Skip to main content
European Commission logo print header

Data Learning on Manifolds and Future Challenges

Article Category

Article available in the following languages:

Big data kluczem do zrozumienia ciemnego wszechświata

Analiza big data może stanowić klucz do najbardziej złożonych zjawisk znanych nauce – pod warunkiem, że będziemy w stanie wyciągnąć sensowne wnioski z olbrzymich ilości informacji. W ramach projektu DEDALE opracowano algorytmy, które to umożliwiają, i wykorzystano je do pomiaru ilości ciemnej materii we wszechświecie.

Gospodarka cyfrowa icon Gospodarka cyfrowa
Przemysł kosmiczny icon Przemysł kosmiczny

Czy wiesz, że wszechświat jest wypełniony ciemną materią, która subtelnie wypacza kształty obserwowanych przez nas obiektów? Istoty ciemnej materii nie znają nawet najwięksi specjaliści: sądzą, że istnieje, ale jest niewidzialna, więc udowodnienie tego jest niezwykle trudne. Tutaj właśnie może przydać się rewolucyjna technologia big data. Od niedawno zakończonego przeglądu Dark Energy Survey (DES) po budowany teleskop Square Kilometre Array (SKA), który ma być największym na świecie radioteleskopem – ilość danych zbieranych przez nowe i przyszłe badania przyniesie ważne przełomowe odkrycia. Jednak wydobycie tej wiedzy jest poważnym wyzwaniem technologicznym, wymagającym zastosowania metod analizy danych nowej generacji, takich jak te opracowane w ramach projektu DEDALE. „Tradycyjne techniki analizy danych polegają na tym, że wyszkoleni astrofizycy decydują, które obiekty na zdjęciu są galaktykami, a które gwiazdami, jak daleko znajdują się te obiekty, czy możemy ustalić kształt tych obiektów, biorąc pod uwagę jakość zdjęć itp.”, tłumaczy dr Samuel Farrens, pracownik naukowy w CEA Paris-Saclay i członek projektu. „Techniki te są nie tylko przestarzałe i nieoptymalne, ale też nie dają się zastosować w przypadku przetwarzania danych big data. To tak, jakby jednocześnie patrzeć w przednie i tylne lusterko podczas jazdy samochodem: potrzebujemy nowych metod automatycznego przetwarzania danych, gdy człowiek nie jest już w stanie podołać temu zadaniu”. Projekt DEDALE zgromadził ekspertów w dziedzinie kosmologii i przetwarzania sygnału, matematyków, informatyków, astrofizyków i specjalistów w dziedzinie teledetekcji, tak aby można było zająć się tym zagadnieniem poprzez skupienie się na problemach, jakie mają być związane z przyszłymi badaniami astrofizycznymi i technologią teledetekcji. Wspólnie badali oni wykorzystanie najnowocześniejszych technik przetwarzania sygnału i uczenia głębokiego oraz opracowali skuteczne oprogramowanie pozwalające na ich implementację. Jednym z rezultatów, z których dr Farrens jest najbardziej dumny, jest stworzenie na potrzeby DES mapy pokazującej rozkład ciemnej materii we wszechświecie. Osiągnięcie to pokazuje, jak innowacyjne metody mogą przewyższać klasyczne techniki, i stanowi ważny krok w kierunku doprecyzowania ograniczeń parametrów kosmologicznych – co jest „Świętym Graalem” dla kosmologów w XXI wieku. Oczywiście jest to tylko jeden z wielu znakomitych rezultatów. Projekt DEDALE poczynił znaczne postępy w szacowaniu funkcji rozmycia punktu (kluczowej dla określania kształtów galaktyk i jednego z głównych celów misji Euklides realizowanej przez Europejską Agencję Kosmiczną), w automatycznym szacowaniu przesunięcia galaktyk ku czerwieni (mówiącego o tym, jak daleko od Ziemi znajdują się galaktyki) oraz w opracowywaniu układów transformaty alfa shearlet (przydatnych przy przetwarzaniu obrazów naturalnych). Dr Farrens liczy, że w najbliższej przyszłości znaczenie projektu DEDALE będzie nadal odczuwalne. „Na przykład w teledetekcji nośniki często mają wyśrubowane ograniczenia zużycia energii elektrycznej, a moc przetwarzania wymagana do uruchomienia wszystkich algorytmów obrazowania, udoskonalania i analizy może być zbyt duża dla aktualnych aplikacji. Projekt DEDALE odegrał ważną rolę w dostrojeniu uniwersalnych architektur i zbudowaniu w oparciu o nie demonstratorów czasu rzeczywistego, które mogą wykonywać wiele zadań za pomocą jednego algorytmu”, wyjaśnia. Zakończony już projekt DEDALE jest kontynuowany w ramach inicjatywy COSMIC, która ma na celu rozwiązanie problemów związanych z rekonstrukcją obrazów, występujących w przetwarzaniu obrazu zarówno w astronomii, jak i naukach biomedycznych. Ten nowy projekt może wywrzeć ogromny wpływ na neonatologię, ponieważ wykonywanie badań rezonansu magnetycznego u niemowląt jest niezwykle trudne przy użyciu tradycyjnych metod.

Słowa kluczowe

DEDALE, big data, ciemna materia, pomiary ciemnej energii, analiza danych, Square Kilometre Array, SKA, teledetekcja, COSMIC

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania