Мы запомним 2017 год как ужасный год стихийных бедствий. США пережили свой самый дорогой сезон ураганов, ущерб от которого составил более 200 миллиардов долларов (151 миллиард фунтов стерлингов). В Мехико произошло ужасное землетрясение, в результате которого погибло более 200 человек, а сильные тропические штормы вынудили эвакуировать десятки тысяч человек в Макао, Гонконге и Токио .
Это произошло через несколько месяцев после того, как глава отдела планирования бедствий ООН предупредил, что мир не готовится должным образом к стихийным бедствиям. Это, по его словам, чревато «невероятно плохими» последствиями, поскольку изменение климата делает стихийные бедствия более частыми и серьезными.
В таких обстоятельствах современные технологии, такие как смартфоны, датчики и дроны, могут очень помочь, особенно если мы сможем заставить их действовать как интеллектуальная сеть. Но сначала мы, инженеры-программисты, должны выяснить, как сделать это жизнеспособным. Хорошей новостью является то, что есть признаки прогресса — с небольшой помощью из совершенно разных областей знаний.
Временные меры
Когда на какой-либо район обрушивается ураган, землетрясение или извержение вулкана, работающая система связи имеет жизненно важное значение. Хорошая связь может быть разницей между жизнью и смертью, когда дело доходит до координации спасательных работ; передача общедоступной информации о таких вещах, как приюты и припасы; и предоставление жителям возможности общаться с семьей и друзьями.
Бедствия, конечно же, идут рука об руку с перебоями связи. Следующая лучшая вещь — это специальные сети из нескольких устройств, которые собирают и передают информацию. Вскоре это может регулярно включать датчики, сбрасываемые с самолетов для взятия проб окружающей среды; рои дронов, ищущих жертв; и роботы-уборщики. Потенциал заключается в том, что все они будут работать вместе, наряду с людьми, отправляющими информацию со смартфонов.
И это может пойти еще дальше: устройствам по-прежнему требуется питание, и основные источники электроэнергии, вероятно, тоже будут отключены. Сеть, вероятно, будет временно получать электроэнергию от небольших устройств, от небольших генераторов до солнечных панелей — все идеально скоординировано в режиме реального времени.
Чтобы эта экосистема работала в унисон, требуется несколько уровней организации. На одном уровне каждый класс устройств должен взаимодействовать. Пропускная способность временной коммуникационной сети, вероятно, будет очень ограниченной, например, создавая сложную проблему принятия решения о том, каким передачам отдавать приоритет и как эффективно направлять их по сети.
Более широкая сеть также должна организоваться, реагируя на новые события соответствующим образом. Относительно простым текущим примером является эта онлайн-платформа для флудинга в Джакарте. Он объединяет информацию о жителях на основе каналов сети уличных датчиков и людей со смартфонов.
Чтобы построить более сложную систему и обеспечить ее бесперебойную работу, становится все труднее и труднее строго предварительно проектировать программное обеспечение: централизованное управление невозможно, особенно в обширной зоне бедствия, где связь между устройствами слишком медленная или многоуровневая.
Великие вдохновения
Инженерам-программистам еще предстоит разработать такую систему, несмотря на значительный прогресс в алгоритмах. Наши лучшие заранее запрограммированные усилия имеют тенденцию быстро разрушаться, сталкиваясь с непредвиденными переменными. Улучшение этих систем, мягко говоря, сложно.
И это касается не только районов бедствия. Мир все чаще оснащается взаимосвязанными устройствами, каждое из которых работает с той или иной формой алгоритмического интеллекта. Например, они управляют системами городского светофора. Они управляют спросом и предложением электроэнергии в сети.
Некоторые программисты не ограничиваются информатикой, чтобы улучшить такие системы. Одним из источников вдохновения является американский политический экономист Элинор Остром. Ее работа, получившая Нобелевскую премию, показала, как сообщества в таких разных местах, как Кения, Гватемала, Турция, Непал и Лос-Анджелес, самоуправляются и делятся ресурсами, оставляя достаточно для будущих поколений.
Police rescue workers cross a river near the railway station of Chikuzeniwaya in the mountain Toho village, Fukuoka Prefecture, southwestern Japan, 08 July 2017. Rescue workers reached the site after a one hour footwalk as the region is isolated due to collapses of the roads towards the village. According to latest media reports, at least 16 people are dead and 15 others missing after torrential rains hit Kyushu island since 05 July, provoking river floods and landslides in Fukuoka and Oita prefectures. Rescue workers are build up to 12,000 personnel from the police, fire brigades and Self-Defense Forces are engaged in rescue efforts.
Torrential rain triggers floods and landslides in southwestern Japan, Toho — 02 Jul 2017
Остром выделил восемь общих характеристик и вывел принципы, которые можно было бы применять где угодно. Один из них заключался в том, что вы должны гарантировать, что те, на кого распространяются правила, могут, например, участвовать в их изменении. Другой была потребность в системе мониторинга поведения членов сообщества, осуществляемого самими членами.
Немецко-американский философ Николас Решер также помогает программистам. Решер утверждал , что при принятии решения о том, как справедливо распределять награды/наказания, следует принимать во внимание семь «канонов»: равенство, потребность, способность, усилие, производительность, общественная полезность и спрос и предложение. Идея состоит в том, чтобы определить, какой канон наиболее подходит в данной ситуации. Программисты используют эти принципы, чтобы помочь сетям принимать решения, например, о распределении ограниченных ресурсов и разрешении конфликтов между различными устройствами.
Недавняя работа Джереми в соавторстве показала , как идеи Острома и Решера могут быть выражены в виде алгоритмов управления сетями устройств. Преимущества были продемонстрированы в относительно статической среде, где население и количество устройств, как правило, стабильны или предсказуемы — скажем, для распределения энергии и защиты от перегрузок в местном сообществе. Но в аварийном сценарии, когда количество, расположение и доступность устройств постоянно меняются и почти полностью непредсказуемы, модель нуждается в расширении.
Чтобы решить эту проблему, последняя часть головоломки исходит из биологии, где разные животные приспосабливаются к изменениям в окружающей среде. Отдельные существа учатся на протяжении всей своей жизни, в то время как вид адаптируется на протяжении многих поколений в ходе эволюции : более успешные черты становятся доминирующими, а менее успешные исчезают.
Эмма, например, участвовала в создании системы для роев роботов, которая справляется с изменениями намного лучше, чем альтернативные подходы. Это позволяет роботам как «учиться» на собственном опыте и адаптировать параметры своего алгоритма, так и «развивать» совершенно новое поведение там, где окружающая среда изменилась настолько, что существующих алгоритмов уже недостаточно.
Недавно мы обрисовали в общих чертах, как эти три направления политической теории, социальных наук и биологии могут быть объединены для разработки новой парадигмы сложных сетей устройств. Мы видим обнадеживающие признаки того, что такое мышление начинает завоевывать популярность среди исследователей.
Эти идеи должны позволить нам разработать новые подходы, которые будут лежать в основе и улучшать широкий спектр человеческой деятельности, особенно когда произойдет следующее стихийное бедствие. Это может даже смягчить последствия изменения климата, помогая нам лучше предвидеть катастрофы и предпринимать шаги для их предотвращения.