Η ψηφιακή «ματιά του αετού»

Το Βήμα Science 

http://www.tovima.gr/science/article/?aid=498680

Ένα υψηλής ευκρίνειας σύστημα επόπτευσης που ακούει στο όνομα «Άργος» και φέρει υπογραφή Έλληνα ερευνητή ετοιμάζεται να διαπρέψει στην παρακολούθηση από αέρος

ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ:  05:45

Η αυταρέσκεια του ανθρώπου και ο κομπασμός του ότι είναι το τελειότερο δημιούργημα της πλάσης, σίγουρα έχουν να κάνουν με τον εξελικτικό θρίαμβο του εγκεφάλου του - και μόνο. Διότι, κατά τα λοιπά... ποιος άνθρωπος δεν έχει ζηλέψει την όραση του αετού; Αυτός δεν είναι άλλωστε και ο συνειρμικός λόγος που το πτηνό αυτό κυματίζει ακόμη στις σημαίες πολλών χωρών του πλανήτη;

Πώς βλέπει ο αετός

Οι πραγματικοί λόγοι που οι αετοί έχουν ως και πέντε φορές καλύτερη όραση από τον άνθρωπο είναι συγκεκριμένοι: Κατά πρώτον, οι αμφιβληστροειδείς τους είναι πολύ πιο πυκνά επικαλυμμένοι με τα φωτοευαίσθητα κύτταρα που αναγνωρίζουν τα χρώματα και που ονομάζονται κωνία. Αυτό τους παρέχει πολύ μεγαλύτερη διακριτική ικανότητα, με τον τρόπο που η υψηλότερη πυκνότητα εικονοστοιχείων (pixels) αυξάνει τη διακριτική ικανότητα των φωτογραφικών μηχανών. Κατά δεύτερον, τα μάτια των αετών έχουν πολύ βαθύτερο βοθρίο (fovea) - τη δομή που επικαλύπτεται με κωνία και που βρίσκεται στο πίσω μέρος του οφθαλμού, ανιχνεύοντας το φως από το κέντρο του οπτικού πεδίου. Ενώ το βοθρίο του ανθρώπινου οφθαλμού είναι σαν κούπα τσαγιού, στον αετό ή το γεράκι μοιάζει με βαθύ πηγάδι. Αυτό επιτρέπει στα μάτια τους να λειτουργούν ως τηλεφακοί, παρέχοντάς τους τη δυνατότητα μεγέθυνσης στο κέντρο του οπτικού τους πεδίου.  

Πέρα από τη διακριτική και τη μεγεθυντική ικανότητα, τα μάτια των αετών βλέπουν και «πουσαρισμένα» τα χρώματα: Αφενός, τα βλέπουν όλα πιο έντονα, ώστε να διακρίνουν ακόμη και μέσα στις σκιές. Αφετέρου, βλέπουν ακόμη και το υπεριώδες φάσμα του φωτός (UV) - πράγμα που τους επιτρέπει να διακρίνουν και τις ανακλάσεις των... ούρων των λαγών σε αυτό το μήκος κύματος. Τέλος, η τοποθέτηση των ματιών των αετών σε γωνία 30 μοιρών μεταξύ τους, τους δίνει ένα σχεδόν πανοραμικό οπτικό πεδίο 340 μοιρών, ενώ το πεδίο της ανθρώπινης όρασης περιορίζεται στις 180 μοίρες. Το μόνο «μείον» των αετών είναι ότι χρειάζεται να κουνούν πιο συχνά το κεφάλι τους. Αρχικά ρίχνουν «πλάγιες ματιές», σαρώνοντας με το τηλεσκοπικό βοθρίο τους το τοπίο ώσπου να εντοπίσουν κάποιο θήραμα. Αφού το βρουν, το κοιτούν κατά μέτωπο, με στερεοσκοπική όραση ώστε να υπολογίσουν την απόσταση και να ρυθμίσουν την ταχύτητα με την οποία πρέπει να ορμήσουν στο ανυποψίαστο θύμα.

