AI书房
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[AI书房] 第12章 把模拟经验移植到现实
人工智能战斗机,人工智能空军
第三部 AI如何学习战斗
第12章 把模拟经验移植到现实
金京镇
把在显示器画面里的虚拟战斗中百战百胜的AI放进真正的F-16座舱,会怎样?它能立刻称霸天空吗?答案是「不能」。仿真世界里的天空在数学上是完美的。风按照计算好的方向吹,空气密度均匀,发动机始终以百分之百的效率运转。传感器发送毫无噪声的干净数据,通信没有任何延迟。可现实完全不同。突如其来的阵风,云层遮蔽传感器,通信信号中断,机体产生无法解释的振动。在仿真中胜率百分之百的AI,到了现实中第一次飞行就可能坠毁。
这道鸿沟被称为「现实差距(Reality Gap)」,是虚拟世界与现实世界之间的裂缝。弥合这道裂缝的技术就是Sim2Real,即「从仿真到现实」。这是AI战斗机开发的核心难题,只有攻克它,AI才能真正在天空中作战。
Sim2Real的第一个策略,是故意把仿真环境搞得一团糟。这项技术叫「域随机化(Domain Randomization)」。
训练过程中,风速被随机改变,机体重心被轻微晃动,发动机推力在百分之八十到百分之一百二十之间波动。传感器数据里故意掺入杂音,通信链路里插入延迟。
不只在晴朗天气下训练,还把暴风雨、传感器故障、发动机出力下降等状况注入仿真环境。在这种「脏乱」的环境中训练出来的AI,会把现实世界仅仅看作「又一个噪声很大的仿真」。只在干净环境中训练的AI到了现实中会手足无措。但在各种混乱中磨炼出来的AI,面对现实的不确定性也不会动摇。
第二个策略是把现实数据持续灌入仿真系统。这叫「数字孪生(Digital Twin)」。实时采集真实战斗机的飞行数据,不断更新虚拟战斗机模型。根据实际飞行测试获得的气动数据、发动机响应速度、机体振动模式,不停修正仿真模型。这样,虚拟世界就逐步逼近现实。然后在这个更加精细的虚拟世界里再次训练AI。这个循环每重复一轮,AI面对现实就更强一分。
美国空军为验证这项Sim2Real技术,运行了一架名为X-62A VISTA的试验机。这架由F-16D改装而来的飞机,专门设计为允许AI实际操纵机体。2022年12月起,AI操控的飞行测试在爱德华兹空军基地上空展开。前12次飞行中,AI完成了机炮射程内的近距格斗(狗斗)和超视距交战(BVR)全部科目。在超过17小时的自主飞行中,机体在遵守实际空域限制的同时实现了性能最优化。
2023年,历史性的时刻到来了。X-62A VISTA在AI操控下,与有人驾驶的F-16进行了真正的空中对抗。这是全球首次「人类对AI」的实战空中格斗。
2024年5月,美国空军部长弗兰克·肯德尔(Frank Kendall)亲自登上了X-62A的座舱。美国空军的最高指挥官把自己的身体交给了AI操控的战斗机。飞行结束后,他说:「我觉得可以把武器发射权限交给AI了。」
安全措施当然做得滴水不漏。「运行时保障(Runtime Assurance)」系统实时监控AI的每一个动作。AI下达「向右5G转弯」的指令后,系统会在千分之一秒的精度下检查这条指令。如果AI的指令超出机体结构极限,或导向有地面碰撞风险的轨迹,系统会立即切断AI的控制权,将机体恢复到安全状态。后座的安全飞行员随时可以关闭AI、切换到手动操控。事实上,X-62A的全部测试飞行中,安全飞行员强制关闭AI的次数为零。
还有一个课题是算力。
仿真中的AI可以尽情使用庞大服务器机房里的超级计算资源。但真实战斗机内部空间狭小、电力有限,不可能装载数千块GPU。所以需要一个把庞大AI模型压缩到小芯片里的轻量化过程。
Heron Systems赢得AlphaDogfight冠军的模型,被设计得足够高效,可以在英伟达的一块小芯片上运行。这件事背后的含义很大。强大而轻巧的AI,才是实战部署的前提条件。
未来的AI战斗机在出击前就已掌握基本战斗技能,但在战斗过程中会识别敌方模式,当场进化。这叫「元学习(Meta-Learning)」,也叫「在线适应」。不是把工厂里训练好的模型原封不动地搬来用,而是实时感知飞行中机体状态的
变化和敌方战术的变化,对自身的神经网络做微调。Sim2Real不是装个软件那么简单的事。它是虚拟智能穿上物理躯壳、学习现实法则的过程。在机器人学领域,这被称为「具身化(Embodiment)」。AI要成为真正的战士,就必须离开仿真世界干净的天空,降落到现实中粗粝的天空里。