Intel alimente le premier satellite avec l’IA à bord

Aussi omniprésente que l’intelligence artificielle soit devenue dans la vie moderne — depuis l’amélioration de notre compréhension de l’univers jusqu’à la mise en avant de vidéos divertissantes sur votre téléphone — l’IA n’a pas encore trouvé son chemin dans l’orbite.

C’est-à-dire jusqu’au 2 septembre, lorsque un satellite expérimental de la taille d’une boîte de céréales a été éjecté d’un lanceur avec 45 autres satellites de taille similaire. Le satellite, nommé PhiSat-1, vole maintenant à plus de 17 000 milles par heure (27 500 km/h) en orbite héliosynchrone à environ 329 miles (530 km) au-dessus de la Terre.

PhiSat-1 contient une nouvelle caméra hyperspectrale-thermique et un traitement d’IA embarqué grâce à l’unité de traitement de vision Intel (INTC ) ® Movidius™ Myriad™ 2 (VPU) — le même circuit intégré que l’on trouve dans de nombreuses caméras intelligentes et même un drone de selfie à 99 $ ici sur Terre. PhiSat-1 fait en réalité partie d’une paire de satellites sur une mission pour surveiller la glace polaire et l’humidité du sol, tout en testant les systèmes de communication intersatellites afin de créer un réseau futur de satellites fédérés.

Le premier problème que le Myriad 2 aide à résoudre ? Comment gérer la grande quantité de données générées par des caméras haute fidélité comme celle de PhiSat-1. « La capacité que les capteurs ont à produire des données augmente d’un facteur 100 chaque génération, tandis que nos capacités à télécharger des données augmentent, mais seulement d’un facteur trois, quatre, cinq par génération », déclare Gianluca Furano, responsable des systèmes de données et de l’informatique embarquée à l’Agence spatiale européenne, qui a mené l’effort collaboratif derrière PhiSat-1.

En même temps, environ deux tiers de la surface de notre planète sont couverts de nuages à tout moment. Cela signifie que de nombreuses images inutiles de nuages sont généralement capturées, enregistrées, transmises sur la bande passante de téléchargement précieuse vers la Terre, enregistrées à nouveau, examinées par un scientifique (ou un algorithme) sur un ordinateur des heures ou des jours plus tard — pour être supprimées.

« Et l’intelligence artificielle au bord est venue nous sauver, les cavaliers dans le film western », déclare Furano. L’idée que l’équipe s’est ralliée était d’utiliser le traitement embarqué pour identifier et éliminer les images nuageuses — économisant ainsi environ 30 % de la bande passante.

« L’espace est le bord ultime », déclare Aubrey Dunne, directeur technique d’Ubotica. Le startup irlandais a construit et testé la technologie d’IA de PhiSat-1, travaillant en étroite collaboration avec cosine, fabricant de la caméra, ainsi qu’avec l’Université de Pise et Sinergise pour développer la solution complète. « Le Myriad a été absolument conçu dès le départ pour avoir une capacité de calcul impressionnante, mais dans une enveloppe de puissance très faible, et cela convient vraiment aux applications spatiales ».

Le Myriad 2, cependant, n’était pas destiné à l’orbite. Les ordinateurs de bord des engins spatiaux utilisent généralement des puces très spécialisées « durcies aux radiations » qui peuvent être « jusqu’à deux décennies en retard par rapport à la technologie commerciale de pointe », explique Dunne. Et l’IA n’a pas été au menu.

Dunne et l’équipe d’Ubotica ont donc effectué une « caractérisation des radiations », en soumettant la puce Myriad à une série de tests pour déterminer comment gérer les erreurs ou l’usure résultantes.

L’Agence spatiale européenne « n’avait jamais testé un circuit de cette complexité pour les radiations », déclare Furano. « Nous avions des doutes sur notre capacité à le tester correctement… nous avons dû écrire le manuel sur la façon de réaliser un test et une caractérisation complète pour cette puce à partir de zéro ».

Le premier test, 36 heures consécutives de bombardement par un faisceau de radiation au CERN à la fin de 2018, « était une situation de haute pression », déclare Dunne. Mais ce test et deux suivants « se sont heureusement bien déroulés pour nous ». Le Myriad 2 a réussi en forme standard, sans modifications nécessaires.

