Viaggio nel laboratorio all’avanguardia tra cyberspazio e intelligenza artificiale
LABORATORIO DI STUDI SUL CYBERSPAZIO
E
Centro per la Tecnologia Spaziale Ing. Alvaro De Orleans
Presidente d’Onore
Senatore LAMBERTO DINI
già Presidente del Consiglio dei Ministri
Ministro degli Affari Esteri
Comitato Scientifico
Professor BRUNO BOTTA
Magnifico Rettore UniTelma Sapienza
Università Telematica La Sapienza Roma;
Professor Avv. OLIVIERO DILIBERTO Preside Facoltà di Giurisprudenza Università La Sapienza Roma;
Professor Avv. ANDREA DI PORTO
Professore Ordinario di Diritto Romano Facoltà di Giurisprudenza Università La Sapienza Roma;
Prof. Dr. KLAUS MAINZER Professore Emerito di Filosofia e Filosofia delle Scienze, Politecnico di Monaco;
Prof. PAOLO SAVONA Professore Emerito di Politica Economica. Presidente della CONSOB;
Professor GIANCARLO SUSINNO Professore Emerito di Fisica dell’Università della Calabria;
Professoressa LUCIA VOTANO Dirigente di Ricerca Emerita I.N.F.N.
Al di là degli sviluppi delle scienze applicate sulla Terra per la Terra (nuove energie, intelligenza artificiale, informatica quantistica, fonti rinnovabili, ecc.), va comunque detto che le possibilità di “fuga” dal nostro pianeta, attualmente sono limitate ai quasi 40mila chilometri orari, toccati nel lontano 1969 da un equipaggio umano. Mentre il record per la maggiore velocità raggiunta da un velivolo spaziale appartiene alla sonda della NASA, Solar Parker Probe, che il 29 aprile 2021 ha raggiunto i 532mila km/h in avvicinamento al Sole, e raggiungerà il picco di velocità con 690mila km/h presso il perielio (ossia il punto di essa sonda alla minima distanza dalla nostra stella).
Per cui se calcolassimo la predetta velocità massima di un vettore o un’astronave con equipaggio umano in direzione Marte (ossia un vicino casa, essendo un pianeta interno del Sistema Solare come Mercurio, Venere ed il nostro), solo per raggiungerlo occorrerebbero nove mesi.
Non ne parliamo se poi consideriamo la stella più vicina al Sistema Solare: Proxima Centauri, che dista 4,2 anni luce. Non è il caso adesso di discettare su wormhole, velocità di curvatura, ecc.; è bene restare coi piedi appunto in/sulla Terra, e analizzare a che punto siano gli studi vettoriali, in quanto – diciamocelo chiaramente – le distanze sono incommensurabili mentre le nostre possibilità di andare Oltre, molto Oltre, sono limitate se non ridicole a paragone di ciò che ci circonda. Per adesso possiamo solo sperare di raggiungere qualche asteroide. Torniamo all’argomento in questione.
Attualmente nel mondo ci sono più di 35mila aziende aerospaziali e 3,5 milioni di dipendenti, con circa 184mila nuovi dipendenti nel 2023, coprendo Stati Uniti d’America, Russia, Regno Unito, RP della Cina, India, Francia, Giappone Germania, Canada. E anche l’Italia con la BPD (Bombrini Parodi-Delfino, oggi Avio) con i vettori Vega, lanciatori di satelliti, ha aperto le porte dello spazio al nostro Paese, entrato così a pieno titolo nel ristrettissimo club dei predetti Paesi che hanno accesso autonomo al cosmo.
L’industria aerospaziale nel suo insieme mostra una crescita tecnologica stabile e investimenti attivi, tra cui la costruzione di piattaforme satellitari, la biotecnologia spaziale, la sicurezza della rete del sistema spaziale, la gestione di modellini di razzi e veicoli spaziali, ecc.
Mentre l’esplorazione umana dello spazio continua a crescere, le startup stanno creando soluzioni praticabili per i viaggi spaziali e la gestione del traffico, e persino per la rimozione di spazzatura e detriti spaziali. Anche i satelliti a bassa orbita (Low Earth Orbit), così come i big data e l’analisi, svolgono un ruolo vitale nelle future missioni spaziali.