Τα καλά νέα είναι ότι αυτή η περιζήτητη όραση των αετών έγινε πλέον μηχανή ανθρώπων, μέσω της επινοητικότητας ενός Ελληνα. Τα κακά νέα είναι πως όλοι εμείς οι κοινοί θνητοί μπορούμε κάλλιστα να παίξουμε τον ρόλο του... θηράματος.

Η τεχνολογία υποκαθιστά τη φύση

Πριν από ακριβώς 100 χρόνια ο μόνος συντοπίτης μας που κατάφερε να δει τον κόσμο με τη «ματιά του αετού» ήταν ο Χρήστος Κάκαλος, που ανέβηκε πρώτος στο Πάνθεον του Ολύμπου (τον Μύτικα) στις 2 Αυγούστου 1913. Κοίταξε αριστερά και είδε όλο τον κορμό της Πίνδου ως τα Γιάννενα. Κοίταξε δεξιά και αντίκρισε και τα τρία πόδια της Χαλκιδικής να λούζονται στο αστραφτερό Αιγαίο, ως τον Αθω... Ομως στον υπόλοιπο κόσμο είχε ήδη αρχίσει η εποποιία της τεχνολογικής κατάκτησης μιας τέτοιας ματιάς. Το πρώτο βήμα έγινε με τα διπλάνα, το δεύτερο με τα ελικόπτερα, το τρίτο με τα αεριωθούμενα, το τέταρτο με τους δορυφόρους, το πέμπτο με τα «λεωφορεία του Διαστήματος». Θα μπορούσε να πει κανείς πως ο άνθρωπος κοίταξε όχι μόνον από το ύψος που πετάει ο αετός αλλά και από πολύ μακρύτερα. Ωστόσο, ποιοτικά συνεχίζαμε να υστερούμε, καθ' ότι οι φωτογραφικές μηχανές που χρησιμοποιούσαμε αιχμαλώτιζαν είτε «εικόνες τοπίου» ή «τηλεσκοπικά εστιασμένες λεπτομέρειες» - ποτέ και τα δύο ταυτόχρονα. Δηλαδή η ευελιξία του πανόπτη αετίσιου οφθαλμού ακόμη μας διέφευγε.

Συνδυάζοντας 368 φωτοαισθητήρες (αριστερά), σύμφωνα με τον κ. Ι. Αντωνιάδη (δεξιά), τέσσερις ψηφιακοί φακοί συνθέτουν την τελειότερη φωτογραφική μηχανή


Μας διέφευγε... ως εφέτος. Διότι έπειτα από πυρετώδεις δοκιμές πέντε χρόνων, τον Ιανουάριο που μας πέρασε αποκαλύφθηκε σε αμερικανικό κρατικό ντοκυμαντέρ το ψηφιακό υποκατάστατο ενός τέτοιου οφθαλμού. Οπως περιέγραψε ο εφευρέτης του και τεχνικός διευθυντής συστημάτων τηλεπισκόπησης της βρετανικής ΒΑe Systems δρΓιάννης Αντωνιάδης (βλ. www. youtube. com/watch?feature=player _embedded&v= QGxNyaXfJsA), η χρονική πίεση της ΓΓΕΤ του Πενταγώνου (DARPA) για γρήγορο αποτέλεσμα τον έκανε να σκεφθεί την πιο απλή λύση: πήρε 368 τσιπάκια φωτογραφικών μηχανών των 5 Megapixel, από αυτά που μπαίνουν στα κινητά μας τηλέφωνα, και τα ένωσε ανά 92 σε τέσσερα καρέ. Δημιούργησε έτσι μια φωτο-κυψέλη τεσσάρων ψηφιακών τηλεφακών εστιακού βάθους 90 mm, με ευκρίνεια 1,8 Gigapixel (δισεκατομμυρίων εικονοστοιχείων). Δεδομένου ότι η τελειότερη επαγγελματική φωτογραφική μηχανή ήταν ως τώρα μια σουηδική Hasselblad των 200 Megapixel (εκατομμυρίων εικονοστοιχείων), εύκολα λες ότι ο Αντωνιάδης εννεαπλασίασε την ποιότητα της ψηφιακής μας ματιάς. Το δύσκολο είναι να περιγράψεις τι σημαίνει μια τέτοια δυνατότητα...

