Nữ sinh 19 tuổi dùng trí tuệ nhân tạo để dọn rác trên vũ trụ bao la

Sau khi xem một bộ phim khoa học giả tưởng về việc tàu vũ trụ của NASA bị phá hủy do va chạm phải các mảnh vụn và rác không gian ở quỹ đạo Trái Đất, cô nữ sinh Amber Yang đã chìm vào cơn ác mộng có thật này và mong muốn tìm ra cách nào đó để giúp thảm họa không xảy ra.

Cô nữ sinh năm nhất Amber Yang đã giành nhiều giải thưởng về công nghệ cho nghiên cứu dùng trí tuệ nhân tạo để dọn rác vũ trụ. Ảnh: CNN.

Trong thực tế, quỹ đạo Trái Đất là một nơi chứa đầy rác, chủ yếu là các mảnh vỡ hoặc thậm chí là những con tàu cũ đã không còn sử dụng, chúng được phóng lên từ thời Chiến tranh Lạnh và cho tới nay không một ai thừa nhận trách nhiệm với chúng.

Một giả thuyết có tên gọi Kessler, là kịch bản sẽ xảy ra khi các mảnh vỡ đó va chạm với nhau tạo nên một vụ nổ lớn và uy hiếp trực tiếp đến Trạm Không gian Quốc tế (ISS) tại quỹ đạo tầm thấp của hành tinh hay thậm chí là rơi xuống bề mặt địa cầu và gây nên “thiên tai nhân tạo”.

Khoảng 95% các chấm màu trắng trong ảnh này là rác vũ trụ, phương tiện cũ đã không còn được sử dụng. Hình ảnh này mô phỏng vị trí quan sát cách Trái Đất 35.785 km và từ đó ta có thể thấy được rác vũ trụ ở quỹ đạo tầm thấp lẫn tầm cao. Ảnh: NASA.

Chúng ta hoàn toàn có đủ khả năng để vận chuyển chủ động và an toàn hàng ngàn mảnh rác không gian lớn nhỏ về lại Trái Đất, nhưng điều này sẽ mất rất nhiều thời gian và tiền bạc khiến không một chính phủ nào có động thái quan tâm thực hiện. Vì thế, Amber Yang sẽ sắm vai người giải cứu Trái Đất bằng việc dọn dẹp rác vũ trụ bằng AI.

Không những rất to mà còn rất nhanh

Từ bề mặt hành tinh đi lên cao vài trăm km, ta sẽ đến được quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất. Nơi đây không chỉ có các nhà du hành vũ trụ làm việc tại ISS, mà còn các hàng triệu mảnh vụn không gian lớn nhỏ. Chúng đa dạng về hình dạng lẫn kích thước, nhưng có một điểm chung chính là chúng di chuyển nhanh hơn 10 lần so với một viên đạn bắn ra từ họng súng.

Hình ảnh cận cảnh cho thấy tàu thăm dò Mặt Trời Solar MAX của NASA bị lủng một lỗ khá to do va chạm với các mẩu vụn không gian. Ảnh: NASA.

Với tốc độ chóng mặt đó, một mẩu vật chất có diện tích bề mặt chỉ 1 cm cũng có độ sát thương không kém gì lựu đạn cầm tay - nghĩa là chúng rất nguy hiểm và không thể ngăn cản được nếu chẳng may ta nằm trên đường tấn công của chúng.

Các sứ mệnh không gian khi phóng tàu từ Trái Đất cũng tính toán rất kỹ về đường bay của tàu, nhằm tránh va phải chướng ngại vật. Cơ quan Hàng không Châu Âu từng cho biết rác vũ trụ là nguy cơ cao thứ 3 khiến một sứ mệnh không gian bị thất bại.

Kính cửa sổ trên tàu vũ trụ của NASA bị nứt sau khi bị rác vũ trụ va vào. Loại kính dùng để thiết kế tàu vũ trụ chịu được lực rất lớn nhưng vẫn bị ảnh hưởng nếu có va chạm ngoài không gian. Ảnh: NASA.

Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ cũng thành lập một tổ có chuyên môn theo dõi thường trực rác vũ trụ, vừa điều chỉnh các sứ mệnh không gian đang thực hiện, vừa theo dõi nếu chẳng may có sự cố sẽ ra tay ứng biến kịp thời. Timothy Payne, trưởng phòng của tổ chuyên môn này chia sẻ: “Chúng tôi cập nhật dữ liệu và báo cáo với NASA trong vòng 10 ngày để có thể đưa ra phương án kịp thời nếu có sự cố”.

Nhưng 10 ngày là khoảng thời gian khá khiêm tốn, Amber Yang cho biết mình có giải pháp dự đoán chính xác hơn và thời gian dự báo có thể mở rộng đến vài tuần. Phương pháp này không phải là lý thuyết suông trên giấy, cô nữ sinh đã nhận nhiều giải thưởng cho sáng kiến của mình.

Một vệ tinh nghiên cứu Trái Đất (cạnh trên của ảnh) được chụp ảnh từ tàu con thoi Challenger vào năm 1984. Vệ tinh này mang theo rất nhiều dụng cụ nghiên cứu khoa học nhưng cuối cùng đã bị bỏ lại ở quỹ đạo Trái Đất từ năm 1990. Ảnh: NASA.

Dự báo đúng 98% trong tương lai nửa tháng

“Tôi bắt đầu tìm hiểu về vật lý thiên văn từ năm 9 tuổi, đến năm học lớp 11 thì tôi chuyển sang nghiên cứu các vấn đề thực tiễn”, Yang chia sẻ với phóng viên CNN. Bằng cách lấy dữ liệu khảo sát từ các radar theo dõi ở mặt đất lẫn ở không gian, cô tạo ra một bộ dự đoán gọi là Kalman sử dụng các thuật toán phức tạp.

Năm 2016, Yang bắt đầu ứng dụng trí tuệ nhân tạo vào bộ dự đoán của mình và biến nó thành một hệ thần kinh như người thật, có thể tự học tập và đưa ra nhận định dựa trên kinh nghiệm và số liệu đã có. Từ đây, Kalman của Yang dễ dàng xác định được mẩu rác nào sẽ di chuyển nhanh/chậm ra sao, có tỷ lệ rơi xuống hay va chạm thế nào.

Ảnh chụp màn hình phần mềm của Yang, cho thấy dự đoán về đường đi của các vệ tinh nhân tạo bị bỏ hoang được thực hiện bởi trí tuệ nhân tạo.

Để dữ liệu trực quan và dễ theo dõi hơn, Yang xây dựng một phần mềm máy tính của riêng mình. Ở phần mềm này, cô đặt nhiều định luật vật lý và thay đổi chúng để mọi thứ có thể tự diễn ra mô phỏng giả lập mà con người không cần phải can thiệp quá nhiều vào.

“Đây là một trải nghiệm hoàn toàn mới đối với tôi, tôi chưa từng phải gõ mã lập trình nhiều đến vậy trước đây và kết quả cũng xứng đáng khi tôi chỉ cần ngồi yên và quan sát máy tính tự chạy giả lập”, Yang chia sẻ và cho biết hệ thống của mình dự báo chính xác đến 98% đối với 16 ngày dữ liệu trong tương lai.

Những mẩu rác vũ trụ nhỏ va chạm với bề mặt của Kính thiên văn Không gian Hubble. Ảnh: NASA.

“Hệ thống của tôi có thể dự đoán xa hơn nữa nhưng có nhiều yếu tố sẽ khiến kết quả bị sai lệch đi nếu chạy giả lập quá xa. Trí tuệ nhân tạo về cơ bản là tự học và tự đưa ra kết quả, vì thế tôi sẽ nạp thêm nhiều dữ liệu hơn để máy tính có thể học được nhiều hơn, từ đó đưa ra kết quả chính xác hơn”, cô cho biết.

Khởi nghiệp bằng công nghệ từ khi ngồi ở ghế nhà trường

Amber Yang gửi dự án của mình tham gia vào rất nhiều cuộc thi. Cuối năm 2019, cô đem sản phẩm đến CERN để tham dự Hội nghị Khoa học Biên giới của Nhà Trắng và có một bài nói chuyện TEDx đầy cảm hứng để chia sẻ về giới hạn cũng như tiềm năng của một nữ sinh khi tham gia nghiên cứu khoa học.

Amber Yang tại giải thưởng của Quỹ Intel về Các nhà khoa học trẻ. Ảnh: Intel.

Trước đó vào năm 2017, cô đã vào vòng chung kết cuộc thi Tìm kiếm Tài năng Khoa học Regeneron và giành giải thưởng của Quỹ Intel về Các nhà khoa học trẻ với học bổng trị giá 50.000 USD. Sau đó Yang học chuyên ngành Vật lý ở Đại học Stanford.

Tại đây, cô nữ sinh bắt đầu thương mại hóa sản phẩm nghiên cứu của mình. “Tôi nhận được rất nhiều lời đề nghị từ cả chính phủ lẫn công ty tư nhân về việc mở công ty riêng để phát triển dự án của mình. Các doanh nghiệp rất hứng thú với sản phẩm của tôi vì cơ bản nó không mất quá nhiều tiền để phát triển.

Tôi vẫn chưa đưa ra mức giá cho phần mềm của mình nhưng nhiều công ty đã trả 750.000 USD đến 1 triệu USD. Trước mắt tôi sẽ tự phát triển thêm cho dự án của mình rồi sau đó sẽ tìm một nhà đầu tư để bắt đầu khởi nghiệp. Tôi hy vọng sản phẩm của mình sẽ giúp được ít nhiều cho các nhà du hành vũ trụ và các kỹ sư ở NASA”, Yang chia sẻ.

Yang cho biết sẽ phát triển thêm các tính năng khác cho phần mềm của mình rồi bắt đầu khởi nghiệp từ công nghệ. Ảnh: Orlando Sentinel.

Timothy Payne từ Bộ Quốc phòng Mỹ cho biết cơ quan này chưa ứng dụng trí tuệ nhân tạo và mạng thần kinh ảo để thăm dò rác vũ trụ, nhưng cho biết trong tương lai sẽ xem xét và sử dụng. “Tính đến thời điểm hiện tại, chúng ta chưa ghi nhận sự cố đáng tiếc nào về việc va chạm với các mẩu rác vũ trụ.

Thế nhưng, tương lai là chuyện không thể nói trước được, vì thế chúng tôi sẽ cân nhắc sử dụng công nghệ của cô nữ sinh trẻ này. Tôi cảm thấy rất vui vì có người trẻ quan tâm đến lĩnh vực này và thậm chí đã có những ý tưởng mới mẻ cho nó”, ông chia sẻ.

Theo Khám phá