Κυριακή, 14 Απριλίου 2019

Πώς δημιουργήθηκε η πρώτη φωτογραφία μαύρης τρύπας: Οι αλγόριθμοι και η «μαέστρος» τους

Η 29χρονη Κέιτι Μπούμαν, μια επιστήμονας υπολογιστών, έπαιξε καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη και τη χρήση των αλγορίθμων που έκαναν δυνατή τη δημιουργία της πρώτης εικόνας μαύρης τρύπας στην ιστορία, η οποία έκανε τον γύρο του κόσμου την Τετάρτη.



Όπως αναφέρει το BBC, η δημιουργία της εικόνας ήταν η υλοποίηση ενός εγχειρήματος που μέχρι τώρα φάνταζε αδύνατον- και η φωτογραφία με την ίδια να κάθεται συγκινημένη μπροστά στην οθόνη του υπολογιστή της ενώ η εικόνα «φορτώνει» έχει κυκλοφορήσει ευρύτατα στο Διαδίκτυο, συνοδευόμενη από το σχόλιο «παρακολουθώντας χωρίς να μπορώ να το πιστέψω, καθώς η πρώτη εικόνα μαύρης τρύπας που δημιούργησα ποτέ ήταν στη διαδικασία αναδημιουργίας».

Η Μπούμαν είχε αρχίσει να φτιάχνει τον αλγόριθμό της πριν από τρία χρόνια, ενώ ήταν τελειόφοιτη στο ΜΙΤ. Εκεί ηγήθηκε του προγράμματος, με τη βοήθεια ομάδας του CSAIL (Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory) του ΜΙΤ, του Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics και του MIT Haystack Observatory. Ήταν ο εν λόγω αλγόριθμος που έκανε το rendering της εικόνας, την οποία «τράβηξε» το ΕΗΤ (Event Horizon Telescope), ένα δίκτυο οκτώ διασυνδεδεμένων τηλεσκοπίων.

«Όταν την είδαμε για πρώτη φορά, δεν το πιστεύαμε. Ήταν πολύ εντυπωσιακό» είπε στο BBC Radio 5 Live. «Ήμασταν πραγματικά τυχεροί με τον καιρό...ήμασταν τυχεροί από πολλές απόψεις».

Η Dr. Μπούμαν έγινε γνωστή σε όλο τον κόσμο μέσα στις ώρες μετά τη δημοσιοποίηση της φωτογραφίας, με το όνομά της να κάνει trending στο Twitter. Την ίδια και το επίτευγμά της χαιρέτισαν επίσης το ΜΙΤ και το Smithsonian στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης- ωστόσο η ίδια, επίκουρη καθηγήτρια computing και μαθηματικών επιστημών στο California Institute of Technology, επέμεινε πως συγχαρητήρια αξίζει εξίσου και η ομάδα που τη βοήθησε, καθώς στην προσπάθεια συμμετείχαν πάνω από 200 επιστήμονες, σε τηλεσκόπια από την Ανταρκτική ως τη Χιλή. «Κανείς από εμάς δεν θα μπορούσε να το κάνει μόνος του» είπε στο CNN. «Υλοποιήθηκε χάρη σε πολλούς διαφορετικούς ανθρώπους, με πολλά διαφορετικά υπόβαθρα».

Αυτό που έκαναν η Μπούμαν και οι συνεργάτες της ήταν να αναπτύξουν μια σειρά αλγορίθμων οι οποίο μετέτρεψαν τα τηλεσκοπικά δεδομένα στην ιστορική φωτογραφία. Κανένα τηλεσκόπιο στον κόσμο δεν είναι αρκετά ισχυρό για να πιάσει την εικόνα της μαύρης τρύπας, οπότε ένα δίκτυο οκτώ τηλεσκοπίων στήθηκε για αυτό, μέσω ιντερφερομετρίας. Τα δεδομένα που συνελέγησαν αποθηκεύτηκαν σε εκατοντάδες σκληρούς δίσκους, που μεταφέρθηκαν σε κέντρα επεξεργασίας στη Βοστώνη των ΗΠΑ και τη Βόννη της Γερμανίας.

Η μέθοδος της Μπούμαν για την επεξεργασία των δεδομένων ήταν κεφαλαιώδους σημασίας για τη δημιουργία της εικόνας. Η ίδια ηγήθηκε μιας διαδικασίας δοκιμών, κατά την οποία πολλαπλοί αλγόριθμοι με «διαφορετικές υποθέσεις ενσωματωμένες σε αυτούς» επιχείρησαν να ανακτήσουν μια εικόνα από τα δεδομένα. Εν τέλει, τα αποτελέσματα των αλγορίθμων αναλύθηκαν από τέσσερις διαφορετικές ομάδες για σκοπούς επαλήθευσης. «Είμαστε ένα χωνευτήρι αστρονόμων, φυσικών, μαθηματικών και μηχανικών, και αυτό χρειάστηκε για να επιτύχουμε κάτι που κάποτε θεωρούσαν αδύνατον» είπε η ίδια.