Ο πανόπτης Αργος

Η φωτογραφική κυψέλη που έστησε ο Αντωνιάδης επιτρέπει ταυτόχρονα τη σάρωση μεγάλης έκτασης και την εστίαση σε απίστευτα μικρή λεπτομέρεια. Για παράδειγμα, από ύψος 17.500 ποδιών (5,33 χλμ.) μπορεί να διακρίνει αντικείμενα μεγέθους 15 εκατοστών, όπως το κινητό σας τηλέφωνο, σε μια έκταση 40 τετραγωνικών χιλιομέτρων! Αν το ενδιαφέρον δεν βρίσκεται στην τόσο μικρή λεπτομέρεια όσο στην κίνηση οχημάτων, από ύψος 46.000 ποδιών (14 χλμ.) μπορεί να σαρώσει έκταση 220 τετραγωνικών χιλιομέτρων - έναν κύκλο διαμέτρου 17 χιλιομέτρων. Οπως χαρακτηριστικά δήλωσε ο Γιάννης Αντωνιάδης, μια τέτοια δυνατότητα αντιστοιχεί στο να έχεις συγκεντρωμένα πάνω από την ίδια πόλη 100 κατασκοπευτικά τηλε-αεροπλανάκια τύπου Predator.

Εκατό ήταν υποτίθεται και τα μάτια του πανόπτη Αργου της ελληνικής μυθολογίας, που φρουρούσε για λογαριασμό της Ηρας την ερωμένη του Δία Ιώ. Οπότε, ελληνοκεντρικά επόμενο ήταν να βαφτίσει ομώνυμα το σύστημά του ο Αντωνιάδης: ARGUS-IS (από το Autonomous Real-Time Ground Ubiquitous Surveillance Imaging System, που σημαίνει Πανταχού Παρόν Αυτόνομο Σύστημα Απεικονικής Επιτήρησης Εδάφους). Συνολικά, κόστισε 30 μήνες σε αυτόν να το αναπτύξει και 18,5 εκατομμύρια δολάρια στην DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency). Αν απορείτε για το χρονικό και χρηματικό ύψος του κόστους, σκεφθείτε ότι δεν πρόκειται απλά για την τελειότερη φωτογραφική μηχανή, αλλά για μια βιντεοκάμερα που υποστηρίζεται από υπολογιστικό σύστημα αντίστοιχο εκείνου της Διεύθυνσης Ασφάλειας μιας μεγαλούπολης. Kαταγράφει 12 ως 15 καρέ ανά δευτερόλεπτο και ο ενσωματωμένος επεξεργαστής της (Intel Pentium Core 2 Duo Single Board Computer) τα στέλνει στον συνεργαζόμενο Σταθμό Ελέγχου με ρυθμό 424 Gbits/sec.

Η ποσότητα των στοιχείων που «κατεβάζει» αυτός ο πανόπτης είναι τρομακτική. Γύρω στο ένα εκατομμύριο terabytes ανά ημέρα, δηλαδή το ισοδύναμο περίπου 5.000 ωρών βίντεο υψηλής ανάλυσης. Επιπλέον, το λογισμικό που υποστηρίζει τη διαχείριση αυτού του υλικού επιτρέπει τη διαμοίρασή του σε άνω των 100 διαφορετικών χρηστών ανά τον κόσμο, οι οποίοι μπορούν να ανοίγουν ακόμη και 65 «παράθυρα βίντεο» των 640x480 pixels. Οι χειριστές αυτής της ροής εικόνων μπορούν να «εγκλωβίζουν» με χρωματικά διαφοροποιημένα πλαίσια τους κινούμενους στόχους παρακολούθησης, ξεχωρίζοντας «εχθρούς» και «φίλους». Η παρακολούθηση γίνεται σε «ζωντανό χρόνο», αλλά οποτεδήποτε μπορεί να ανατρέξει κανείς σε παρελθόντα χρόνο. Ετσι, αν συμβεί κάποια ληστεία, τρομοκρατικό χτύπημα ή επίθεση από στρατιωτική μονάδα, μπορεί να δει κανείς πώς συνέβη, από πού προήλθε και πού κατέληξαν οι δράστες.

