Prof. Lidia Ogiela o kognitywnych komputerach przyszłości

Czy komputer może nie tylko zobaczyć i rozpoznać obraz, ale także zrozumieć jego znaczenie? Czy system zabezpieczeń może uwzględniać nie tylko hasło, lecz również sposób, w jaki człowiek rozpoznaje wzorce? Na takich pytaniach koncentrują się badania prof. Lidii Ogieli z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie

W 2025 r. jako pierwsza Polka otrzymała międzynarodowe wyróżnienie N2Women Stars in Computer Networking and Communications, przyznawane przez ACM, IEEE oraz U.S. National Science Foundation. Nagroda trafia do wybitnych badaczek, które osiągnęły niezwykle wysoki poziom naukowy, tzw. doskonałość naukową, i w swoich badaniach wyznaczają nowe kierunki w obszarze sieci komputerowych i technologii informacyjnych. W przypadku prof. Ogieli chodzi o rozwój metod klasyfikacji wzorców obrazowych kognitywnymi metodami AI i technikami inspirowanymi biologiczne oraz algorytmami percepcji komputerowej, stosowanymi w sieciach komputerowych, a szczególnie o systemy zdolne naśladować ludzkie procesy rozumienia.

Głównym nurtem jej badań jest informatyka kognitywna. Celem jest odejście od modelu komputera jako narzędzia wyłącznie obliczeniowego na rzecz systemów, które potrafią uchwycić znaczenie analizowanych danych. – Jeżeli jesteśmy w stanie przenieść na komputerową analizę te aspekty, które są charakterystyczne dla nas ludzi – czyli procesy poznawcze, decyzyjne, analizę, interpretację i wnioskowanie – wówczas mówimy o analizie kognitywnej – wyjaśnia prof. Ogiela. Chodzi o próbę odwzorowania w maszynie tego, co człowiek robi niemal automatycznie, na przykład patrzy na obraz, rozpoznaje przedmiot i rozumie jego znaczenie.

Początkowo  badania koncentrowały się na obrazach medycznych i wspieraniu procesu diagnostycznego w analizie danych medycznych przez lekarzy. Z czasem okazało się jednak, że to podejście ma znacznie szersze zastosowanie. – Moje badania rozpoczęły się od informatyki kognitywnej i znaczeniowej analizy oraz interpretacji danych, ale są one stale rozwijane i rozszerzane na nowe obszary – podkreśla badaczka.

Bezpieczeństwo danych oparte na  wzorcach poznawczych 

Jednym z najbardziej obiecujących kierunków okazało się połączenie informatyki kognitywnej z systemami ochrony i zabezpieczania danych poprzez zastosowanie tzw. kryptograficznych schematów progowych. W nowoczesnych algorytmach kryptograficznych informacje chronione są często dzielone na pewne części zwane „udziałami” i rozdzielane między zaufanych uczestników protokołu (osoby lub urządzenia). Ich odtworzenie wymaga zebrania określonej liczby udziałów.

Prof. Ogiela proponuje, aby każdy udział wzbogacić o dodatkowe cechy personalne lub określone na podstawie analizy znaczeniowej. – W protokołach współdzielenia danych możemy każdemu udziałowi oraz każdemu uczestnikowi przypisać indywidualne cechy oparte na analizie znaczeniowej. Wówczas zarówno proces dystrybucji, jak i odtworzenia sekretu może być znakowany dodatkowymi informacjami interpretacyjnymi – wyjaśnia.

W praktyce oznacza to rozszerzenie klasycznych zabezpieczeń kryptograficznych o dodatkową warstwę semantyczną. W świecie rosnących zagrożeń cybernetycznych takie podejście może zwiększyć odporność infrastruktury krytycznej, systemów finansowych oraz technologii wykorzystywanych w obronności. – W obszarze cyberbezpieczeństwa i obronności te kwestie są szczególnie istotne – zaznacza badaczka.

CAPTCHA, która testuje zdolność rozumienia

Jednym z najbardziej obrazowych przykładów prowadzonych badań jest rozwój nowych typów CAPTCHA – testów sprawdzających, czy po drugiej stronie ekranu znajduje się człowiek czy boot komputerowy.

W przypadku CAPTCHA obrazowego użytkownik musi wskazać określony obiekt, jednoznacznie pasujący do określonego wzorca. W wersji kognitywnej poziom trudności może zależeć od poziomu interpretacji wymaganego do rozpoznania właściwego wzorca. System analizuje nie tylko poprawność odpowiedzi, lecz także sposób interpretacji.

Jedną z proponowanych koncepcji jest CAPTCHA iluzoryczna. CAPTCHA iluzoryczna wykorzystuje iluzje wizualne do tworzenia obrazów, na podstawie których wywołuje określone skojarzenia, a ich właściwe rozpoznanie sprawia, że użytkownik CAPTCHA jest w stanie prawidłowo zweryfikować poszczególne sekwencje, czego nie będzie w stanie uczynić boot komputerowy. Iluzoryczna CAPTCHA jest zatem tworem powstałym na podstawie wiedzy dotyczącej danego zjawiska, sytuacji, obrazu, cechy etc., nie jest natomiast tworem obrazującym rzeczywistość. Użytkownik musi odróżnić obiekt rzeczywisty od wygenerowanego przez sztuczną inteligencję. Test sprawdza nie tylko spostrzegawczość, lecz zdolność interpretacji znaczenia. W odniesieniu do kognitywnych protokołów bezpieczeństwa CAPTCHA iluzoryczna daje duże możliwości stosowania rozwiązań opartych o znaczeniową interpretację danych.

Iluzja będąca podstawą tego rodzaju CAPTCHA zmierza do wywołania określonych skojarzeń nie zawsze zgodnych z oczekiwaniami. Jest to zatem rozwiązanie, które bez analizy znaczeniowej nie daje pewności prawidłowego rozwiązania zadania.

CAPTCHA iluzoryczna może być tworzona w oparciu o różne poziomy wiedzy, począwszy od wiedzy podstawowej, przez specjalistyczną, aż do poziomu wiedzy eksperckiej. Przykładem CAPTCHA iluzorycznej jest obraz bazowy i iluzja, która w wyniku prawidłowego rozpoznania CAPTCHA powinna zostać skojarzona z obrazem bazowym. 

W epoce generatywnej sztucznej inteligencji, zdolnej tworzyć coraz bardziej realistyczne obrazy, takie rozwiązania mogą stać się ważnym elementem ochrony przed automatycznymi atakami, manipulacją i dezinformacją.

Nauka jako inwestycja w przyszłość

Dorobek prof. Ogieli obejmuje ponad 290 publikacji naukowych oraz sześć monografii. Od 2019 r. znajduje się w gronie 2 proc. najczęściej cytowanych naukowców na świecie. W 2022 r. została pierwszą kobietą w Krakowie, która uzyskała tytuł profesora w dyscyplinie informatyka.

Zapytana, dlaczego warto pozostać w nauce mimo bardziej atrakcyjnych finansowo ofert sektora prywatnego, odpowiada jednoznacznie: – Nauka stanowi fundament tego, co nas otacza dziś i co będzie kształtować przyszłość. Rozwijając podstawy naukowe, tworzymy rozwiązania, które dopiero wówczas mogą zostać przeniesione do praktycznych zastosowań. Jest to zatem fundament, na którym budujemy naszą przyszłość.

• aktualności
• Nauki techniczne
• popularyzacja