13 Σεπτέμβριος 2020, 09:51 - Τελευταία Ενημέρωση: 13 Σεπτέμβριος 2020, 09:47

Λογισμικό του Δημοκρίτειου Πανεπιστημίου προστατεύει διαστημικές πτήσεις της NASA

  • Λογισμικό του Δημοκρίτειου Πανεπιστημίου προστατεύει διαστημικές πτήσεις της NASA
    (Φωτ.: Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης)

Ως ασπίδα προστασίας από κάθε είδους παρέκκλιση από τη φυσιολογική λειτουργία –και γενικότερα ως σύστημα ελέγχου– διαστημικών πτήσεων της NASA, χρησιμοποιείται πλέον, πειραματικά, το νευρομορφικό ολοκληρωμένο κύκλωμα Neuromorphic System on Chip (nsoc) Akiδa που δημιουργήθηκε και με το ευφυές λογισμικό που ανέπτυξε ερευνητική ομάδα του Δημοκρίτειου Πανεπιστημίου Θράκης».

Ο καθηγητής του Εργαστηρίου Μαθηματικών και Πληροφορικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του ΔΠΘ Λάζαρος Ηλιάδης, περιγράφει τη λειτουργία του ελληνικού λογισμικού.

Εξηγεί πώς διαφοροποιείται το συγκεκριμένο πρόγραμμα από τα κλασικά των νευρωνικών δικτύων, μιλά για τις εν δυνάμει εφαρμογές του και για τις δυνατότητες της ερευνητικής ομάδας της οποίας προΐσταται.

Η λειτουργία του ευφυούς λογισμικού
«Το λογισμικό που αναπτύξαμε εξομοιώνει τον τρόπο λειτουργίας του ανθρώπινου εγκεφάλου, μετατρέποντας τα δεδομένα εισόδου (ερεθίσματα) σε χωροχρονική ακολουθία ηλεκτρικών σημάτων. Φανταστείτε τον εγκέφαλο ως ένα μηχάνημα στο οποίο παράγονται και εκπέμπονται συνεχώς τρισεκατομμύρια ηλεκτρικά σήματα, τα οποία μεταβιβάζονται από τον ένα νευρώνα στον άλλο παράγοντας μια ταξινόμηση των αντικειμένων και των καταστάσεων του περιγύρου μας.

»Αντίστοιχα το πρόγραμμα που δημιουργήσαμε είχε ως στόχο την ανίχνευση κυβερνοεπιθέσεων και τη θωράκιση μεγάλων δικτύων υπολογιστών, μέσω της ταξινόμησης των δεδομένων δικτύου.

»Κάθε δίκτυο έχει μια ροή δεδομένων και ένα πρότυπο που την χαρακτηρίζει ως φυσιολογική. Συγκεντρώνουμε τη ροή σε αρχεία δεδομένων (PCAP files) και στη συνέχεια το νευρωνικό δίκτυο, που έχει το πρότυπο της φυσιολογικής ροής , την μελετάει και εάν εντοπίσει οποιαδήποτε παρέκκλιση εκτός των φυσιολογικών πλαισίων, έστω και στην τιμή μίας παραμέτρου, αυτό σημαίνει ότι έχουμε πρόβλημα ασφάλειας. Στο πλαίσιο του nsoc Akiδa, το λογισμικό μας χρησιμοποιείται για να υλοποιήσει ευρύτερες ταξινομήσεις ελέγχου συστημάτων, μέσω της μετατροπής των δεδομένων σε ακολουθία ηλεκτρικών σημάτων. Θα μπορούσε λοιπόν η Akiδa να οδηγεί ένα μη επανδρωμένο διαστημικό όχημα όπως αυτά που προσγειώθηκαν στον Άρη, να αναγνωρίζει εμπόδια στην πορεία του και οτιδήποτε άλλο», εξηγεί ο Λ. Ηλιάδης.

Η καινοτομία του λογισμικού
Σκιαγραφώντας την ιδιαιτερότητα του λογισμικού του ΔΠΘ, ο Λάζαρος Ηλιάδης διευκρινίζει ότι έχει υπογραφεί σύμφωνο εμπιστευτικότητας με την Brainchip και ως εκ τούτου δεν μπορεί να συζητηθεί καμία τεχνική λεπτομέρεια. Αναφέρει χαρακτηριστικά: «Το αυτόνομο πρόγραμμα που εμείς αναπτύξαμε (με τη χρήση της τεχνολογίας των spiking νευρωνικών δικτύων ακίδας), χωρίς όμως να βασιστούμε σε κάποια υφιστάμενη πλατφόρμα αλλά σχεδιάζοντάς το από την αρχή, τρέχει σε περιβάλλον Unix, σε πολύ ελάχιστο χρόνο –της τάξης των 2-3 δευτερολέπτων– και αναγνωρίζει μεγάλο αριθμό κυβερνοεπιθέσεων, ανάλογα με την περίπτωση, με συγκλονιστική ακρίβεια. [...]