Ο τετρακέφαλος ARGUS (δεξιά) μπαίνει με τον υπολογιστή του σε πλωτήρα (αριστερά) και αγκιστρώνεται στην κοιλιά ενός τηλεκατευθυνόμενου (επάνω)

Πετάει, πετάει... ο Μεγάλος Αδελφός

Η τετρακέφαλη συσκευή λήψης του ARGUS-IS βρίσκεται τοποθετημένη σε έναν «πλωτήρα» που αγκιστρώνεται στην κοιλιά τηλεαεροπλάνου παρακολούθησης (drone στην καθομιλουμένη αγγλική). Οι όποιες δοκιμές της έγιναν στα χέρια του Πενταγώνου και της CIA, που την αξιοποίησαν κατά κόρον στο Αφγανιστάν. Τα αποτελέσματα ήταν τόσο συναρπαστικά που κατέδειξαν γρήγορα την ανάγκη για κατασκευή drone με μεγάλη αυτάρκεια πτήσης. Ετσι, στις 14 Σεπτεμβρίου 2010 η DARPA υπέγραψε σύμβαση με την Boeing για την ανάπτυξη του SolarEagle (Ηλιαετού): ένα τηλεκατευθυνόμενο ηλιακό αεροπλάνο που θα μπορεί να παραμένει εν πτήσει στα 60.000 πόδια (18.300 μέτρα) για πέντε ολόκληρα χρόνια! Το αεροσκάφος αυτό προβλέπεται να έχει ηλεκτροκινητήρες υψηλής απόδοσης, που θα φορτίζονται την ημέρα από τον ήλιο ώστε να συνεχίζουν τη νύχτα την πτήση. Για την απαιτούμενη επιφάνεια φωτοβολταϊκών τα πτερύγιά του θα έχουν μήκος 122 μέτρα έκαστο. Η πρώτη δοκιμαστική πτήση του αναμένεται το 2014. Στο μεταξύ, η ομάδα του Γιάννη Αντωνιάδη στην BAe λέγεται ότι ετοιμάζει την επόμενη έκδοση του ARGUS, που θα βλέπει ακόμη και τη νύχτα, μέσω υπέρυθρης ακτινοβολίας.

Επικοινώνησα με τον εφευρέτη ζητώντας επιβεβαίωση για το τελευταίο, αλλά και ρωτώντας τον για το πόσο συμφερότερος και αποδοτικότερος θα είναι ο συνδυασμός ARGUS-SolarEagle από τους κατασκοπευτικούς δορυφόρους. Επίσης, τον ρώτησα για το αν προβλέπεται η κατοπινή πώληση τέτοιων συστημάτων και σε τρίτες χώρες. Τέλος, μια και στο ντοκυμαντέρ εμφανιζόταν ως επίδειξη η παρακολούθηση αμερικανικής πόλης, τον ρώτησα πώς βλέπει το ενδεχόμενο να αξιοποιηθεί το ARGUS από κυβερνήσεις για την παρακολούθηση των ίδιων των πολιτών τους. Ο συμπατριώτης μας - που σπούδασε φυσικός στο Rensselaer Polytechnic Institute και πήρε το διδακτορικό του από το Πανεπιστήμιο του Meryland - αρνήθηκε ευγενικά να απαντήσει. Είπε ότι «σύμφωνα με τους κανόνες που οφείλω να ακολουθώ, κάθε πληροφορία σχετιζόμενη με το ARGUS που παρέχω σε άτομα εκτός των ΗΠΑ πρέπει να εγκρίνεται από την DARPA και την εταιρεία - πράγμα συνήθως χρονοβόρο».

Ενα drone να σε φυλάει...

Τους δισταγμούς αυτούς δεν είχαν διόλου οι κατασκευαστές τηλεαεροπλάνων, οι οποίοι παρουσίασαν τα τελευταία μοντέλα τους στο Farnborough Airshow της Βρετανίας (14-15 Ιουλίου 2012). Οπως δήλωσε στο CNN ο ιδιοκτήτης της ιταλικής Alpi Aviation, πιστεύει πως «το μέλλον τους είναι πολιτικό». Τι εννοεί; «Αντί να προσλαμβάνει κανείς δέκα νυχτοφύλακες για να φυλάνε τις εγκαταστάσεις του, θα του έρχεται πολύ φθηνότερο να χρησιμοποιεί δύο τηλελικοπτεράκια που θα τα ελέγχει υπολογιστής». Πόσο φθηνότερα; Η τιμή ενός καινούργιου drone, όπως το Penguin B της αμερικανικής UAV Factory, κοστίζει 50.000 δολάρια. Ακόμη φθηνότερα προβλέπεται να κοστίζει το διαστάσεων «αγκαλιάς» αεροπλανάκι iStart της βρετανικής Blue Bear Ltd. Αλλά κι αν θέλει κανείς προϊόν στρατιωτικών προδιαγραφών, δεν έχει παρά να παζαρέψει με τους Ισραηλινούς της Elbit Systems την τιμή αγοράς ενός καλοδιατηρημένου Hermes 450, έπειτα από 50.000 ώρες πτήσης στο Αφγανιστάν... Συνολικά η καναδέζικη εταιρεία ερευνών Global Research εκτιμά πως η παγκόσμια αγορά των drone θα φθάσει ως το 2014 το ύψος των 14 δισεκατομμυρίων δολαρίων.  

Χαρακτηριστικό του ενδιαφέροντος είναι το ότι έχουν ήδη καταγραφεί εκατοντάδες επιχειρήσεις ανά τον κόσμο που κατασκευάζουν τηλεκατευθυνόμενα αεροπλανάκια παρακολούθησης και κυκλοφορούν στο Διαδίκτυο οδηγίες κατασκευής ακόμη και ερασιτεχνικών μοντέλων από ιδιώτες. Γιατί όχι, άλλωστε, αφού στις 6 Φεβρουαρίου 2013 παρουσιάστηκε στους καθηγητές σχολείων των ΗΠΑ ένα ισραηλινού σχεδιασμού πακέτο διδασκαλίας Μαθηματικών και Φυσικής μέσω των κινήσεων τηλελικοπτέρου καιρομποτικού βραχίονα (www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=6PBgNRN9Ms8). Η γενιά των εικόνων ήταν ίσως θέσφατο να αρχίσει να μαθαίνει και να ζει με αυτούς τους «έξυπνους», ρομποτικούς και ιπτάμενους μηχανισμούς...

Βιντεοσκοπώντας από ψηλά τα πάντα, οι χειριστές του ARGUS παρακολουθούν πολλαπλότητα στόχων ταυτόχρονα

ΑΠΟ ΤΗ ΣΤΡΑΤΟΣΦΑΙΡΑ!
Η νέα εποχή παρακολούθησης
Τεχνολογικά, ο άνθρωπος του 21ου αιώνα μπορεί να αισθάνεται υπερήφανος: κατασκεύασε συσκευές που πετούν ως αετοί και βλέπουν όπως αυτοί. Ομως κοινωνικά πού τον οδηγεί αυτή η πλήρης απώλεια της ιδιωτικότητας;  