L’industria aerospaziale sta utilizzando tecnologie emergenti come il 5G, sistemi satellitari avanzati, stampa 3D, big data e calcolo quantistico per espandere e aggiornare le operazioni spaziali, comprese le previsioni meteorologiche, il telerilevamento, la navigazione GPS (Global Positioning System), la televisione satellitare e la navigazione a lungo termine e le comunicazioni a distanza
L’affidamento alle infrastrutture spaziali per fornire servizi, la propulsione intelligente (Smart Propulsion), i robot spaziali e la gestione del traffico spaziale sono tutte nuove tendenze che promuovono lo sviluppo di applicazioni aerospaziali. Con l’afflusso di fondi di private equity e vari investimenti, le startup aerospaziali stanno sviluppando nuove tecnologie che semplificano il movimento, le operazioni e le comunicazioni tra la Terra e lo spazio.
L’Aerospace Trend Report pubblicato da Startus-Insights ha analizzato 2.162 nuove startup del settore aerospaziale in tutto il mondo e ha riassunto le dieci principali tendenze e tecnologie emergenti nel settore aerospaziale.
Le dieci nuove tendenze e innovazioni nella tecnologia spaziale nel 2024, sono rappresentate da:
1. Piccoli satelliti. I piccoli satelliti sono diventati la tendenza dominante nella tecnologia aerospaziale. La miniaturizzazione dei satelliti consente progetti economicamente vantaggiosi e i progressi nella tecnologia industriale hanno consentito la produzione di massa. Le startup stanno sviluppando piccoli satelliti per svolgere compiti precedentemente riservati a satelliti più grandi, come reti di comunicazione wireless, osservazioni scientifiche, raccolta dati e monitoraggio della Terra tramite GPS. Si stima che il valore del mercato dei piccoli satelliti nel 2024 sia pari a 166,4 miliardi di dollari e si prevede che raggiungerà i 260,56 miliardi di dollari nel 2029, con un tasso di crescita annuo composto del 9,38%, che mostra la crescente domanda e le applicazioni diversificate dei piccoli satelliti nelle missioni spaziali.
2. Produzione spaziale avanzata. a produzione aerospaziale utilizza tecnologie all’avanguardia come la robotica avanzata, la stampa 3D e la produzione ottica per migliorare prodotti e servizi aerospaziali. Il focus delle tecnologie innovative è sulla promozione di strutture spaziali su larga scala, veicoli di lancio riutilizzabili, navette spaziali e sullo sviluppo di sensori satellitari avanzati. L’automazione è estremamente importante per le missioni di esplorazione a lungo termine dell’industria aerospaziale e le startup si impegnano a fornire soluzioni progettate specificamente per le esigenze dell’industria aerospaziale. Momentus, una nuova startup con sede negli Stati Uniti d’America, usa razzi riutilizzabili dotati di bracci robotici per eseguire manovre a corto raggio, attracco e rifornimento di carburante. È molto adatto per vari servizi spaziali in orbita e rende il trasporto spaziale più conveniente La startup Equatorial ha sviluppato un razzo suborbitale commerciale in grado di servire piccoli carichi utili al di sopra del confine tra spazio e atmosfera.
