Васіль Кавалёў: «Навучаная нейрасетка — гэта як файл з данымі. Мы запампоўваем яго ў мікрамодуль, які гатовы гэтыя даныя выкарыстоўваць, каб інтэрпрэтаваць паток кадраў і выяў».Камп’ютар, камера, батарэя
Мы знаходзімся ў лабараторыі № 255 АІПІ НАН — тут займаюцца аналізам біямедыцынскіх выяў. Маладыя навукоўцы збіраюць выявы для навучання нейрасеткі, займаюцца непасрэдным яе навучаннем і, вядома, выпрабаваннямі. Вось, напрыклад, зараз запускаюць у палёт невялікі дрон, да якога прымацавалі сваю новую распрацоўку — 50-грамовы мікрамодуль, які сабраў у сабе мікракамп’ютар, відэакамеру і батарэю. І якая ў яго місія?
Загадчык лабараторыі Васіль Кавалёў кладзе на далонь мікрамодуль — ён закрыты ў маленькай каробачцы з біяраскладальнага пластыку, надрукаванай на 3D-прынтары, — і апісвае пачатак гісторыі стварэння гэтага дзецішча — дакладней, мікрадзецішча:
— У 2016 годзе ў ходзе праграмы Саюзнай дзяржавы «Тэхналогіі-СД» мы выступілі з прапановай распрацаваць мініяцюрную прыладу, якая будзе ўключаць у сябе мікракамп’ютар з навучанай нейрасеткай для распазнавання любых аб’ектаў са спадарожнікаў або беспілотных лятальных апаратаў. Паколькі мы сапраўды даўно працуем у галіне распазнавання выяў, у асноўным у медыцыне, і ў нас ёсць вопыт, нам было цікава стварыць і такі прадукт. Чаму? Мноства сучасных даных прадстаўляецца ў выглядзе выяў: спадарожнікавыя, аэракасмічныя, медыцынскія, мікраскапічныя і іншыя. Усе яны лічбавыя і могуць захоўвацца вечна. Гэтыя даныя могуць несці ў сабе велізарную карысць для чалавека. Галоўнае іх прааналізаваць, што і павінен зрабіць камп’ютар.
Гледзячы на маленькую каробачку, цяжка паверыць, што гэта паўнавартасны камп’ютар. І ён разумны не па гадах. Праўда, гэтаму папярэднічала карпатлівая праца збору соцень тысяч выяў, каб навучыць нейрасетку камп’ютара разумець, з якой выявай яна мае справу.
— У такіх мініяцюрных прыладах схавана велізарная сіла, — разважае Васіль Аляксеевіч. — Аднак каб у сучасным тэхналагічным свеце прадукт быў зручным у выкарыстанні — лёгкім і, што немалаважна, акупным, трэба было зрабіць яго недарагім. Мы распрацавалі самую бюджэтную версію.
Мяркуецца, што дадзеная распрацоўка будзе выкарыстоўвацца ў ваенна-прамысловым комплексе.Даведацца і распазнаць
Самае цяжкае ва ўсёй гэтай «разумнай» каробачцы ў чорным корпусе — літый-іённая цягавая батарэя. І пры гэтым, яшчэ раз нагадаем, вага ўсяго мікрамодуля — 50 грамаў!
— Камера тут падобная да той, што ў вас у тэлефоне. Каб нейронная сетка распазнала, што бачыць на атрыманых выявах з камеры, няма неабходнасці ставіць шматпіксельную камеру. Галоўная яе функцыя — сканаванне, таму для распазнавання, захавання растравай выявы дастаткова памеру 256х256 пікселяў. Усё астатняе: убачыць, зразумець, што на малюнку, — гэта задача нейрасеткі, якую мы навучалі доўгі час. І цяжкасць была не ў тым, каб перадаць ёй даныя, а менавіта сабраць для яе ўсе магчымыя варыянты выяў, каб патрэбны аб’ект яна распазнала з тысячы.
Прывядзём просты прыклад: каб навучыць нейрасетку распазнаць катка або сабачку, ёй трэба паказаць дзясяткі тысяч выяў гэтых жывёл. У розных позах і ракурсах, на розных фонах, а яшчэ розных парод і гэтак далей. Чалавек лёгка зразумее, дзе кот, а дзе сабака, якіх бы ні паказалі. Але нейрасетка, калі яна яшчэ някемлівая, не адразу вызначыць. Вось чаму патрэбны тысячы і тысячы разнастайных выяў.
— Праграмнае забеспячэнне для камп’ютара — гэта мозг усёй тэхнічнай базы. І каб зрабіць якаснае ПЗ, мы выкарыстоўваем нейронныя сеткі новага пакалення — скруткавыя нейронныя сеткі. Гэта сучасная мадэль распазнавання дадзеных, якая базіруецца на магутных вылічальных прыладах. Мы трацім шмат часу на тое, каб сабраць базу даных у велізарных памерах для навучання — гэта вельмі складана. Але, калі ў выніку ўсе веды сканцэнтраваныя ў адной прыладзе, гэта ўжо даволі простая рэч, — тлумачыць Васіль Аляксеевіч.
Якія задачы ў будучым стаяць перад мікрамодулем? Першая — яму неабходна будзе з вышыні аператыўна распазнаваць тыпы падсцілаючай паверхні — гэта асаблівасці размеркавання сушы і вады, рэльефу сушы і іншага. Як гэта працуе: дапусцім, ляціць маленькі спадарожнік або беспілотны лятальны апарат, да якога падключылі мікрамодуль. У рэальным часе камера модуля здымае паверхню, а нейрасетка камп’ютара адразу ж праводзіць аналіз таго, што бачыць — ліставы лес, хвойны лес, аранае поле, дачная забудова і гэтак далей.
Самае цікавае тое, што да чалавека паступае не проста ўсё, што было заўважана з вышыні, а выключна адабраная і патрэбная інфармацыя. Трэба нам па заданні ўбачыць месца расліннасці на раллі — менавіта гэтыя ўчасткі камп’ютар і пакажа. Дарэчы, гэта ўжо другая задача для мікрамодуля — распазнаць пэўныя аб’екты на малюнках.
— Мікрамодуль дазваляе зрабіць усе, што душа пажадае, — усміхаецца Васіль Аляксеевіч. — Напрыклад, вы хочаце запусціць спадарожнік, які б адрозніваў нечаканыя вялікія колькасці рухомых аб’ектаў на зямлі, якія прадстаўляюць ваенную цікавасць, ці аператыўна знаходзіў лясныя пажары. Або, напрыклад, людзей на велізарнай незаселенай мясцовасці. Так, можна сфатаграфаваць тэрыторыю, выявы перадаць спецыялістам і прымусіць іх гадзінамі, суткамі вышукваць нешта, аналізаваць вялізную колькасць фота. Але навошта? Гэта хутка і без памылак зробіць камп’ютар.
Нейрасетку давялі да такога тэхнічнага стану, што яна адбірае толькі тыя ўчасткі на здымках, якія заслугоўваюць увагі чалавека. Гэтая ж функцыя дазваляе і эканоміць зарад энергіі самой прылады: яна не перадае ўсё, што бачыць. Яна перадае важнае.
Камандзе з шасці чалавек, якая займаецца распрацоўкай мікрамодуля, да фінальных рысак засталося няшмат: ужо сёлета скончацца выпрабаванні, будзе атрыманы сертыфікат.
kasel@sb.by
