Intel Memasok Satelit Pertama dengan AI di Atas Kapal

Sebagaimana luas penggunaan kecerdasan buatan dalam kehidupan modern — dari meningkatkan pemahaman kita tentang kosmos hingga menampilkan video hiburan di ponsel Anda — AI belum menemukan jalannya ke orbit.

Itu sampai 2 September, ketika satelit eksperimental seukuran kotak sereal dikeluarkan dari dispenser roket bersama dengan 45 satelit lainnya yang berukuran sama. Satelit, yang dinamai PhiSat-1, sekarang meluncur pada kecepatan lebih dari 17.000 mph (27.500 km/jam) di orbit sinkron matahari sekitar 329 mil (530 km) di atas.

PhiSat-1 mengandung kamera hiperspektral-thermal baru dan pemrosesan AI onboard berkat Intel (INTC ) ® Movidius™ Myriad™ 2 Vision Processing Unit (VPU) — chip yang sama di dalam banyak kamera pintar dan bahkan drone selfie seharga $99 di Bumi. PhiSat-1 sebenarnya adalah salah satu dari pasangan satelit dalam misi untuk memantau es kutub dan kelembaban tanah, sambil juga menguji sistem komunikasi antar satelit untuk menciptakan jaringan satelit federasi di masa depan.

Masalah pertama yang Myriad 2 bantu pecahkan? Bagaimana menangani sejumlah besar data yang dihasilkan oleh kamera berfidelitas tinggi seperti yang ada di PhiSat-1. “Kemampuan sensor untuk menghasilkan data meningkat sebesar 100 kali lipat setiap generasi, sementara kemampuan kita untuk mengunduh data meningkat, tetapi hanya sebesar tiga, empat, lima kali lipat per generasi,” kata Gianluca Furano, pemimpin sistem data dan komputasi onboard di Badan Antariksa Eropa, yang memimpin upaya kolaboratif di balik PhiSat-1.

Pada saat yang sama, sekitar dua pertiga dari permukaan Bumi ditutupi oleh awan pada waktu tertentu. Itu berarti sejumlah besar gambar awan yang tidak berguna biasanya ditangkap, disimpan, dikirim melalui bandwidth downlink yang berharga ke Bumi, disimpan lagi, diperiksa oleh seorang ilmuwan (atau algoritma) di komputer beberapa jam atau hari kemudian — hanya untuk dihapus.

“Dan kecerdasan buatan di ujung jaringan datang untuk menyelamatkan kita, kavaleri di film Barat,” kata Furano. Ide yang dikembangkan tim adalah menggunakan pemrosesan onboard untuk mengidentifikasi dan membuang gambar berawan — sehingga menghemat sekitar 30% bandwidth.

“Antariksa adalah ujung jaringan yang sebenarnya,” kata Aubrey Dunne, chief technology officer of Ubotica. Perusahaan rintisan Irlandia ini membangun dan menguji teknologi AI PhiSat-1, bekerja sama dengan cosine, pembuat kamera, serta Universitas Pisa dan Singergise untuk mengembangkan solusi lengkap. “Myriad benar-benar dirancang dari awal untuk memiliki kemampuan komputasi yang mengesankan tetapi dalam amplop daya yang sangat rendah, dan itu sangat sesuai dengan aplikasi antariksa.”

Myriad 2, bagaimanapun, tidak dirancang untuk orbit. Komputer satelit biasanya menggunakan chip “radiasi-keras” yang sangat khusus yang dapat “berada dua dekade di belakang teknologi komersial mutakhir,” menjelaskan Dunne. Dan AI belum pernah ada di menu.

Jadi Dunne dan tim Ubotica melakukan “karakterisasi radiasi,” melewati chip Myriad melalui serangkaian tes untuk mengetahui bagaimana menangani kesalahan atau keausan yang dihasilkan.

ESA “tidak pernah menguji chip sekompleks ini untuk radiasi,” kata Furano. “Kami meragukan apakah kami bisa mengujinya dengan benar … kami harus menulis buku pegangan tentang bagaimana melakukan pengujian dan karakterisasi menyeluruh untuk chip ini dari awal.”

Pengujian pertama, 36 jam berturut-turut sinar radiasi di CERN pada akhir 2018, “adalah situasi tekanan yang sangat tinggi,” kata Dunne. Tetapi pengujian itu dan dua pengujian berikutnya “berhasil dengan baik bagi kita.” Myriad 2 lulus dalam bentuk off-the-shelf, tanpa modifikasi yang diperlukan.