3. Comunicazioni avanzate. I nuovi sistemi di comunicazione spaziale rappresentano una tendenza importante nel settore della tecnologia aerospaziale e la ricerca e lo sviluppo si concentrano su metodi avanzati di trasmissione e ricezione di dati nello spazio. L’uso di sistemi di relè di comunicazione laser fornisce velocità di trasmissione dati più veloci e comunicazioni più sicure rispetto ai tradizionali sistemi a radiofrequenza. La distribuzione a chiave quantistica (Quantum Key Distribution) nello spazio utilizza i principi della meccanica quantistica per fornire canali di comunicazione ultra sicuri. Inoltre, l’implementazione di CubeSat piccoli ed economici è stata utilizzata con successo per migliorare le comunicazioni spaziali consentendo una copertura più ampia e una trasmissione dei dati più efficiente. I progressi nel campo delle comunicazioni avanzate stanno cambiando il modo in cui gli esseri umani comunicano nello spazio, fornendo metodi più rapidi, sicuri ed efficienti. La startup polacca Thorium ha sviluppato un’antenna a matrice attiva ultrapiatta e scalabile che migliora la produttività e la capacità del sistema utilizzando bande di frequenza relativamente prive di interferenze provenienti dalla Terra o dallo spazio e combina capacità di controllo elettronico e di modellazione del raggio. CommStar è un’ulteriore startup statunitense che produce Commstar-1, un satellite utilizzato per le comunicazioni Terra-Luna. Supera i limiti di velocità delle attuali infrastrutture spaziali e fornisce funzioni di relè ottico e in radiofrequenza ad alta velocità. Questa tecnologia avvantaggia i programmi spaziali pubblici e privati e può migliorare i servizi dati per i lander lunari, l’estrazione di risorse e le comunicazioni luna-terrestri.
4. Gestione del traffico spaziale. Poiché il numero di satelliti e detriti spaziali nell’orbita terrestre continua ad aumentare, le modalità per migliorare la gestione del traffico spaziale hanno ricevuto una crescente attenzione. L’avanzato sistema di localizzazione satellitare utilizza sensori radar e ottici per monitorare attivamente e prevedere potenziali collisioni. Il sistema automatico di prevenzione delle collisioni regolerà automaticamente le orbite dei satelliti in base ad algoritmi. Inoltre, si stanno sviluppando quadri normativi internazionali per standardizzare le operazioni spaziali per garantire un uso sicuro e sostenibile dello spazio e prevenire la congestione orbitale. ClearSpace è una società spin-out – ossia un’impresa indipendente fondata da imprenditori che escono da un’impresa dello stesso ramo di attività – del Centro spaziale dell’Ecole Polytechnique Fédérale di Losanna in Svizzera. Questa sviluppa tecnologia per rimuovere dallo spazio i satelliti non reattivi o obsoleti. Le piccole soluzioni satellitari di ClearSpace possono rilevare, catturare e rimuovere ripetutamente i detriti spaziali prodotti dall’uomo, con l’intenzione di rimuovere i primi fra questi dallo spazio entro il 2025.
5. Propulsione intelligente. I sistemi di propulsione intelligente rappresentano una tendenza importante nel settore della tecnologia aerospaziale e forniscono soluzioni innovative per i viaggi spaziali. Ad esempio, ci sono sistemi di propulsione elettrica che utilizzano l’energia elettrica per accelerare il propellente ad alte velocità, e sistemi di propulsione verde che utilizzano combustibili rispettosi dell’ambiente come idrogeno e ossigeno. Tra questi, la propulsione ad acqua, che utilizza l’acqua come propellente, fornisce un’opzione sicura ed economicamente vantaggiosa. Un’altra che ha attirato l’attenzione per la sua efficienza e compattezza sono i sistemi di propulsione a base di iodio, particolarmente adatti per piccoli satelliti. Si prevede che il mercato globale della propulsione spaziale raggiungerà i 18,1 miliardi di dollari nel 2028, con un tasso di crescita annuo composto dell’11,8% dal 2023 al 2028, riflettendo la crescente domanda di soluzioni di propulsione avanzate e sostenibili nelle missioni spaziali. La startup francese ThrustMe offre un sistema di propulsione spaziale elettrico che utilizza lo iodio come propellente, fornendo un’alternativa di propulsione a basso costo per i grandi satelliti. Dawn Aerospace, con sede in Nuova Zelanda e Paesi Bassi, produce veicoli di lancio riutilizzabili nello stesso giorno e sistemi di propulsione non tossici ad alte prestazioni per satelliti di tutte le dimensioni.