Το θέμα έχει αποκτήσει ιδιαίτερη επικαιρότητα στις μέρες μας, στις ΗΠΑ, καθόσον ο υποψήφιος για αρχηγός της CIA είναι ο άνθρωπος που ως σταθμάρχης της CIA στη Σαουδική Αραβία ξεκίνησε το πρόγραμμα των τηλεκτελέσεων τρομοκρατών από αέρος. Κατά την ακρόασή του από τη Γερουσία κλήθηκε να εξηγήσει τους όρους υπό τους οποίους μπορούν να τηλεκτελούνται ακόμη και αμερικανοί πολίτες... Ωστόσο προτού φθάσουμε στη δολοφονική δράση των drone και το πώς ξεχωρίζουν «τον καλό από τον κακό», υπάρχει το στάδιο της παρακολούθησης και κατά πόσον αυτή επιτρέπεται να γίνεται όχι μόνον σε εχθρική χώρα αλλά και στο έδαφος της ίδιας της χώρας που υπερασπίζονται.

Οι υπέρμαχοι των θεσμών και της δυνατότητας ενός δημοκρατικού κράτους να ελέγχει την εφαρμογή των νόμων θα τόνιζαν εύκολα ότι, όπως ακριβώς τα δικαστήρια δεν δέχονται ως πειστήρια παρανομίας μια μαγνητοφώνηση άνευ αδείας, έτσι και οι από αέρος βιντεοσκοπήσεις ιδιωτικών στιγμών θα είναι απαράδεκτες. Ομως στην περίπτωση των ΗΠΑ ο Δούρειος Ιππος έχει ήδη βρεθεί. Σύμφωνα με απόφαση των Ανωτάτου Δικαστηρίου, το 1986, η από αέρος παρακολούθηση δεν συνιστά παραβίαση ανθρωπίνων δικαιωμάτων όταν γίνεται από το ύψος δημόσιων αεροδιαδρόμων.

Αυτό σημαίνει πρακτικά πως, αφού τα ύψη πτήσεων των αεροπλάνων και ελικοπτέρων είναι «κούρσα θανάτου» για τα τηλεαεροπλανάκια, θα υποχρεώνονται να πετούν είτε μέχρι ύψος 100 μέτρων πάνω από τα σπίτια ή πάνω από το ύψος των αεροδιαδρόμων, στη στρατόσφαιρα. Για τις χαμηλές πτήσεις θα ισχύει το «παράνομες βιντεοσκοπήσεις». Για τη στρατόσφαιρα όμως, που εκτείνεται από τα 40.000 ως τα 150.000 πόδια ύψος, το πεδίο είναι ελεύθερο σε όποιον μπορεί τεχνικά και έχει τη δυνατότητα οικονομικά. Θυμίζουμε τον αναμενόμενο SunEagle της Boeing που θα μεταφέρει τον ARGUS αενάως, αλλά και τωρινά διαθέσιμα ηλιοπλάνα μεγάλου υψομέτρου, όπως το Zephyr της βρετανικής QinetiQ και το Solar Impulse που σχεδίασε και κατασκεύασε η École Polytechnique της Λωζάννης, στην Ελβετία. Ολα τα αμέτρητα αρχεία βίντεο που θα καταγράφουν τα μάτια των μελλοντικών Αργων, κρεμασμένα κάτω από τέτοια φτερά, θα είναι «νόμιμες παρακολουθήσεις»!

Πιθανώς να μη σας νοιάζει. Και πιθανότατα θα σας αρέσει το ότι κανένας διαρρήκτης δεν θα μπορεί μελλοντικά να μπει σε μαγαζί ή σπίτι χωρίς η αστυνομία να τον δει στο «replay» του ARGUS και να ακολουθήσει τα ίχνη του ως τη σύλληψή του. Αλλά το αντίτιμο θα είναι η συνειδητοποίηση της ζωής υπό συνεχή εποπτεία, μιας ζωής «χωρίς στιγμή ελευθερίας». Και αν αυτό στρώσει τον δρόμο για πλήρη εκφασισμό της δημοκρατίας... ίσως πάλι να μη σας νοιάζει. Αλλά θυμηθείτε τότε το τι δεν έχει ενσωματώσει ακόμη το ARGUS από την όραση του αετού: Στην υπεριώδη ακτινοβολία εκείνος βλέπει ακόμη και τα ίχνη του κατουρημένου λαγού.