Oppgradering av GPS, laserkommunikasjon fra rommet, AIs sanne ansikt

Siste fredagstech før jul druknet sant å si i de siste julegavene, shopping av juletre, diverse logistikk for å sikre at skuffer og skap inneholdt alt som trenges til jul, og all annen travelhet som hører høytiden til.

Samtidig er det jo godt mulig at alle dere lesere også var like stresset med dette, og uansett ikke hadde tid til å lese litt lett teknologiunderholdning rett oppunder jul. Nå har vi alle bedre tid, så her kommer en romjulfredagstech i stedet:

GPS under oppgradering

Det er vel få teknologier som er like omseggripende som GPS – Global Positioning System. Siden den første satellitten ble skutt opp i februar 1978 har verden blitt mer og mer avhengig av den presise posisjoneringen som systemet tilbyr. I en pressemelding fra Lockheed Martin, leverandøren av GPS III, den aller nyeste satellitteknologien for GPS, sier direktøren for navigasjonssystemer, Johnathon Caldwell, at «Mer enn fire milliarder militære, kommersielle og sivile brukere kobler seg til GPS-signalene hver eneste dag».

Det tviler vi ikke på – hver gang en mobilbruker tar fram kart eller bruker apper som har stedstjenester aktivert, vil mobilen plukke opp GPS-signaler for å bestemme posisjonen. I tillegg kommer alle skip, fly, biler og svært mye militært utstyr som også bruker GPS på nær sagt kontinuerlig basis. De fleste bruker dette systemet.

GPS består akkurat nå av 31 satellitter som går i bane drøyt 20,000 kilometer over jordas overflate. Denne banehøyden kalles MEO – «Medium Earth Orbit», og det russiske navigasjonssystemet Glonass og det Europeiske systemet Galileo befinner seg også i dette området. Levetiden til en enkelt satellitt har vært 7-8 år, som deretter må erstattes, så totalt har det amerikanske GPS-systemet skutt opp 70 satellitter siden 1978.

På lille juleaften ble den første av de nye GPS III-satellittene skutt opp fra Cape Canaveral i Florida. Dette er den første av ti nye satellitter som skal skytes opp fram til 2022-23, en flåte av firetonns beist som etter hvert skal bli til 32 satellitter i GPS-systemet.

Det er mange forbedringer i de nye GPS-satellittene, både for US Air Force, som jo eier dem, og dermed også for militære anvendelser, i tillegg til bedre presisjon også for sivile brukere. For å ta det siste først: For sivil bruk skal den nye GPS-teknologien under gode forhold ha en presisjon ned mot 30 cm til 3 meter. Det er en tredobling av presisjonen til dagens system. I tillegg vil de nye satellittene være mer kompatible med det europeiske Galileo-systemet, noe som også vil være en god ting for oss sivilister på denne siden av dammen.

I tillegg er de nye satellittene mye mer motstandsdyktige mot forstyrrelser av radiosignalene – jamming – enn det dagens satellitter er. Ifølge pressemeldingen fra Lockheed Martin er de åtte ganger mer motstandsdyktige mot dette, hvordan man nå enn kvantifiserer slikt.

Denne egenskapen er foreløpig forbeholdt militære brukere, noe som er litt synd, med tanke på at vi her i Norge jo har sett flere eksempler på at GPS-jamming har vært brukt oppi nord, med upålitelig navigasjonsutstyr i ruteflyene som følge. Vi får krysse fingrene for at US Air Force etter hvert åpner opp for dette, i det minste for ruteflyene våre. Det er ikke uten presedens at sivile brukere får tilgang til bedre funksjoner etter hvert.

Til sist er de nye satellittene designet for en levetid på 15 år, noe som er en dobling av dagens satellitters utholdenhet. Det har selvsagt en stor betydning for kostnadene til GPS-systemet.

