Intel pune pe primul satelit cu AI la bord

La fel de ubicuu cum a devenit inteligența artificială în viața modernă — de la îmbunătățirea înțelegerii noastre a cosmosului până la afișarea de videoclipuri amuzante pe telefon — AI nu și-a găsit încă locul în orbită.

Acest lucru s-a schimbat pe 2 septembrie, când un satelit experimental de dimensiunea unei cutii de cereale a fost ejectat dintr-un dispenser de rachetă împreună cu alte 45 de sateliți de dimensiuni similare. Satelitul, numit PhiSat-1, se află acum în orbită sincronă cu Soarele, la o viteză de peste 17.000 de mile pe oră (27.500 de kilometri pe oră), la o altitudine de aproximativ 329 de mile (530 de kilometri) deasupra Pământului.

PhiSat-1 conține o nouă cameră hiperspectral-termică și un procesor de inteligență artificială pe bord, datorită unității de procesare a viziunii Intel (INTC ) ® Movidius™ Myriad™ 2 — același cip care se află în multe camere inteligente și chiar într-un dronă de selfie de 99 de dolari de pe Pământ. PhiSat-1 este de fapt unul dintre două sateliți care fac parte dintr-o misiune de monitorizare a ghețarilor polari și a umidității solului, precum și de testare a sistemelor de comunicare între sateliți, în vederea creării unei rețele viitoare de sateliți federați.

Prima problemă pe care Myriad 2 o ajută să o rezolve? Cum să gestioneze cantitatea mare de date generate de camere de înaltă fidelitate, cum ar fi cea de pe PhiSat-1. “Capacitatea senzorilor de a produce date crește de o sută de ori la fiecare generație, în timp ce capacitățile noastre de a descărca date cresc, dar doar de trei, patru, cinci ori la fiecare generație”, spune Gianluca Furano, liderul sistemelor de date și al calculului pe bord la Agenția Spațială Europeană, care a condus efortul de colaborare din spatele PhiSat-1.

În același timp, aproximativ două treimi din suprafața Pământului este acoperită de nori la un moment dat. Acest lucru înseamnă că o cantitate mare de imagini inutile cu nori sunt capturate, salvate, trimise pe liniile de legătură cu Pământul, salvate din nou, examinate de un om de știință (sau de un algoritm) pe un computer ore sau zile mai târziu — doar pentru a fi șterse.

“Și inteligența artificială de la margine ne-a venit în ajutor, ca o cavalerie într-un film western”, spune Furano. Ideea pe care echipa a adunat-o a fost să utilizeze procesarea pe bord pentru a identifica și a elimina imaginile cu nori — astfel salvând aproximativ 30% din lățimea de bandă.

“Spațiul este marginea supremă”, spune Aubrey Dunne, directorul tehnic al Ubotica. Start-up-ul irlandez a construit și testat tehnologia de inteligență artificială a PhiSat-1, lucrând în strânsă colaborare cu cosine, producătorul camerei, precum și cu Universitatea din Pisa și Singergise pentru a dezvolta soluția completă. “Myriad a fost proiectat de la zero pentru a avea o capacitate de calcul impresionantă, dar într-un ambalaj de putere foarte mic, ceea ce se potrivește foarte bine aplicațiilor spațiale”.

Myriad 2, cu toate acestea, nu a fost destinat pentru orbită. Calculatoarele spațiale utilizează de obicei cipuri “întărite împotriva radiațiilor” care pot fi “cu până la două decenii în urma tehnologiei comerciale de ultimă generație”, explică Dunne. Și inteligența artificială nu a fost pe meniu.

Așa că Dunne și echipa Ubotica au efectuat “caracterizarea radiației”, supunând cipul Myriad unor teste pentru a determina cum să gestioneze orice erori sau uzură rezultate.

ESA “nu a testat niciodată un cip de această complexitate pentru radiații”, spune Furano. “Eram îndoielnici că am putea testa corect … am trebuit să scriem manualul pentru a efectua un test și o caracterizare cuprinzătoare pentru acest cip de la zero”.

Primul test, 36 de ore consecutive de radiații la CERN în 2018, “a fost o situație de mare presiune”, spune Dunne. Dar acel test și următoarele două “s-au dovedit a fi norocoase pentru noi”. Myriad 2 a trecut testul în forma sa standard, fără modificări necesare.