6. Gestione delle attività spaziali. A causa dell’aumento del numero di missioni spaziali, è necessario effettuare un coordinamento efficace tra le varie missioni e attività del genere. Pertanto, alcune nuove startup stanno fornendo soluzioni di gestione delle attività spaziali per migliorare congiuntamente l’efficienza e la sicurezza. Tra questi, lo sviluppo di software avanzati di controllo della missione può realizzare il monitoraggio e la gestione in tempo reale di veicoli spaziali e satelliti; l’uso dell’analisi dell’intelligenza artificiale può prevedere e ridurre potenziali conflitti orbitali, nonché migliorare la sicurezza delle operazioni spaziali. Inoltre, attraverso l’integrazione della blockchain (rete informatica di nodi che gestisce in modo univoco e sicuro un registro pubblico composto da una serie di dati e informazioni, senza che sia necessario un controllo centrale), la comunicazione e lo scambio di dati tra veicoli spaziali, stazioni di terra e centri di controllo possono essere protetti e semplificati, garantendo operazioni affidabili e a prova di manomissione nello spazio. La startup statunitense Continuum fornisce una piattaforma basata su cloud per la gestione del ciclo di vita delle missioni spaziali, in grado di fornire simulazioni ad alta fedeltà per il dispiegamento e il funzionamento dei satelliti e supportare missioni attorno alla Terra, alla Luna e ad altri corpi planetari. La startup canadese Obruta Space Solutions ha sviluppato apparecchiature in grado di fornire servizi per i nuovi satelliti in orbita. Estende la vita utile dei satelliti attraverso servizi di rifornimento e aggiornamenti. Oltre a prolungare la vita utile dei satelliti, consente anche la loro futura rimozione, in maniera da consentire agli esseri umani di occupare permanentemente l’ambiente orbitale.
7. Missioni spaziali. L’esplorazione spaziale risolve questioni fondamentali sulla storia dell’universo e del sistema solare, e gli esseri umani hanno trovato nello spazio opportunità per promuovere l’estrazione mineraria, la scienza dei materiali e la ricerca sulle scienze della vita terrestre ed aliena. Lo sviluppo di razzi riutilizzabili ha notevolmente ridotto i costi dell’esplorazione spaziale e aumentato la frequenza delle missioni. Lo spiegamento di piccoli satelliti a costo relativamente basso aiuta in compiti che vanno dall’osservazione della Terra all’esplorazione dello spazio profondo. Inoltre, lo sviluppo di veicoli spaziali interstellari può facilitare le missioni oltre l’orbita terrestre. Ad esempio, la startup statunitense Lunar Station ha sviluppato una piattaforma tecnologica in grado di convertire i set di dati sensoriali lunari in visualizzazioni 3D delle condizioni ambientali di quel satellite, le quali aiutano ad espandere la portata e le capacità della stessa esplorazione.
8. Estrazione spaziale. L’estrazione mineraria celeste si sta trasformando dalla fantascienza alla realtà. Le apparecchiature minerarie robotizzate progettate per ambienti spaziali estremi possono perforare ed estrarre risorse in modo indipendente. Un altro importante sviluppo è l’uso di veicoli spaziali dotati di sensori avanzati e intelligenza artificiale che possono essere utilizzati per identificare e analizzare asteroidi ricchi di risorse. Inoltre, le startup stanno sviluppando la tecnologia di utilizzo delle risorse sul posto (In Situ Resource Utilization) in grado di elaborare materiali nello spazio, riducendo la necessità di trasportare le risorse sulla Terra. I progressi nella tecnologia mineraria spaziale apriranno la strada a risorse sostenibili oltre la Terra. La startup britannica Asteroid Mining Corporation ha sviluppato un satellite per esplorare gli asteroidi vicini alla Terra (Near-Earth Asteroids) come candidati minerari. L’azienda offre una gamma di veicoli spaziali per la prospezione, l’esplorazione e l’estrazione mineraria, ciascuno in grado di svolgere missioni specifiche e guidare i cercatori verso specifici candidati minerari.
