航空業(yè)中日漸衰落的人類(lèi)
將人類(lèi)從空中交通和對(duì)個(gè)別飛機(jī)的控制中完全移除是不可避免的，但可能還需要幾十年的時(shí)間。這是以色列航空航天工程師Aharon David的結(jié)論，其通過(guò)AFuzion公司提供網(wǎng)絡(luò)安全和認(rèn)證指導(dǎo)以及其他服務(wù)。
NASA在2015年制定了人工智能認(rèn)證路線圖，在該文件中規(guī)定，人工智能最終可能需要獲得飛行員執(zhí)照。這一天終將會(huì)到來(lái)，沒(méi)有什么東西能阻止完全的自動(dòng)化，但這需要多長(zhǎng)時(shí)間，具體將如何實(shí)現(xiàn)尚不清楚。
在2023年9月底舉行的SAE下一代無(wú)人機(jī)和無(wú)人駕駛飛機(jī)峰會(huì)上，SAE組織了一個(gè)報(bào)告主題為“控制飛機(jī)——從人類(lèi)到自主系統(tǒng)：衰落的人類(lèi)”。在該報(bào)告中，David認(rèn)為需要思考在沒(méi)有人類(lèi)參與的情況下飛機(jī)的操作，包括飛行儀器、人工智能的日益自動(dòng)化，以及“衰落”過(guò)程的安全問(wèn)題。
關(guān)于“衰落的人類(lèi)”這一話題，既引人入勝，也可能有點(diǎn)可怕。
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自動(dòng)化的歷史
無(wú)人機(jī)在空中運(yùn)送人類(lèi)的事情已經(jīng)發(fā)生了。商用客機(jī)的自動(dòng)系統(tǒng)幾乎可以做所有事情。只需要一名飛行員來(lái)啟動(dòng)起飛和降落，所以事實(shí)上，人類(lèi)會(huì)是機(jī)器的冗余。未來(lái)是通過(guò)更多的機(jī)器冗余，而不是讓人類(lèi)出現(xiàn)在駕駛艙里，但目前仍然需要讓人類(lèi)飛行員參與進(jìn)來(lái)。
回到開(kāi)頭。關(guān)于飛機(jī)的自主運(yùn)行，一個(gè)重要且普遍未知的事實(shí)是，它的發(fā)展幾乎是在1903年歷史上第一次飛行之后立即開(kāi)始的。
萊特兄弟的首次飛行實(shí)際上是人類(lèi)第一次也是最后一次直接控制與飛行有關(guān)的一切。人類(lèi)進(jìn)行研究，制造飛機(jī)，直接控制空氣動(dòng)力學(xué)和發(fā)動(dòng)機(jī)，這些基本上只存在于首次飛行期間。
很快，一些變化使人類(lèi)遠(yuǎn)離了飛行控制。這包括隨著飛機(jī)尺寸、速度和復(fù)雜度的提高而進(jìn)行的設(shè)計(jì)更改。還增加了桿和踏板等等。
在1914年的十多年里，勞倫斯·斯佩里使用他新發(fā)明的陀螺穩(wěn)定儀飛行。并在駕駛艙里舉起雙手，而他的助手站在機(jī)翼上。飛機(jī)是根據(jù)穩(wěn)定儀飛行的，而不是由人類(lèi)直接控制。隨著時(shí)間的推移，行業(yè)有了液壓系統(tǒng)，有了電傳飛行，有了光傳飛行，現(xiàn)在甚至有了電動(dòng)力。一切都是電氣化的，有了致動(dòng)器，而不是液壓系統(tǒng)，出現(xiàn)了遠(yuǎn)程無(wú)線電飛行。遠(yuǎn)程駕駛無(wú)線電飛行是很危險(xiǎn)的，還不成熟，飛機(jī)不是在干凈的電磁環(huán)境中飛行。
讓我們暫時(shí)回到斯佩里的穩(wěn)定器和飛行員與飛機(jī)互動(dòng)的其他變化。在所有這些飛機(jī)設(shè)計(jì)發(fā)展的同時(shí)，飛行員的體驗(yàn)也在發(fā)生變化。隨著時(shí)間的推移，飛行員很難看到飛機(jī)外部并通過(guò)視覺(jué)控制機(jī)翼。
所以，飛行員轉(zhuǎn)向了開(kāi)關(guān)和儀表，然后是按鈕，然后是主飛行顯示器（PFD）儀表，然后是平視顯示器，根本不需要向下看駕駛艙，現(xiàn)在飛行員轉(zhuǎn)向了屏幕觸摸PFD和頭盔顯示器。航空業(yè)正處于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的階段，離虛擬現(xiàn)實(shí)越來(lái)越近。一旦完全進(jìn)入虛擬現(xiàn)實(shí)，我們就不需要在飛機(jī)上。我們可以在地面上。航空業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商用飛機(jī)的自動(dòng)化飛行，除了物理啟動(dòng)的兩個(gè)過(guò)程外，不需要飛行員在這些飛機(jī)上進(jìn)行操作。
起飛和降落的啟動(dòng)可以由機(jī)組人員中的任何人通過(guò)遠(yuǎn)程控制或自動(dòng)系統(tǒng)本身完成，一旦獲得批準(zhǔn)，就像飛行員現(xiàn)在通過(guò)空中交通控制一樣。
研究表明，經(jīng)驗(yàn)豐富的飛行員可能擁有的技能在自動(dòng)化和增強(qiáng)程度更高的平臺(tái)上可能沒(méi)有用處，甚至是不需要的。eVTOL駕駛可能需要“忘記”和重新訓(xùn)練行為，以防止干擾或與自動(dòng)化運(yùn)行發(fā)生沖突。
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飛行員參與的風(fēng)險(xiǎn)