Αξίζει να σημειωθεί πως, σύμφωνα με το Time, η Μπούμαν δεν γνώριζε και πολλά για τις μαύρες τρύπες όταν πρωτομπήκε στην ομάδα. Πέραν της δουλειάς της, η ίδια θεωρεί πως η πραγματική της συνεισφορά ήταν το ότι έφερε έναν τρόπο σκέψης στο τραπέζι. «Αυτό που έκανα να φέρω την κουλτούρα του να δοκιμάζουμε τους εαυτούς μας» λέει σχετικά: Η ίδια αντιμετώπισε το εγχείρημα μέσω από το πρίσμα της επιστήμης υπολογιστών, τονίζοντας τη σημασία των δοκιμών σε συνθετικά δεδομένα και διασφαλίζοντας πως οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνταν για τη δημιουργία της εικόνας κρατούσαν τις όποιες ανθρώπινες προκαταλήψεις εκτός: «Παραδοσιακά, ο τρόπος που φτιάχνεις εικόνες στη ραδιοαστρονομία είναι να έχεις έναν άνθρωπο ο οποίος κατά κάποιον τρόπο καθοδηγεί τις μεθόδους imaging προς την κατεύθυνση που νομίζει ότι θα έπρεπε να κινούνται» εξηγεί η ίδια. «Και για τέτοια δεδομένα...αυτό είναι επικίνδυνο παιχνίδι».

Η Μπούμαν επικεντρώθηκε στο να διασφαλίζει ότι οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνταν θα έδειχναν μια εικόνα ακριβώς αυτού που βρισκόταν στο κέντρο του γαλαξία Μ87, όχι αυτού που η ομάδα ήλπιζε πως θα έβρισκε εκεί. Όπως αποδείχτηκε τελικά, αυτά τα δύο ταυτίζονταν.

Ο αλγόριθμος της Μπούμαν και άλλοι χρησιμοποιήθηκαν για την απομάκρυνση του «θορύβου» από τα δεδομένα ώστε να προκύψει η εικόνα. Τα τελευταία χρόνια η Μπούμαν διηύθυνε τη διαδικασία επικύρωσης εικόνων και την επιλογή των παραμέτρων imaging. «Αναπτύξαμε τρόπους να δημιουργούμε συνθετικά δεδομένα και χρησιμοποιήσαμε διαφορετικούς αλγορίθμους, δοκιμάζοντας στα τυφλά για να δούμε αν μπορούσαμε να ανακτήσουμε μια εικόνα» είπε στο CNN. «Δεν θέλαμε απλά να αναπτύξουμε έναν αλγόριθμο. Θέλαμε να αναπτύξουμε πολλούς διαφορετικούς, με διαφορετικές υποθέσεις ενσωματωμένες σε αυτούς.. Αν όλοι ανακτούν την ίδια γενική δομή, αυτό αυξάνει την αυτοπεποίθησή σου».

Το αποτέλεσμα ήταν η διάσημη πλέον φωτογραφία: Όπως προκύπτει, οι ερευνητές δημιούργησαν πολλές φωτογραφίες, που όλες έμοιαζαν μεταξύ τους- και η εικόνα που παρουσιάστηκε την Τετάρτη δεν ήταν από μια μεμονωμένη μέθοδο, αλλά όλες οι εικόνες από διαφορετικούς αλγορίθμους, που είχαν χρησιμοποιεί για τη σύνθεση της τελικής εικόνας.

Σε κάθε περίπτωση, η Μπούμαν αντιμετωπίζει την ξαφνική δημοσιότητα μάλλον συγκρατημένα: Σε άλλη ανάρτηση στον λογαριασμό της στο Facebook, τονίζει πως «κανένας μεμονωμένος αλγόριθμος ή άτομο δεν έφτιαξε αυτή την εικόνα, χρειάστηκαν τα εκπληκτικά προσόντα μιας ομάδας επιστημόνων ανά τον κόσμο και χρόνια σκληρής δουλειάς για την ανάπτυξη των οργάνων, της επεξεργασίας των δεδομένων, των μεθόδων imaging και των τεχνικών ανάλυσης που ήταν απαραίτητα για την υλοποίηση αυτού του φαινομενικά αδύνατου επιτεύγματος. Ήταν πραγματικά τιμή μου, και είμαι πολύ τυχερή που είχα την ευκαιρία να συνεργαστώ με όλους σας».
 
website counter
friend finderplentyoffish.com