Soudain, ce circuit de vision informatique à faible puissance et à haute performance était prêt à s’aventurer au-delà de l’atmosphère terrestre. Oui ! Mais voici un autre défi.

Typiquement, les algorithmes d’IA sont construits, ou « formés », en utilisant de grandes quantités de données pour « apprendre » — dans ce cas, ce qu’est un nuage et ce qui ne l’est pas. Mais étant donné que la caméra était si nouvelle, « nous n’avions aucune donnée », déclare Furano. « Nous avons dû former notre application sur des données synthétiques extraites de missions existantes ».

Toute cette intégration de systèmes et de logiciels, ainsi que les tests, avec la participation d’une demi-douzaine d’organisations différentes à travers l’Europe, ont pris quatre mois à compléter. « Nous étions très fiers de pouvoir être si rapides et si flexibles, pour mettre tout cela à bord en si peu de temps », déclare Max Pastena, responsable de PhiSat à l’Agence spatiale européenne. En ce qui concerne le développement d’engins spatiaux, le calendrier « est un miracle », ajoute Furano.

« Intel nous a apporté un soutien de fond sur l’appareil Myriad lorsque nous en avions besoin, pour permettre à PhiSat-1 d’utiliser notre technologie CVAI », déclare Dunne. « C’est très apprécié ».

Malheureusement, une série d’événements sans rapport — des retards avec le lanceur, la pandémie de coronavirus et des vents d’été défavorables — ont signifié que les équipes ont dû attendre plus d’un an pour savoir si PhiSat-1 fonctionnerait en orbite comme prévu.

Le lancement du 2 septembre depuis la Guyane française — un partage de vol de satellite sans précédent réalisé par Arianespace — s’est déroulé rapidement et sans problème. Pour la vérification initiale, le satellite a enregistré toutes les images et a enregistré sa décision de détection de nuages pour chacune, afin que l’équipe au sol puisse vérifier que son cerveau greffé se comportait comme prévu.

Après trois semaines d’attente, Pastena a pu proclamer : « Nous venons d’entrer dans l’histoire de l’espace ».

L’Agence spatiale européenne a annoncé que l’équipe conjointe était « heureuse de révéler la première inférence matérielle d’IA d’images d’observation de la Terre sur un satellite en orbite ».

En ne transmettant que les pixels utiles, le satellite améliorera désormais « l’utilisation de la bande passante et réduira considérablement les coûts de téléchargement agrégés » — sans oublier de gagner du temps pour les scientifiques au sol.

En regardant vers l’avenir, les utilisations de satellites miniatures à faible coût et améliorés par l’IA sont innombrables — en particulier lorsqu’on ajoute la possibilité d’exécuter plusieurs applications.

« Plutôt que d’avoir un matériel dédié dans un satellite qui fait une chose, il est possible de basculer entre les réseaux », déclare Jonathan Byrne, responsable du bureau de technologie Intel Movidius. Dunne appelle cela « satellite en tant que service ».

Considérez : Lorsque vous survolez des zones sujettes aux incendies de forêt, un satellite peut détecter des incendies et avertir les intervenants locaux en quelques minutes plutôt qu’en quelques heures. Au-dessus des océans, qui sont généralement ignorés, un satellite peut détecter des navires ou des accidents environnementaux. Au-dessus des forêts et des fermes, un satellite peut suivre l’humidité du sol et la croissance des cultures. Au-dessus de la glace, il peut suivre l’épaisseur et les étangs de fonte pour aider à surveiller le changement climatique.

Beaucoup de ces possibilités seront bientôt testées : l’Agence spatiale européenne et Ubotica travaillent ensemble sur PhiSat-2, qui transportera un autre Myriad 2 en orbite. PhiSat-2 sera « capable d’exécuter des applications d’IA qui peuvent être développées, installées, validées et exploitées sur l’engin spatial pendant leur vol en utilisant une interface utilisateur simple ».

Pour Intel, c’est un marché à faible volume, mais l’impact potentiel est indiscutable. Comme le dit Pastena, nous pouvons finalement comprendre « le pouls de notre planète ».