікальну красу та крихкість життя тут, на Землі.