Så var det den dårlige nyheten: Vi sivile brukere får ikke glede av de nye satellittene før i 2022 eller 2023. Det er bare enkelte militære funksjoner som kommer til å tas i bruk når satellittene er på plass i rommet, alt annet må vente på at det nye kontrollsystemet på bakken er i drift, noe som er ventet å skje i 2022. Hele prosjektet har hatt flere forsinkelser, den første satellitten var opprinnelig planlagt å skytes opp i 2014, og også bakkesystemet er nå fire år forsinket.

Men den som venter på noe godt, og så videre...

Laserkommunikasjon fra rommet

Så litt mer om romfart og satellitter, for det er ikke bare satellitter som veier flere tonn og som trenger en rakett som klarer å løfte en liten buss, som skytes opp i bane. De siste årene har mini- og mikrosatellitter i større og større grad blitt brukt for enklere oppgaver. Dette er som navnet indikerer langt mindre satellitter, som dermed krever mindre raketter, og som derfor er langt billigere å plassere ut i rommet.

Dette er en aktivitet som også Norge holder på med, og vi har flere mikrosatellitter ute i rommet, blant annet satellitter som lytter på radiofrekvensene til skipsfartens VHF-radioer, som i tillegg til talesamband også sender navigasjonsdata over AIS-systemet. Dermed kan norsk sjørednings- og trafikkontrolltjeneste via satellittene se skip som er så langt til havs at de er utenfor rekkevidden til kystradiostasjonene på land.

Mikrosatellitter kommer i flere størrelser, og veier fra noen hundre gram til noen få kilo. En standard for mikrosatellitter som har etablert seg de siste årene er såkalte «cubesat». Det er satellitter som er bygd opp av en eller flere kuber som måler 10 x 10 x 10 centimeter. Med dagens elektronikkteknologi kan en så liten satellitt likevel klare å gjøre svært nyttige ting, slik som de norske AIS-satellittene.

Alt blir likevel ikke enklere med mikrosatellitter. Kommunikasjon med satellitter skjer vanligvis med radiosignaler, og skal du sende mye data så må du ha store antenner og kraftige sendere. Du må også ha store solcellepaneler eller andre kraftkilder for å drive en slik radio, og en cubesat har ikke plass til noen av delene.

Laserbasert kommunikasjon krever langt mindre energi, men klarer likevel å dytte gjennom datamengdene som genereres, om satellitten for eksempel utstyres med høyoppløslige kameraer for å tilby nær sanntids overvåking av jordoverflaten. Lasere har naturligvis sine egne utfordringer, strålen må jo blant annet treffe mottakeren for å kommunisere. Tenk bare på en laserpeker tvers over konferanserommet, det er ikke enkelt å holde prikken i ro på ett sted. Mikrosatellitter opererer i lav jordbane, ofte noen få hundre kilometer over bakken og på en slik avstand er det svært krevende å treffe en mottaker med en laserstråle. Men det er faktisk mulig, selv med rammebetingelsene som en mikrosatellitt påfører en løsning.

Det er forskere ved vel ansette Massachusetts Institute of Technology (MIT) som har utviklet en styring av laserstrålen som gjør at den klarer å holde seg på mottakeren. Denne løsningen bruker et MEMS-basert (mikro elektromekanisk system) speil som styrer laserstrålen. Selve speilet er mindre enn en av tastene på et vanlig pc-tastatur, og hele styringsenheten er litt større enn en Rubiks kube.

For å styre laserstrålen bruker forskerne en ekstra stråle i en annen farge, altså med en annen frekvens, sammen med kommunikasjonslaseren. Begge strålene sendes mot speilet, men styrestrålen tas ut med et prisme etter speilet, og sendes tilbake mot et kamera i satellitten. Dette kameraet er rettet mot bakkestasjonen, som sender en laserstråle mot satellitten. Når prikkene fra disse to strålene ligger oppå hverandre, vet forskerne at kommunikasjonsstrålen er rettet mot mottakeren.

