DARPA vai introduzir inteligência artificial em jato L-39 para realizar combate aéreo autônomo

Os combates aéreos virtuais avançam para um time 2-v-1, voos reais de subescala em andamento para o final de 2021

O programa Air Combat Evolution (ACE) da DARPA está na metade da Fase 1 e alcançou várias realizações importantes em antecipação aos combates em voo real de aeronaves da subescala na Fase 2 ainda este ano. As conquistas até o momento incluem: combates aéreos avançados virtuais envolvendo cenários de múltiplas aeronaves dentro do alcance visual (WVR) e além do alcance visual (BVR) com armas simuladas atualizadas; voos reais de um jato instrumentado para medir a fisiologia do piloto e a confiança na Inteligência Artificial (IA); e modificações iniciais no primeiro treinador a jato em escala real programado para hospedar um “piloto” de IA a bordo na Fase 3 do programa.

“Nosso maior foco no final da Fase 1 é a transição de simulação para real dos algoritmos de IA enquanto nos preparamos para cenários de aeronaves em subescala de voo real no final de 2021”, disse o coronel Dan “Animal” Javorsek, programa gerente do Escritório de Tecnologia Estratégica da DARPA. “Gerenciar essa transição para o mundo real é um teste crítico para a maioria dos algoritmos de IA. Na verdade, os esforços anteriores foram frágeis apenas para esses tipos de transições porque algumas soluções podem depender excessivamente de artefatos digitais do ambiente de simulação.”

O objetivo do programa ACE, que começou no ano passado, é desenvolver autonomia confiável, escalonável, de nível humano e dirigida por IA para o combate aéreo, usando o “dogfight” colaborativo homem-máquina como seu problema de desafio. Em agosto de 2020, o Laboratório de Física Aplicada da Johns Hopkins (APL) executou os testes AlphaDogfight do programa ACE, uma competição de oito equipes cujos IAs voaram F-16s simulados em combates aéreos 1-v-1, desenvolvidos pelo APL. A IA campeã então voou cinco combates simulados contra um piloto de caça F-16 experiente em um simulador, derrotando o piloto humano por 5-0.

Em fevereiro, as equipes de desenvolvimento de algoritmo ACE completaram o próximo nível de combates aéreos de IA simulados no Scrimmage 1 no APL. O APL continuou a projetar e estender o ambiente de simulação para esta fase do programa ACE. As equipes demonstraram combates simulados 2-v-1 com dois F-16s “azuis” amigos lutando em equipe contra uma aeronave “vermelha” inimiga. Isso marcou a primeira partida de IA após os AlphaDogfight Trials e introduziu mais armas na mistura – um canhão para tiros precisos de curto alcance e um míssil para alvos de longo alcance.

“Adicionar mais opções de armas e várias aeronaves introduz muitas das dinâmicas que não fomos capazes de alcançar e explorar nos testes AlphaDogfight”, disse Javorsek. “Esses novos engajamentos representam um passo importante na construção de confiança nos algoritmos, uma vez que nos permitem avaliar como os agentes de IA lidam com as restrições de fogo definidas para prevenir o fratricídio. Isso é extremamente importante ao operar com armas ofensivas em um ambiente dinâmico e confuso que inclui um caça tripulado e também oferece a oportunidade de aumentar a complexidade e a formação de equipes associadas à manobra de duas aeronaves em relação a um adversário.”

Outro foco principal do programa ACE é medir a confiança do piloto na capacidade da AI de conduzir manobras de combate enquanto o humano a bordo se concentra nas decisões de gerência de batalha de alto nível cognitivo. Para começar a capturar esses dados confiáveis, os pilotos de teste realizaram vários voos em um treinador a jato L-29 no Iowa Technology Institute’s Operator Performance Laboratory. O jato de dois lugares é equipado com sensores na cabine para medir as respostas fisiológicas do piloto, dando aos pesquisadores pistas sobre se o piloto está confiando na IA ou não. O jato não é realmente pilotado por uma IA; em vez disso, um piloto de segurança na cabine dianteira atua como um “servo atuador humano”, executando as entradas de controle de voo geradas por uma IA. Para o piloto avaliador no banco traseiro, parece que a AI está realizando as manobras da aeronave.

“Em uma analogia às ‘milhas por desacoplamento’ usadas em carros autônomos, estamos registrando o tempo por desacoplamento, que serve como uma métrica principal para o programa. Além disso, começamos a olhar para as técnicas de medição para ver para onde a cabeça do piloto de avaliação está apontando, bem como para onde seus olhos estão olhando ao redor da cabine ”, disse Javorsek. “Isso nos permite ver o quanto o piloto está verificando a autonomia olhando para fora da cabine e comparando com quanto tempo ele gasta em sua tarefa de gerenciamento de batalha.”

O programa ACE também está pesquisando duas estruturas independentes para um AI Battle Manager no que foi considerado o agente AlphaMosaic para BVR e comando e controle de escala de campanha. No Scrimmage 1, esses dois agentes se engajaram em cenários mais complexos de Cruise Missile Defense (CMD) criados pelo APL. As duas equipes contratadas continuam a refinar seus agentes e arquiteturas em preparação para a competição mano-a-mano do Scrimmage 3 no final da fase.

Olhando além dos testes de aeronaves de subescala no final de 2021, a empresa Calspan começou a modificar o primeiro treinador a jato L-39 em escala real que será pilotado pela IA em duelos de combate em voo real durante a Fase 3 do programa no final de 2023 e 2024 .

A primeira etapa é criar um modelo de desempenho aerodinâmico preciso do L-39 que o algoritmo de IA pode usar para fazer previsões, bem como decisões de manobra tática. Assim que o modelo aerodinâmico estiver completo, o L-39 será totalmente modificado para que a IA seja capaz de assumir o controle da aeronave.