新しいAIベースのナビゲーションにより、Loonの気球は定位置に留まります

WIREDに掲載されているすべての製品は、編集者が独自に選定したものです。ただし、小売店やリンクを経由した製品購入から報酬を受け取る場合があります。詳細はこちらをご覧ください。

高高度気球は、携帯電話の基地局が機能停止した遠隔地や災害被災地にブロードバンド接続をもたらしています。これらの「超高圧」ヘリウムガスを充填したポリエチレン製の袋は、成層圏高度65,000フィート（約2万4,000メートル）に浮かび、旅客機やハリケーンなど、あらゆるものの上空を飛行します。しかし、テニスコートほどの大きさでインターネットを高速で伝送する気球群を一点に浮かべ続けるのは、流れの速い川でボートを一点に浮かべ続けるのと同じように、技術的に難しい課題でした。

Google傘下のLoonの研究者たちは、人工知能（AI）を用いて気球に搭載されたコントローラーが様々な高度における風速と風向を予測し、その情報に基づいて気球の上昇・下降を制御する方法を考案した。このAI搭載の新しい航法システムにより、比較的安価なプラットフォームから、静止気球を用いて動物の移動、気候変動の影響、あるいは違法に国境を越えた野生生物や人身売買などを、一度に数ヶ月間監視することが可能になる。

「インターネット接続を必要とする人々の頭上に（気球の）ネットワークを張り巡らせ、遠くへ流されないようにするのは非常に難しい」と、Loonの最高技術責任者サル・カンディド氏は語る。このハイテク気球は昨年ペルー上空で試験運用され、人間の管制官なしで目標地点に留まることに成功した。高度によって風向は異なるため、AIベースの管制官は強化学習（RL）を用いて過去の記録と最新の天気予報のデータベースを検索し、気球を一定の場所に留めておくのに最適な高度を予測するようにプログラムされている。また、気球のソーラーパネルが機器を稼働させるためにどれだけの電力を発電しているかも確認した。

「RL が私たちのためにやってくれるのは、気球の状況がどうなっているか、どれだけの電力が残っているか、携帯電話を持っている人の頭上にとどまるために気球が今できる最善の行動は何か、を判断することです」と、カンディド氏は、ルーン社がどのようにしてブロードバンド利用者の頭上に気球を留めているのかについて語る。

キャンディド氏は、本日ネイチャー誌に掲載されたコンピュータプログラミング実験に関する論文の共著者である。この研究では、太平洋上で行われた39日間の実験の詳細が述べられている。この実験では、AIベースのLoon気球が赤道沿いの一点に停泊し、そのエリアの他の気球から情報を受信した。気球は、大気圏を上下に移動しながら一連の8の字を描くことで、目標に近づいた。AIエージェントは遠隔地の風向と風速の完全な記録を持っていなかったため、現在の風データにランダムに生成した「ノイズ」を追加することでギャップを補い、発生する可能性のある風速と風向の範囲をより正確にマッピングし、気球が将来取る可能性のあるさまざまな経路の評価を改善した。このアルゴリズムにより、強化学習を使用しなかったLoonの以前の気球ナビゲーションシステムと比較して、飛行中の意思決定時間が改善された。

カンディド氏と彼のチームは、2012年にGoogle X研究ラボの一部として会社が設立されて以来、数年間この問題に取り組んできた。Loonは現在、Googleの親会社であるAlphabetの子会社となっている。

それ以来の大きな進歩は、以前はビデオゲームで使用されていた強化学習を現実世界の課題に適用したことだ、とNature誌論文の筆頭著者であり、Google Canadaのリサーチサイエンティストでもあるマーク・ベルマーレ氏は語る。「機械学習とは、データを取得して結果を予測するという考え方です」とベルマーレ氏は言う。「強化学習では、意思決定の部分に焦点を当てています。そのデータに基づいて、どのように上昇または下降するか？ [AIコントローラー]は意思決定を行うだけでなく、時間をかけて意思決定を行うのです。」

一部の専門家は、AI搭載気球は地球環境のバイタルサインの監視にも活用できると考えています。例えば、北極の永久凍土の融解、熱帯雨林からの温室効果ガスの交換、さらには大西洋や太平洋で強力なハリケーンを引き起こす気圧や風の流れなどです。こうした新しいAIベースの航行システムの利点は、ルーンが運航するプエルトリコやネバダ州など、遠く離れた発射台から気球を展開し、帆船が海を渡る際に風に逆らって進むように、目標地点まで風を積極的に利用して航行できることです。

「便利で費用もかからない場所に打ち上げれば、あとは自力で移動できるでしょう」と、オックスフォード大学の気象学者スコット・オスプレイ氏は語る。オスプレイ氏はLoonの研究には関わっていない。オスプレイ氏は、例えば活火山の地震波の記録や、雲の大気圏を探査する惑星間ミッションなどにおいて、定常気球が大きな役割を果たすと考えている。「金星に探査機を送り、軌道上の雲頂の上空を観測することもできますし、一度に数ヶ月間そこに留まって上空の衛星と通信することも可能です」と彼は言う。

金星旅行は数年先のことかもしれない。しかし現在、ケニア上空にはAI搭載の自律型気球が新たに設置され、ケニア・テレコムの顧客にインターネットサービスを提供している。同社は最近、気球を312日間飛行させる記録を樹立し、今後数ヶ月以内に近隣のモザンビークにもサービスを拡大する予定だ。

Googleのベルマーレ氏は、強化学習を用いて気球を長期間操縦する技術の登場により、科学的なリモートセンシングや商業プロジェクトなど、様々な用途への可能性が開かれると述べています。彼にとって、これは人間の操縦なしに難しいタスクを実行できる真に知的な機械を開発するための新たな一歩です。「本当にエキサイティングなのは強化学習を使うことです」と彼は言います。「自転車の乗り方を学ぶのと同じです。方程式を書くのは難しいです。実際に試してみる方が簡単です。」

WIREDのその他の素晴らしい記事