NASA 計畫採用深度學習技術,防止小行星撞擊事件

作者 Tony Kontzer

美國太空總署(NASA)努力在遙遠的宇宙裡尋找生命一事獲得不少關注,但鮮為人知的是他們最近正努力不讓小行星造成地球人口滅絕。

由三個使用 GPU深度學習技術的研究團隊,與研究宇宙生命的非營利機構 SETI 協會合作,整個夏天在 NASA 的尖端發展實驗室(FDL)裡,致力於解決小行星相關的挑戰。

FDL 使用了搭載 GPU 的「應用研究加速器」平台,將原本要耗費六個月以上才能完成的工作,如今只要六週的時間便可處理完畢。

FDL 本身即是一項回應白宮「小行星大挑戰」(Asteroid Grand Challenge)項目而發展出的實驗室,此一項目旨於讓研究人員「找出對人類造成威脅的小行星,找出相對應的辦法」。GPU 運算技術的現身,讓 NASA 和 SETI 等組織能夠分析太空項目相關的大型資料組。

FDL 主任 James Parr 表示該實驗室的目標係以兩種方式來解決問題:在行星防衛機制上運用機器學習技術,展現應用研究加速器讓重大突破進展快速進行工業化的能力。

FDL 挑出一支由12名優秀研究生組成的實習生團隊,實習期間待在矽谷 NASA 阿姆斯研究中心,並且在鄰近的 SETI 機構設施內進行個別的研究項目。

將機器學習用在搜尋上

FDL 將這群實習生拆成三組,每組針對小行星防衛措施裡適合進行機器學習的一項要素進行研究。這三項要素為:評估偏離技術、從雷達數據建立形狀模型,以及對墜落的隕石進行定位,以判斷其組成結構。

他們的整體目標為:在因應可能對人類造成危害的小行星,要解決的三大問題。

小行星是由什麼組成的?

學生們設計出一架尋找田野間隕石的自動飛行無人機,利用 GPU 輔助的深度學習模型來打造自動隕石偵測系統,並且使用25,000張隕石圖片資料庫及1500萬張圖片影像庫進行訓練。Parr 說 0.7% 的偽陽性率還是太高,發展尋找隕石的無人機這條路卻已是相當明朗。

小行星的形狀為何? 它的質心是什麼?

必須先掌握小行星的形狀,才能評估可能的偏離情況。Parr 說過去想要產生出一顆小行星的形狀,得使用五萬行的程式碼,讓電腦跑上一段時間才能做到,而且還要進行四週的人工引導迭代作業。

FDL 團隊用上 GPUs 和機器學習技術,只要幾小時的運算時間便能找出小行星的轉軸;接著他們使用 Parr 說是「先進方法」的技術,繞過舊有的程式碼,直接進行最後的迭代作業。Parr 說初期就出現相當好的結果,將原本數週的運算作業縮短到幾毫秒便完成。

讓小行星偏離的最好辦法是?

過去只在四條可能的軌道上分析各種小行星偏離技術,FDL 團隊使用 GPUs 和機器學習技術來建立可用在八十萬個模擬軌道上的分析模型,這對於解決小行星撞擊一事是件相當出色的進展。

GPUs 加快太空計畫的進展

Parr 強調要是少了 NVIDIA 提供給 FDL 的四顆 TITAN X 及八顆 Pascal 架構 GPU,便無法達到這項成績。這些讓各組實習生能發揮利用深度學習方法之大型資料組的優勢。

「(GPUs)的重要性或許跟上世紀60年代末期,微處理器對阿波羅太空船來說一樣重要。」Parr 說。

或許某一天這些在 GPU 輔助下誕生出的科技發展,能挽救人類免於遭受天降滅絕的危機,不過在此之前仍有待努力。

Parr 說:「在我們能成功阻止小行星撞擊地球上人口稠密區之前,仍有待解開許多未解之謎。」