For å teste denne løsningen lagde forskerne et laboppsett som simulerte kommunikasjon over 400 kilometer. I testene varierte de vinkelen fra bakkelaseren, og observerte hvordan speilet vippet for å følge denne. Til slutt oppnådde de en presisjon på denne kalibreringen på 0,05 milliradianer, dramatisk mye bedre enn minstekravet på 0,65 milliradianer de satte på forhånd.

En milliradian (mil eller mrad) er en måleenhet for vinkelmål som tilsvarer en tusendel av en radian. 0,1 mil tilsvarer 1 centimeter på 100 meters avstand, og kikkertsikter til våpen utnytter dette i merkingen til trådkorset, der avstanden mellom merkene ofte er på en milliradian.

Kjapp hoderegning viser da at forskerne klarte å holde kommunikasjonslaseren i en sirkel med 20 meters diameter på 400 kilometers avstand, noe som må sies å være svært imponerende. Dette åpner for å bruke mikrosatellitter med kameraer til å overvåke for eksempel skogbranner, algeoppblomstringer eller gasser i atmosfæren med høyoppløselig video som sendes til bakken i nær sann tid.

AIs sanne ansikt

Det menneskelige synssystemet har utviklet seg over hundretusener av år. Vi er blant annet «genetisk hardkodet» for å kjenne igjen ansikter, og tolke nye ansikter og ansiktsuttrykk. Det er en viktig egenskap for sosiale dyr, slike som vi jo også er. En del av dette sansesystemet er at når vi støter på et ansikt som ikke er ekte, men som nesten er det, så reagerer de fleste av oss med vemmelse – vi synes at dette er ekkelt.

Dette fenomenet har vi fram til nå ofte støtt på innen datagenererte ansikter. Datamaskiner har verken i grafikk eller via roboter klart å lage ansikter som vi ikke gjenkjenner som syntetiske. Når kopien blir tilstrekkelig nær, men fremdeles feil, snakker vi om at det havner i «uncanny valley» – vi opplever det som frastøtende, fordi vi føler at noe er feil, ofte uten at vi kan sette fingeren på akkurat det som er feilen. Den tiden er nå forbi, for nå klarer vi ikke lenger å se forskjellen på ekte og datagenererte ansikter.

Det er forskere hos grafikkleverandøren Nvidia som like før jul publiserte en vitenskapelig artikkel der de viser at de ved hjelp av kunstig intelligens (AI – Artificial Intelligence) klarer å generere fotografier av ansikter som ikke er til å skille fra ekte ansikter. AI-en har de trent opp på tusenvis av ekte portrettfotografier fra nettjenesten Flickr, og deretter kan AI-en generere bilder som ser svært realistiske ut. AI-en kan ta i mot parametre som hudfarge, etnisitet, øye-og hårfarge, og så spytter datamaskinen ut bilder som passer. Våre kolleger over hos NRK Beta har lagd en god artikkel om dette.

For å lage disse bildene brukte Nvidia-forskerne svært kraftige datamaskiner som brukte timevis på å lage ett av bildene, men om vi skal se til all annen utvikling innen it, så er det all grunn til å vente at dette kan gjøres i sann tid på video om noen år.

Da blir det grunn til å ta det meste vi støter på av kontroversielle bilder og videoer med en solid klype salt. Vi har hatt «deepfakes» en stund allerede, der bilder og videoer har blitt manipulert, slik at mennesker sier noe annet enn de de gjorde da videoen ble tatt opp, eller at ansikter på video byttes ut. Det gir dystre utsikter med tanke på deepfake videoer som brukes til å påvirke valg ved å vise politikere som sier noe de aldri har sagt, eller plassere dem i situasjoner de aldri har vært i. Men på den andre siden vil det også være mulig å lage ferievideoer som viser oss selv på steder vi aldri har vært, bare for å spre misunnelse i vennekretsen.

Teknologi er ikke ondsinnet i seg selv, det er bruken som avgjør.

Da gjenstår det bare for oss å ønske alle våre lesere et riktig godt nyttår – og så kommer vi tilbake med mer småplukk fra teknologiverdenen i 2019. Vi er spente på hva vi får se!