9. Satelliti in orbita terrestre bassa. L’orbita terrestre bassa è relativamente vicina alla superficie terrestre, solitamente a un’altitudine inferiore a mille chilometri. I satelliti Low Earth Orbit (LEO) non sempre seguono un percorso specifico attorno alla Terra, il che significa che i satelliti in orbita terrestre bassa hanno più percorsi. A tal fine, nuove startup hanno sviluppato soluzioni e tecnologie per affrontare le sfide legate all’orbita terrestre bassa. Ad esempio, i sistemi di comunicazione avanzati progettati per i satelliti in orbita terrestre bassa si concentrano sul miglioramento della potenza del segnale e sulla riduzione dei ritardi per garantire una trasmissione affidabile dei dati. Inoltre, nuove startup stanno anche sviluppando una tecnologia di monitoraggio sullo stato tecnico di usura dei satelliti, utilizzando la diagnostica avanzata e la manutenzione predittiva per tracciare e mantenere lo stato operativo dei satelliti in orbita terrestre bassa. La startup giapponese Warpspace già fornisce servizi di comunicazione ottica LEO agli operatori satellitari attraverso reti di trasmissione dati ottici in orbita terrestre media (Medium Earth Orbit) a partire dal 2023. La rete utilizza collegamenti ottici per comunicare con i satelliti in orbita terrestre bassa e gli utenti avranno bisogno solo di piccoli ricetrasmettitori ottici forniti dalla startup per la ricezione.
10. Dati spaziali. Poiché vari satelliti sono ampiamente utilizzati nelle comunicazioni e nel monitoraggio della Terra, queste informazioni devono essere elaborate, analizzate e gestite. Le startup della tecnologia spaziale utilizzano l’intelligenza artificiale per analizzare i dati satellitari per interpretare le grandi quantità di informazioni provenienti dallo spazio in modo più rapido e accurato. Le startup utilizzano anche la predetta tecnologia blockchain per garantire che la trasmissione dei dati sia sicura e a prova di manomissione e per migliorare l’affidabilità delle comunicazioni tra satelliti e stazioni di Terra. Inoltre, l’analisi dei big data viene utilizzata anche per gestire ed elaborare l’enorme quantità di dati raccolti dai satelliti, promuovendo un’efficiente archiviazione, recupero e utilizzo dei dati per varie applicazioni in ambito spaziale. La startup statunitense LeoLabs utilizza i suoi prodotti orbitali e il radar Phased Array per fornire servizi di tracciamento e monitoraggio precisi dei dati satellitari. LeoLabs traccia inoltre i satelliti e i detriti spaziali in tempo reale, fornendo dati tramite effemeridi per individuare e identificare rapidamente gli ultimi carichi utili nell’orbita terrestre bassa.
Come abbiamo visto i progetti e le realizzazioni sono all’avanguardia, però altri sistemi ove diffondere il genere umano – prima dell’inevitabile collassamento del nostro sole – sono ancora lontanissimi.
INDICE PIANO DI LAVORO
I. Introduzione. Intelligenza artificiale e questioni morali 5
1. L’essenza della robotica 5
2. Fra miti e religioni: pericoli e realtà 10
3. IA fra guerra e coscienza di sé 16
4. Il concetto del cyborg 21
5. Verso il trasumanesimo? 26
6. Cyberspazio e informazioni. Le minacce a intelligence, affari e dati personali 34
7. Informatica quantistica e computer quantistico 44
II. Intelligenza artificiale e cyberspazio negli Stati Uniti d’America 51
1. L’IA rafforza le potenzialità delle forze armate 51
2. Sicurezza della rete e capacità di movimento nel cyberspazio 56
3. Sistemi di rilevamento di fattori esterni estranei 61
4. Comunicazione e condivisione di dati flessibili 66
5. Unità navali e marines: ecosistemi di ricerca e sviluppo militare 72
6. Il Dipartimento della Difesa e la “deterrenza integrata” 77
7. La potenza di calcolo e gli obiettivi strategici 82
III. Intelligenza artificiale e cyberspazio nella Repubblica Popolare Cinese 90
1. CyberOne. È cinese il primo robot bionico umanoide 90