»Οι κλασικές αρχιτεκτονικές νευρωνικών δικτύων υιοθετούν μια διαδικασία μάθησης με συνεχείς επαναλήψεις για να ταξινομήσουν τα προαναφερθέντα πρότυπα, ώστε να μπορούν στη συνέχεια να τα αναγνωρίζουν και να εντοπίζουν τυχόν διαφοροποίηση στην κανονικότητα της ροής των δεδομένων ενός δικτύου. Η συνεχής επανάληψη όμως προκαλεί καθυστέρηση. Το λογισμικό μας μ' ένα μόνο πέρασμα, αναγνωρίζει τα πρότυπα κι έτσι ο διαχειριστής γνωρίζει τι αντιμετωπίζει άμεσα και όχι εκ του αποτελέσματος. [...]

»Η διαφορά είναι ότι αναπτύξαμε αλγόριθμους, και μέσα από αλγοριθμικούς συνδυασμούς είχαμε την ταχύτητα, την ευελιξία και την αποτελεσματικότητα που θέλαμε για την ανίχνευση κυβερνοεπιθέσεων».

Το τσιπ Akiδa και η χρήση από τη NASA
«Η NASA, σε συνεργασία με την αμερικανική εταιρία Brainchip Holdings, τρέχει αυτήν τη στιγμή ερευνητικό πρόγραμμα, στοχεύοντας στον έλεγχο διαστημικών πτήσεων από το nsoc Akiδa, όπου συμβολή έχει και το εν λόγω λογισμικό. Χρησιμοποιείται λοιπόν το ολοκληρωμένο κύκλωμα Akiδa της Brainchip στο πλαίσιο της πρώτης φάσης του προγράμματος που χρηματοδοτεί η NASA. Η Akiδa πιθανόν θα ελέγχει και θα κατευθύνει διαστημικές πτήσεις τόσο ως προς την τροχιά τους αλλά και προς αποφυγή δυσλειτουργιών και προβληματικών καταστάσεων τις οποίες θα εντοπίζει».

Σύμφωνα με τον Λ. Ηλιάδη, μετά τη δημοσίευση, σε ακαδημαϊκό επίπεδο, του συγκεκριμένου προγράμματος, η Brainchip αντιλαμβανόμενη ότι υπάρχει μεγάλο πεδίο εφαρμογής, ήρθε σε επικοινωνία με το ΔΠΘ, το οποίο επισκέφθηκε ο ιδρυτής της εταιρείας δύο φορές, χρηματοδότησε την ανάπτυξη του λογισμικού με τις προδιαγραφές που η εταιρεία ήθελε και στη συνέχεια χρησιμοποίησε το λογισμικό στην ανάπτυξη του τσιπ Akiδa [σ.σ.: το ελληνικό δ προς τιμήν της ερευνητικής ομάδας που το δημιούργησε].

»Για να σας εξηγήσω την επανάσταση που προέκυψε με το τσιπάκι αυτό της Brainchip, σκεφτείτε ότι πριν από το Akiδa, το νευρομορφικό chip Loihi της Intel είχε 130.000 τεχνητούς νευρώνες και 130 εκατ. συνάψεις (ενώσεις νευρώνων), η Akiδa έχει 1,2 εκατ. νευρώνες και 10 δισ. συνάψεις, όταν ο εγκέφαλος του ανθρώπου φυσικά είναι ακόμα πιο πολύπλοκος, με 86 δισ. νευρώνες και 150 τρισ. συνάψεις. Είναι μία τεράστια πρόοδος, αν σκεφτεί κανείς ότι ξεπεράσαμε την αρχιτεκτονική μορφή του εγκεφάλου μιας μέλισσας. [...] Τα δύο πάρα πολύ σημαντικά σημεία της Akiδa είναι ότι δεν απαιτεί την υποστήριξη κεντρικής μονάδας επεξεργασίας (CPU), ούτε απαιτεί επιταχυντή μνήμης ή βαθιάς μάθησης», αναφέρει χαρακτηριστικά ο Λ. Ηλιάδης.

Πεδίο εφαρμογής του λογισμικού
«Ένα Neuromorphic System on chip (NSOC) Νευρομορφικό Ολοκληρωμένο Κύκλωμα, είναι ουσιαστικά ένα σύστημα ελέγχου, ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα το οποίο λειτουργεί όπως ένας οργανικός εγκέφαλος. Όταν έχουμε nsoc, είναι σαν να έχουμε έναν άνθρωπο ο οποίος εκτελεί ένα έργο και ελέγχει μια κατάσταση. Έχει πολλές εφαρμογές, μεταξύ των οποίων και η αυτόματη οδήγηση οχημάτων», σημειώνει ο Λ. Ηλιάδης.

  • Πηγή: ΑΠΕ-ΜΠΕ / Λ. Παπαδημητρίου.