Das amerikanische Militär forscht seit einigen Jahren an KI-Piloten. Jetzt haben Teilnehmer eines Wettbewerbs einen Meilenstein auf dem Weg zum automatisierten Luftkampf erreicht.

Die KI-Fliegerasse traten in den Alpha-Dogfight-Trials gegeneinander an. Der Wettbewerb ist Teil des “Air Combat Evolution”-Programms der Forschungsabteilung DARPA, das den Luftkampf stärker automatisieren und das Vertrauen menschlicher Piloten in ihre zukünftigen KI-Kollegen steigern soll.

In den Alpha-Dogfight-Trials bekämpften sich zunächst die KI-Piloten verschiedener Unternehmen in einer Simulation, darunter eine KI des Verteidigungsriesen Lockheed Martin und des auf Automatisierung spezialisierten Unternehmens Heron Systems.

Als Grundlage der Simulation dient die Open-Source-Software JSBSim, in der die KI-Piloten virtuelle F-16-Kampfjets steuern. Die Flugzeuge sind nur mit einer nach vorne gerichteten Maschinenkanone bewaffnet und so zum direkten Luftkampf gezwungen, der Flug- und Zielkünste auf hohem Niveau erfordert.

KI vs. Pilot: Fünf Kämpfe, fünf Siege

Insgesamt gab es drei Wettbewerbe, den ersten im November 2019, in dem Prototypen der Systeme vorgestellt wurden. Schon im Januar 2020 gab es dann erste Luftkämpfe zu sehen, als die KI-Piloten gegen programmierte Gegner der Johns Hopkins Universität kämpften.

Im jetzt abgeschlossenen dritten Wettbewerb traten die KI-Piloten in einem Turnier zunächst gegeneinander an. Die Flug-KI von Heron Systems konnte dabei die Konkurrenz-KI von Lockheed Martin ausschalten.

Anschließend gewann sie in fünf von fünf Runden gegen einen Air-Force-Piloten, der sich mit der VR-Brille in ein virtuelles Cockpit setzte.

Deep Reinforcement Learning als Erfolgsgrundlage

Trainiert wurde Heron Systems KI-Pilot ausschließlich mit bestärkendem Lernen (Erklärung). Konkurrenten hätten hingegen versucht, diese Lernmethode mit per Hand programmierten Expertensystemen zu verknüpfen, so die Entwickler des siegreichen Systems.

Heron Systems orientierte sich an den Erfolgen von KI-Systemen wie Deepminds Spiele-KI AlphaStar und setzte eine Variante des dort so erfolgreichen Self-Play ein, bei dem die KI unzählige Male gegen sich selbst antritt: Insgesamt trainierten die Entwickler über 100 KI-Piloten mit eigenen Zielen, neuronalen Netzwerkarchitekturen und Kontrollmöglichkeiten über das Flugzeug.

Ein weiterer KI-Pilot musste anschließend immer wieder gegen jeden der 100 anderen Piloten antreten. Durch dieses Vorgehen sei ihr KI-Pilot nicht auf einen Gegnertyp spezialisiert und daher weniger fehleranfällig, so die Entwickler.

Sind menschliche Kampfpiloten bald Geschichte?

Die Alpha-Dogfight-Trials waren aus KI-Perspektive ein voller Erfolg. Doch ob ein KI-Pilot unter echten Bedingungen einen Menschen schlagen kann, ist dadurch nicht geklärt, bestätigen auch die Entwickler von Heron Systems.

Der menschliche Pilot hatte in der Simulation klare Nachteile, denn die KI-Piloten konnten über die Software direkt auf die Koordinaten des gegnerischen Flugzeugs, die Geschwindigkeit und andere Informationen zugreifen. Der menschliche Pilot hingegen musste sich auf seine Augen in einer niedrig aufgelösten VR-Brille verlassen.

Experimente wie Deepminds AlphaStar hätten jedoch gezeigt, dass KI-Systeme auch ohne direkten Zugriff auf Simulationsdaten Menschen schlagen können. Die Starcraft-KI orientiert sich ausschließlich visuell und kann dennoch mit Phänomenen wie verdeckten Regionen (Fog of War) auf der Spielkarte umgehen.

Im realen Luftkampf will Heron Systems auf eine visuelle KI-Analyse der Umgebung jedoch verzichten. Stattdessen wolle man mit Radar- und weiteren Sensordaten arbeiten, die direkt aus den Flugzeugsystemen abgegriffen werden können. So lasse sich Rechenleistung sparen und vorhandene Systeme sinnvoll nutzen.

Der nächste Schritt sei der Einsatz eines KI-Piloten in Drohnen und unbemannten Flugzeugen. Das bringe viele neue Herausforderungen, wie den Einfluss des Windes oder komplexe Steuersysteme. Mehr Rechenleistung und spezialisiertes KI-Training könne diese Probleme jedoch lösen.

Als größte Hürde sieht Heron Systems den Aufbau von Vertrauen seitens der Piloten, die in Zukunft mit solchen KI-Systemen Seite an Seite kämpfen sollen. Die fast 85-prozentige Gewinnrate in den simulierten Luftkämpfen sei ein guter Anfang, sagt ein Entwickler. “Irgendwann muss man einfach sagen: Ich weiß, dass es funktioniert.”

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