行業(yè)還必須考慮到，讓飛行員在廣泛自動(dòng)化的環(huán)境中工作可能是危險(xiǎn)的。
飛機(jī)運(yùn)行的可靠性必須非常非常高，目標(biāo)是使事故風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到十億分之一（小時(shí)），即在給定型號(hào)的所有飛機(jī)整個(gè)壽命內(nèi)都不會(huì)發(fā)生事故。波音777是一種極其安全的型號(hào)。2013年，一架777飛機(jī)在舊金山發(fā)生事故（造成兩人死亡），但這是由于飛行員失誤。正在訓(xùn)練的飛行員不接受機(jī)器的指導(dǎo)，也不接受機(jī)器對(duì)現(xiàn)實(shí)的描述。自動(dòng)駕駛儀關(guān)閉，進(jìn)近著陸時(shí)沒(méi)有足夠的速度。
事實(shí)上，Aptima通過(guò)美國(guó)空軍的一個(gè)研究項(xiàng)目對(duì)eVTOL飛行員培訓(xùn)進(jìn)行了檢查，該項(xiàng)目的早期結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)驗(yàn)豐富的飛行員可能擁有的技能在自動(dòng)化和增強(qiáng)程度更高的平臺(tái)上可能沒(méi)有用處，甚至是不需要的。
對(duì)飛行員來(lái)說(shuō)，eVTOL駕駛可能需要“忘記”和重新訓(xùn)練行為，以防止干擾或與自動(dòng)化操作發(fā)生沖突。經(jīng)驗(yàn)豐富的飛行員需要轉(zhuǎn)變心態(tài)，才能駕駛即將到來(lái)的高度自動(dòng)化eVTOL。有些人可能會(huì)受到“過(guò)度控制”本能的阻礙，需要學(xué)會(huì)信任eVTOL中的自動(dòng)化。
正如EASA所設(shè)想的，航空業(yè)正徘徊在飛行三個(gè)漸進(jìn)自動(dòng)化水平的第一和第二級(jí)水平。在第一級(jí)中，自動(dòng)化為人類(lèi)提供幫助。第二級(jí)是協(xié)作（這是大多數(shù)eVTOL上市后的操作），直到人工監(jiān)督的自動(dòng)化（商業(yè)客機(jī)），第三級(jí)是完全自主。在這個(gè)水平上，人類(lèi)無(wú)法干預(yù)人工智能對(duì)一個(gè)過(guò)程的控制，只能使其脫離。
城市空中交通只有在至少二級(jí)（如果不是三級(jí)的話）自動(dòng)化的情況下才能安全地大規(guī)模實(shí)現(xiàn)，這是一種很大程度的自動(dòng)化飛行。
總之，飛行自動(dòng)化有三個(gè)層次。一級(jí)是自動(dòng)化為人類(lèi)飛行員提供幫助。第二級(jí)是人工監(jiān)督的自動(dòng)化，這就是Wisk的eVTOL飛機(jī)的運(yùn)行方式，第三級(jí)是由人工智能控制的完全自主。
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展望未來(lái)
雖然很難確定行業(yè)將如何實(shí)現(xiàn)完全自主飛行，但我們?nèi)匀灰伎夹袠I(yè)的進(jìn)化過(guò)程。
人類(lèi)只能創(chuàng)建人類(lèi)能理解的軟件，人類(lèi)創(chuàng)建軟件的能力受到人類(lèi)認(rèn)知能力和局限性的限制。軟件開(kāi)發(fā)和突破也需要時(shí)間，并相互建立。然而，到目前為止，人工智能編寫(xiě)軟件的能力尚未主要探索，可能在飛行和其他過(guò)程的自動(dòng)化中發(fā)揮重要作用。
人工智能用于駕駛飛機(jī)非常狹窄的能力，稱(chēng)為機(jī)器學(xué)習(xí)，很久以前就超過(guò)了人類(lèi)水平的飛行能力。
但是，我們還不能證明這種能力是安全的。
正如ASTM F3269文件所述，任何整機(jī)的安全操作核心都包括通過(guò)‘實(shí)時(shí)保證’來(lái)降低復(fù)雜功能的風(fēng)險(xiǎn)。有一個(gè)復(fù)雜的功能，如飛機(jī)起飛、功能控制器、控制器輸出的實(shí)時(shí)監(jiān)控，然后在功能未交付或整機(jī)保持狀態(tài)，其會(huì)離開(kāi)高度、速度、與其他飛機(jī)的接近度等安全范圍。這對(duì)于戰(zhàn)斗機(jī)中可能失去意識(shí)的人類(lèi)飛行員來(lái)說(shuō)已經(jīng)存在了。因此，行業(yè)已經(jīng)在針對(duì)人類(lèi)使用這個(gè)框架來(lái)確保運(yùn)行安全，但需要將其應(yīng)用于人工智能。
這是否意味著我們將需要兩個(gè)人工智能實(shí)體——一個(gè)操作飛機(jī)，一個(gè)監(jiān)督飛機(jī)？一個(gè)負(fù)責(zé)空中交通管制，另一個(gè)負(fù)責(zé)監(jiān)督？
我們必須想出一個(gè)新的模式。
預(yù)計(jì)到2024年，SAE將提交一份指導(dǎo)文件ARP6983，其中將包括如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化飛行的新范式。他不確定這種模式會(huì)帶來(lái)什么，并表示有很多人工智能工具，但沒(méi)有人相信其中任何一套都能提供所需的安全水平。一些方向正在探索中，行業(yè)很可能會(huì)看到一系列相關(guān)工具。
