Узнайте, как проект НАСА «Периодическая таблица жизни» (PeTaL) использует искусственный интеллект для поиска научной литературы для дизайна, вдохновленного природой.

Это первая часть серии статей, посвященных использованию искусственного интеллекта для разработки проектов, вдохновленных природой, в НАСА. Оставайтесь с нами во второй части.

«Загляните вглубь природы, и тогда вы все поймете лучше».

- Альберт Эйнштейн

Что такое дизайн, вдохновленный природой?

Вдохновленный природой дизайн, также известный как биомимикрия, представляет собой практику обучения и подражания природе для решения проблем человеческого дизайна. Биомимикрия веками помогала человеческим инновациям. Леонардо да Винчи черпал вдохновение для создания первой «летающей машины», наблюдая за птицами в полете, а предметы повседневного обихода, такие как застежки-липучки, были созданы путем имитации свойственных природе функций. История богата примерами вклада природы в качестве полезного и мощного инструмента для решения проблем человека, и биомимикрия продолжает формировать развитие новых технологий в различных областях, от производства до исследования космоса.

Изучение природы в НАСА

Итак, чему природа может научить нас в отношении отправки людей и объектов в космос или исследования черных дыр? Правда может вас удивить. На самом деле НАСА уже несколько десятилетий занимается дизайном, вдохновленным природой. Одна из моих любимых инноваций НАСА? Телескоп, способный заглянуть в космос глубже, чем когда-либо, благодаря конструкции линзы, имитирующей особенности глаза мотылька. В то время как НАСА строит космические телескопы с 1990-х годов, обыкновенная бабочка, которую вы можете встретить кружащейся над фонарями на вашем крыльце в сумерках, пережила миллионы лет эволюционного успеха, видя в темноте.

Как мы видим глубокое пространство?

Захват инфракрасного света — единственный способ увидеть многие космические объекты, в том числе ранние стадии формирования звезд, планет и галактик. По мере того, как свет от самых далеких объектов проходит через Вселенную, он растягивается за счет расширения пространства. К тому времени, когда свет достигает Земли, этот процесс растяжения превращает короткие волны видимого и ультрафиолетового света в более длинные волны инфракрасного света. Только телескопы с поглотителями дальнего инфракрасного диапазона могут обнаруживать инфракрасный свет и видеть эти далекие объекты. Чем чувствительнее поглотитель, тем больше света он может поглотить и тем больше объектов мы можем видеть. Вот почему НАСА черпало вдохновение у скромного мотылька, работая над улучшением своего телескопа с бортовой широкополосной камерой высокого разрешения (HAWC+).

Как мотыльки видят в темноте?

Мотыльки научились успешно охотиться в сумерках и ночью, когда мало света. Чтобы максимально улавливать свет, поверхность глаз мотылька покрыта регулярным узором из микроскопических бугорков. Эти структуры резко минимизируют отражение света, позволяя мотыльку поглощать как можно больше света и видеть в темноте. Текстурированная поверхность также помогает создать эффективный барьер от пыли и грязи.

Как бабочка позволила НАСА заглянуть в космос глубже, чем когда-либо прежде

НАСА имитировало текстурированные глаза мотылька, перерабатывая поглотитель дальнего инфракрасного диапазона своего телескопа HAWC+, создавая кремниевую поверхность, покрытую тысячами плотно упакованных цилиндрических шипов не выше песчинки (см. изображение ниже). Эти цилиндрические структуры помогают увеличить захват дальнего инфракрасного света и даже обнаруживают мельчайшие изменения частоты и направления света, позволяя астрономам заглянуть в космос глубже, чем когда-либо прежде.

Переход от случайного к преднамеренному

Несмотря на установленную ценность, в области биомимикрии существует большая проблема. Дизайн, вдохновленный природой, чаще всего возникает случайно: мимолетный разговор с коллегой или своевременная прогулка на природе. Но что, если бы существовал способ стратегического поиска среди тысяч самых успешных проектов природы и быстрого определения тех, которые лучше всего подходят для решения данной проблемы? Это цель проекта НАСА «Периодическая таблица жизни» (PeTaL): создание инструмента поиска, который использует искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение (МО) для сканирования и каталогизации десятилетий научной литературы и выделения миллионов дизайнерских идей из природы.

Ожидайте вторую часть этой серии статей, в которой я расскажу о том, как мы собирали данные и обучали наши модели машинного обучения.

Хотите внести свой вклад в проект NASA PeTaL? Загляните на наш GitHub!