2. Lo sviluppo dell’Intelligenza Artificiale nella Repubblica Popolare Cinese dalle origini agli anni Ottanta 99
3. Dagli anni Ottanta ai Duemila 105
4. Eventi nei primi anni Duemila 109
5. Riconoscimenti internazionali e successi concreti 115
6. Scienziati, esperti, laureati e pubblicazioni 120
7. Agricoltura, gioco uomo-macchina, sistemi esperti, deep learning, big data 125
8. Dalle conferenze internazionali ai rischi dell’IA sentiti dai cinesi 130
9. Dieci punti da sviluppare sull’IA cinese 134
10. Vantaggi e termini di sviluppo sulla progettazione dell’IA cinese 142
11. Avanzamenti e progetti dell’IA cinese 149
12. La scoperta di talenti, la creazione di esperti e il confronto con gli Stati Uniti d’America 154
13. Investimenti e attenzioni dello Stato nella produzione di IA 159
14. Conclusioni 163
IV. Intervista all’Autore sull’intelligenza artificiale 169
Bibliografia 176
Bibliografia indicativa
Andrew Barto, Richard Sutton, Reinforcement Learning: An Introduction, The MIT Press Cambridge, (Massachusetts), 2015
Nick Bostrom, Superintelligence: Paths, Dangers, Strategies, Oxford University Press, Oxford, 2014
Elena Cuoco, Barbara Patricelli, Alberto Iess Filip Morawski, Computational challenges for multimodal astrophysics, «Nature Computational Science», Vol. 2, August 2022 pp. 479-485
Thomas H. Davenport, The AI Advantage: How to Put the Artificial Intelligence Revolution to Work, MIT Press, Cambridge (Massachusetts), 2019
Paul R. Daugherty, H. James Wilson, Human+Machine: Reimagining Work in the Age of AI, Harvard Business Review Press, Brighton, 2018
Pedro Domingos, The Master Algorithm. How the Quest for the Ultimate Learning Michine Will Remake Our World, Basic Books, New York, 2015
Ian Goodfellow,Yoshua Bengio, Aaron Courville, Deep Learning, MIT Press, Cambridge (Massachusetts), 2016
William C. Hannas, Huey-Meei Chang, Chinese Power and Artificial Intelligence. Perspectives and Challenges, Routledge, London, 2022
Amir Husain, The Sentient Machine: The Coming Age of Artificial Intelligence, Scribner Book Company, New York, 2018
Kai-Fu Lee, AI Superpowers: China, Silicon Valley, and the New World Order, Brilliance Corporation/Amazon, 2018
Jerry Kaplan, Artificial Intelligence: What Everyone Needs to Know, Oxford University Press, Oxford, 2016
Sankalp Khanna, Jian Cao, Quan Bai, Guandong Xu, PRICAI 2022: Trends in Artificial Intelligence, Springer, Berlin, 2022
Tom M. Mitchell, Machine Learning, McGraw-Hill, New York, 1997
Max Tegmark, Vita 3.0. Essere umani nell’era dell’intelligenza artificiale, Raffaello Cortina Editore, Milano, 2018
Zeng Jinghan, Artificial Intelligence with Chinese Characteristics. National Strategy, Security and Authoritarian Governance, Palgrave Macmillan, London, 2022
Sitografia
Artificial Intelligence / MIT News
https://news.mit.edu/topic/artificial-intelligence2
Artificial Intelligence News / Science Daily
https://www.sciencedaily.com/news/computers_math/artificial_intelligence/
Berkeley Artificial Intelligence Research
https://bair.berkeley.edu/blog/
Data Science, Machine Learning, AI & Analytics
https://www.kdnuggets.com/
Digital transformation with Google Cloud
https://www.deepmind.com/blog
DLABS.AI BLOG
https://dlabs.ai/blog/
Journal of Cybersecurity
https://academic.oup.com/cybersecurity/issue
Journal of Cybersecurity and Privacy / An Open Access Journal from MDPI
https://www.mdpi.com/journal/jcp
Machine Learning Blog
https://blog.ml.cmu.edu/
Machine Learning Simplified
Marktechpost
NVIDIA Blog
https://blogs.nvidia.com/
NVIDIA Technical Blog
https://developer.nvidia.com/blog/
TensorFlow Blog
https://blog.tensorflow.org/
The Hague Program on International Cyber Security
https://www.thehaguecybernorms.nl/news-events
Towards AI
https://pub.towardsai.net/?gi=17130f2ab29c
Towards Data Science
https://towardsdatascience.com/?gi=dc97d093da29
Blogs on Artificial Intelligence, Machine Learning, Python & Data Science
https://www.mygreatlearning.com/blog/