夢見るAIが系外惑星の大気を探す

1月 10, 2024

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スペースを調べるのは簡単ではありません。スペースは非常にたくさんあります。ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの博士研究員であるインゴ・ウォルドマン博士が、系外惑星の周囲の大気の構成を特定する手助けを求めてコンピューターに注目したのはそのためです。しかし、人間にとって比較的簡単なことは、機械にとっては難しいことです。私たちは単に、思考を持たないアルゴリズムよりもパターン認識が優れているだけなのです。問題はそれを行うのに時間がかかることです。

ウォルドマン博士は助けを求めて機械学習に目を向け、人間の脳をモデルにした人工知能であるニューラルネットワークを使用するロボット型系外惑星認識 (略して RobERt) と呼ばれるソフトウェアを作成しました。その後、ウォルドマン博士は、80,000 件のデータのデータベースを使用して RobERt を訓練し、系外惑星周囲の大気中の水、メタン、その他の重要なスペクトルを特定しました。 AI_with_exoplanet_atmospheres_の狩猟_-_3

RobERt は 99.7% の精度を誇りますが、「夢見る」こともできます。つまり、ロボットに水を「想像」するよう依頼すると、ロボット自身の経験に基づいてそのスペクトルがどのように見えるかを近似します。私たちは、なぜニューラルネットワークが眼球空間に適したテクノロジーなのか、そして RobERt が他に何を発見できるのかを知るために Waldmann 博士に話を聞きました。

RobERt で解決しようとしていた問題は何ですか?

私たちが取り組んでいるのは、惑星の大気スペクトルの特徴を明らかにすることです。惑星が恒星の前にあるとき、大気中を照らす光があり、その光を分析して分子量やメタン、水、一酸化炭素などの微量ガスを分析できます。

また、惑星が恒星の後ろに移動するときに放出される光を観察することもできます。しかし、その後、地球がその表面や大気から放射するものを私たちは失います。そして、それを分析することははるかに困難であり、はるかに多くの時間を必要とします。 exoplanet_atmospheres_with_ai_-_1 の狩猟

そこで私たちは、学習するニューラルネットワークを作るというアイデアを思いつきました。私たち人間は、これらのスペクトルのパターンを非常に簡単に検出できますが、アルゴリズムの場合、それは困難です。

ニューラルネットワークはどのように機能するのでしょうか?

ニューラルネットワークは深層信念ネットワークです [相互に通信できる複数の層があります]。そういう意味では比較的シンプルですね。私たちはこれに 3 つのニューロン層、つまり 3 つの抽出層を与え、基本的にトレーニングしました。

ニューラルネットワークをどのように訓練するのでしょうか?

理論モデルで生成した 80,000 のスペクトルを与え、それをニューラルネットワークに提示しました。最初はやみくもにトレーニングしました。私たちはそれにスペクトルを与え、内部でそれ自体を最適化しようとしました。次に、純水のスペクトルまたはメタンのスペクトルを提示する第 2 段階があります。次に、それが純粋なメタンであることを教えるので、すでに学習したものにラベルを付けることができます。

「ドリームモード」とは何ですか？

ニューラルネットワークの効率をチェックする 1 つの方法は、ニューラルネットワークを逆さまにできるかどうかです。したがって、データを提示してそのデータに何が含まれているかを示す代わりに、そこに含めたいいくつかのコンポーネントが与えられた場合にデータセットがどのように見えるかを想像するように指示できます。 exoplanet_atmospheres_with_ai_-_2 の狩猟

それに水またはメタンのラベルを付けて、ニューラルネットワークを上下逆さまにします。次に、系外惑星の大気スペクトルがどのように見えるかを想像します。そして興味深いことに、それは本物に非常に近いです。

RobERt は何を探していますか?

現時点では、私たちの太陽系がどのように形成され、進化したのかは分かりません。その一例だけを知るのは非常に難しいからです。そのため、RobERt などのツールを使用して、他の多くのシステムを非常に迅速かつ効率的に調べ、形成履歴をコンテキストに組み込むことができるようになります。

それでは、タブロイド紙が話題にしている宇宙人はいないのでしょうか？

面白いことに、元のプレスリリースは宇宙人と全く関係がなかったのです。たとえ次世代の望遠鏡があっても、私たちは宇宙人を見つける感度を持たないだろう。可能性は非常に低いですが、[RobERt) はオゾンなどのバイオマーカーの痕跡を見つけるでしょう。そうかもしれませんが、その可能性はまだ非常に低いです。

インゴ・ワルドマン博士は、UCL の物理学および天文学部門の研究員です。