Brusc, acest cip de calculator de înaltă performanță și consum redus de energie a fost gata să iasă dincolo de atmosfera Pământului. Da! Dar acum a apărut o altă provocare.

De obicei, algoritmii de inteligență artificială sunt construiți, sau “antrenați”, utilizând cantități mari de date pentru a “învăța” — în acest caz, ce este un nor și ce nu este. Dar, având în vedere că camera a fost atât de nouă, “nu aveam date”, spune Furano. “Am trebuit să antrenăm aplicația noastră pe date sintetice extrase din misiuni existente”.

Toate aceste integrări de sistem și software, precum și testele, cu implicarea a aproximativ o jumătate de duzină de organizații din Europa, au durat patru luni pentru a fi finalizate. “Am fost foarte mândri că am putut fi atât de rapizi și de flexibili, pentru a pune totul la bord într-un timp atât de scurt”, spune Max Pastena, ofițerul PhiSat de la ESA. În ceea ce privește dezvoltarea spațială, cronologia “este un miracol”, adaugă Furano.

“Intel ne-a oferit sprijinul necesar pentru dispozitivul Myriad atunci când am avut nevoie, pentru a permite PhiSat-1 să utilizeze inteligența noastră artificială cu tehnologia CVAI”, spune Dunne. “Acest lucru este foarte apreciat”.

Nefericit, o serie de evenimente nelegate — întârzieri cu racheta, pandemia de coronavirus și vânturi nefavorabile de vară — au însemnat că echipele au trebuit să aștepte mai mult de un an pentru a afla dacă PhiSat-1 va funcționa în orbită așa cum a fost planificat.

Lansarea din 2 septembrie de la Guiana Franceză — o cursă de satelit de tip “ride-share” fără precedent, realizată de Arianespace — a decurs rapid și fără probleme. Pentru verificarea inițială, satelitul a salvat toate imaginile și a înregistrat decizia de detectare a norilor pentru fiecare, astfel încât echipa de pe Pământ să poată verifica că “creierul” implantat se comportă așa cum se așteptau.

După o perioadă de trei săptămâni de așteptare, Pastena a putut proclama: “Am intrat în istoria spațiului”.

ESA a anunțat că echipa comună a fost “fericită să reveleze prima inferență de inteligență artificială cu accelerare hardware a imaginilor de observare a Pământului pe un satelit în orbită”.

Prin trimiterea numai a pixelilor utili, satelitul va “îmbunătăți utilizarea benzii de frecvență și va reduce semnificativ costurile agregate de legătură în jos” — și, desigur, va salva timpul oamenilor de știință de pe Pământ.

Privind spre viitor, utilizările pentru sateliți mici și ieftini, îmbunătățiți cu inteligență artificială, sunt innumerate — în special atunci când se adaugă capacitatea de a rula multiple aplicații.

“În loc să avem hardware dedicat într-un satelit care face o singură lucrare, este posibil să schimbăm rețelele și să le introducem sau să le scoatem”, spune Jonathan Byrne, șeful biroului de tehnologie Intel Movidius. Dunne numește acest lucru “satelit ca serviciu”.

Să considerăm: Când zburăm peste zone predispuse la incendii de pădure, un satelit poate detecta incendii și poate anunța respondenții locali în minute, nu ore. Deasupra oceanelor, care sunt de obicei ignorate, un satelit poate detecta nave rătăcite sau accidente ecologice. Deasupra pădurilor și fermelor, un satelit poate urmări umiditatea solului și creșterea culturilor. Deasupra ghețarilor, poate urmări grosimea și topirea pentru a ajuta la monitorizarea schimbărilor climatice.

Multe dintre aceste posibilități vor fi testate în curând: ESA și Ubotica lucrează împreună la PhiSat-2, care va transporta un alt Myriad 2 în orbită. PhiSat-2 va fi “capabil să ruleze aplicații de inteligență artificială care pot fi dezvoltate, instalate ușor, validate și operate pe satelit în timpul zborului, utilizând o interfață de utilizator simplă”.

Pentru Intel, este un market de volum scăzut, dar impactul potențial este incontestabil. Așa cum spune Pastena, putem înțelege în cele din urmă “pulsul planetei noastre”.