Интел обеспечивает работу первого спутника с искусственным интеллектом на борту

Искусственный интеллект стал неотъемлемой частью современной жизни — от улучшения нашего понимания космоса до подачи развлекательных видеороликов на ваш телефон — но пока еще не нашел своего места на орбите.

До 2 сентября, когда экспериментальный спутник размером с коробку для хлопьев был выброшен из диспенсера ракеты вместе с 45 другими спутниками аналогичного размера. Спутник, названный PhiSat-1, теперь летит со скоростью более 17 000 миль в час (27 500 км/ч) на солнечно-синхронной орбите на высоте 329 миль (530 км).

PhiSat-1 содержит новую гиперспектральную-термальную камеру и систему обработки искусственного интеллекта на борту благодаря Intel (INTC ) ® Movidius™ Myriad™ 2 Vision Processing Unit (VPU) — той же микросхеме, которая используется во многих умных камерах и даже в беспилотнике за 99 долларов здесь на Земле. PhiSat-1 на самом деле является одним из пары спутников на миссии по мониторингу полярного льда и влажности почвы, а также тестированию систем межспутниковой связи для создания будущей сети федеративных спутников.

Первая проблема, которую помогает решить Myriad 2, заключается в том, как справиться с большим объемом данных, генерируемых высококачественными камерами, такими как та, что установлена на PhiSat-1. «Способность датчиков производить данные увеличивается в 100 раз с каждым поколением, в то время как наши возможности для скачивания данных увеличиваются, но только в 3-5 раз с каждым поколением», — говорит Джанлука Фурано, руководитель системы данных и вычислений на борту Европейского космического агентства, которое возглавило совместные усилия по созданию PhiSat-1.

В то же время примерно две трети поверхности нашей планеты покрыты облаками в любой момент времени. Это означает, что обычно делается много бесполезных снимков облаков, которые сохраняются, отправляются по дорогой спутниковой связи на Землю, сохраняются снова, просматриваются ученым (или алгоритмом) на компьютере через несколько часов или дней — только чтобы быть удаленными.

«И искусственный интеллект на краю пришел нам на помощь, как кавалерия в вестерне», — говорит Фурано. Идея, которую команда поддержала, заключалась в использовании обработки на борту для выявления и удаления облачных изображений — тем самым экономя около 30% полосы пропускания.

«Космос — это конечная точка», — говорит Обри Данн, технический директор Ubotica. Ирландский стартап разработал и протестировал технологию искусственного интеллекта PhiSat-1, работая в тесном сотрудничестве с Cosine, производителем камеры, а также с Университетом Пизы и Sinergise для разработки полного решения. «Myriad был абсолютно разработан с нуля для того, чтобы иметь впечатляющую вычислительную мощность, но в очень низком энергопотреблении, и это действительно подходит для космических приложений».

Однако Myriad 2 не был предназначен для орбиты. Компьютеры космических кораблей обычно используют очень специализированные «радиационно-устойчивые» микросхемы, которые могут быть «на два десятилетия отстать от современных коммерческих технологий», объясняет Данн. И искусственный интеллект не был в меню.

Итак, Данн и команда Ubotica провели «радиационную характеристику», подвергнув микросхему Myriad серии тестов, чтобы выяснить, как справиться с любыми возникающими ошибками или износом.

Европейское космическое агентство «никогда не тестило микросхему такой сложности на радиацию», — говорит Фурано. «У нас были сомнения, сможем ли мы правильно протестировать ее … нам пришлось написать руководство по проведению комплексного теста и характеристике этой микросхемы с нуля».

Первый тест, 36 часов непрерывного облучения в ЦЕРН в конце 2018 года, «был очень напряженной ситуацией», — говорит Данн. Но этот тест и два последующих «к счастью, прошли хорошо для нас». Myriad 2 прошел в неизменном виде, без необходимости каких-либо модификаций.

Внезапно эта низкопотребляющая, высокопроизводительная микросхема компьютерного зрения была готова отправиться за пределы атмосферы Земли. Да! Но теперь возникла еще одна проблема.

Обычно алгоритмы искусственного интеллекта разрабатываются, или «обучаются», с использованием больших объемов данных для «обучения» — в данном случае, для определения того, что такое облако, а что нет. Но поскольку камера была такой новой, «у нас не было никаких данных», — говорит Фурано. «Нам пришлось обучить наше приложение на синтетических данных, извлеченных из существующих миссий».

Все это интеграция системы и программного обеспечения, а также тестирование с участием полудюжины различных организаций по всей Европе, заняло четыре месяца. «Мы были очень горды тем, что смогли быть так быстро и гибко работать, чтобы все это установить на борт за такое короткое время», — говорит Макс Пастена, офицер PhiSat в Европейском космическом агентстве. Что касается разработки космических кораблей, то этот график «является чудом», добавляет Фурано.

«Интел предоставил нам поддержку на устройстве Myriad, когда нам это было нужно, чтобы включить искусственный интеллект PhiSat-1 с помощью нашей технологии CVAI», — говорит Данн. «Это очень много значит».

К сожалению, серия несвязанных событий — задержки с ракетой, пандемия коронавируса и неблагоприятные летние ветры — означали, что командам пришлось ждать более года, чтобы узнать, будет ли PhiSat-1 функционировать на орбите так, как планировалось.

Запуск 2 сентября с французской Гвианы — первая в своем роде совместная миссия спутников, осуществленная Arianespace, — прошел быстро и без проблем. Для первоначальной проверки спутник сохранил все изображения и записал свое решение о обнаружении облаков для каждого, чтобы команда на земле могла проверить, что ее встроенный мозг работает так, как ожидается.

После трехнедельного периода ожидания Пастена смог заявить: «Мы только что вошли в историю космоса».

Европейское космическое агентство объявило, что совместная команда «счастлива раскрыть первый в истории аппаратно-ускоренный искусственный интеллект для наблюдения за Землей на спутнике на орбите».

Отправляя только полезные пиксели, спутник теперь «улучшит использование полосы пропускания и значительно сократит совокупные затраты на спутниковую связь» — не говоря уже о том, что экономит время ученых на земле.

В перспективе использования низкозатратных, оснащенных искусственным интеллектом крошечных спутников бесчисленное количество — особенно когда вы добавляете возможность запуска нескольких приложений.

«Вместо того, чтобы иметь специальное оборудование на спутнике, которое делает одну вещь, возможно переключать сети», — говорит Джонатан Байрн, руководитель офиса Intel Movidius технологий. Данн называет это «спутником как сервис».

Рассмотрим: когда вы летите над районами, склонными к лесным пожарам, спутник может обнаружить пожары и уведомить местных спасателей в течение минут, а не часов. Над океанами, которые обычно игнорируются, спутник может обнаружить бродячие суда или экологические аварии. Над лесами и фермами спутник может отслеживать влажность почвы и рост культур. Над льдом он может отслеживать толщину и таяние ледниковых озер, чтобы помочь контролировать изменение климата.

Многие из этих возможностей скоро будут протестированы: Европейское космическое агентство и Ubotica работают вместе над PhiSat-2, который будет нести еще один Myriad 2 на орбиту. PhiSat-2 будет «способен запускать приложения искусственного интеллекта, которые можно разработать, легко устанавливать, проверять и эксплуатировать на космическом корабле во время полета с помощью простого пользовательского интерфейса».

Для Интела это низкобюджетный рынок, но потенциальное влияние неоспоримо. Как говорит Пастена, мы в конечном итоге сможем понять «пульс нашей планеты».