Tiba-tiba komputer visi berkinerja tinggi dan rendah daya ini siap untuk melangkah melampaui atmosfer Bumi. Ya! Tetapi sekarang muncul tantangan lain.

Biasanya, algoritma AI dibangun, atau “dilatih,” menggunakan sejumlah besar data untuk “belajar” — dalam hal ini, apa itu awan dan apa bukan awan. Tetapi karena kamera sangat baru, “kita tidak memiliki data,” kata Furano. “Kita harus melatih aplikasi kita pada data sintetis yang diambil dari misi yang ada.”

Semua integrasi sistem dan perangkat lunak ini, serta pengujian, dengan keterlibatan setengah lusin organisasi yang berbeda di seluruh Eropa, membutuhkan waktu empat bulan untuk diselesaikan. “Kami sangat bangga bisa begitu cepat dan fleksibel, untuk memasang semua ini di atas dalam waktu yang singkat,” kata Max Pastena, petugas PhiSat di ESA. Sejauh pengembangan satelit, timeline “adalah keajaiban,” tambah Furano.

“Intel telah memberikan kami dukungan latar belakang pada perangkat Myriad ketika kami membutuhkannya, untuk memungkinkan PhiSat-1 menggunakan teknologi CVAI kami,” kata Dunne. “Itu sangat dihargai.”

Sayangnya, serangkaian peristiwa yang tidak terkait — penundaan roket, pandemi coronavirus, dan angin musim panas yang tidak bersahabat — berarti tim harus menunggu lebih dari setahun untuk mengetahui apakah PhiSat-1 akan berfungsi di orbit seperti yang direncanakan.

Peluncuran 2 September dari Guyana Prancis — sebuah peluncuran satelit bersama pertama kali yang dijalankan oleh Arianespace — berlangsung cepat dan tanpa masalah. Untuk verifikasi awal, satelit menyimpan semua gambar dan merekam keputusan deteksi awan AI untuk setiap gambar, sehingga tim di darat bisa memverifikasi bahwa “otak” yang ditanamkan berfungsi seperti yang diharapkan.

Setelah tiga minggu berlalu, Pastena dapat menyatakan: “Kami baru saja memasuki sejarah antariksa.”

ESA mengumumkan bahwa tim gabungan “gembira mengungkapkan inferensi AI pertama yang dipercepat perangkat keras dari gambar pengamatan Bumi di satelit yang berada di orbit.”

Dengan hanya mengirimkan piksel yang berguna, satelit sekarang akan “memperbaiki utiliasi bandwidth dan mengurangi biaya downlink agregat secara signifikan” — tidak hanya menyelamatkan waktu ilmuwan di darat.

Menatap ke depan, penggunaan satelit kecil yang ditingkatkan dengan AI yang rendah biaya tak terhitung — terutama ketika Anda menambahkan kemampuan untuk menjalankan beberapa aplikasi.

“Bukannya memiliki perangkat keras khusus di satelit yang melakukan satu hal, memungkinkan untuk beralih antara jaringan,” kata Jonathan Byrne, kepala kantor teknologi Intel Movidius. Dunne menyebut ini “satelit-sebagai-layanan.”

Pertimbangkan: Ketika terbang di atas daerah yang rawan kebakaran, satelit dapat mendeteksi kebakaran dan memberitahu responden setempat dalam hitungan menit bukan jam. Di atas lautan, yang biasanya diabaikan, satelit dapat mendeteksi kapal atau kecelakaan lingkungan. Di atas hutan dan pertanian, satelit dapat melacak kelembaban tanah dan pertumbuhan tanaman. Di atas es, dapat melacak ketebalan dan kolam leleh untuk membantu memantau perubahan iklim.

Banyak kemungkinan ini akan segera diuji: ESA dan Ubotica bekerja sama pada PhiSat-2, yang akan membawa Myriad 2 lain ke orbit. PhiSat-2 akan “mampu menjalankan aplikasi AI yang dapat dikembangkan, dipasang, divalidasi, dan dioperasikan di pesawat ruang angkasa selama penerbangan menggunakan antarmuka pengguna yang sederhana.”

Bagi Intel, ini adalah pasar volume rendah, tetapi dampak potensialnya tidak diragukan. Seperti yang dikatakan Pastena, kita dapat memahami “denyut nadi planet kita.”