Intel забезпечує перший супутник з штучним інтелектом на борту

Як би повсюдно штучний інтелект не став у сучасному житті — від підвищення нашого розуміння космосу до відображення розважальних відео на вашому телефоні — штучний інтелект ще не знайшов свого місця на орбіті.

До 2 вересня, коли експериментальний супутник розміром з коробку від снеків був викинутий з розсіювача ракети разом з 45 іншими супутниками подібного розміру. Супутник, названий PhiSat-1, зараз летить зі швидкістю понад 17 000 миль в годину (27 500 км/год) на сонячній синхронній орбіті на висоті близько 329 миль (530 км) над Землею.

PhiSat-1 містить нову гіперспектральну-термічну камеру та обробку штучного інтелекту на борту завдяки Intel (INTC ) ® Movidius™ Myriad™ 2 Vision Processing Unit (VPU) — тому ж чіпу, який знаходиться у багатьох розумних камерах і навіть у дрона за 99 доларів тут на Землі. PhiSat-1 насправді є одним із пари супутників на місії з моніторингу полярного льоду та вологи ґрунту, а також тестування систем міжсупутникової комунікації для створення майбутньої мережі федеративних супутників.

Першою проблемою, яку допомагає вирішити Myriad 2, є те, як обробити велику кількість даних, згенерованих високоякісними камерами, такими як та, що знаходиться на PhiSat-1. “Спроможність сенсорів виробляти дані збільшується у 100 разів кожне покоління, тоді як наша спроможність завантажувати дані збільшується, але тільки у 3-4 рази за покоління”, — говорить Джанлука Фурано, керівник системи даних та обробки на борту Європейського космічного агентства, яке очолювало спільні зусилля за PhiSat-1.

У той же час близько двох третин поверхні нашої планети покриті хмарами в будь-який момент часу. Це означає, що зазвичай знімаються багато зайвих зображень хмар, які зберігаються, передаються по дорогої лінії зв’язку на Землю, зберігаються знову, переглядаються вченим (або алгоритмом) на комп’ютері через кілька годин або днів пізніше — тільки щоб бути видаленими.

“І штучний інтелект на краю прийшов нам на допомогу, кавалерія у вестерні”, — говорить Фурано. Ідея, навколо якої згуртувалася команда, полягала у використанні обробки на борту для ідентифікації та видалення зображень хмар — тим самим зберігаючи близько 30% смуги пропускання.

“Космос — це абсолютний край”, — говорить Обрі Данн, головний технічний директор Ubotica. Ірландський стартап розробив і протестував технологію штучного інтелекту PhiSat-1, працюючи у тісній співпраці з cosine, виробником камери, а також з Університетом Пізи та Singergise для розробки повного рішення. “Myriad був абсолютно спроектований з нуля, щоб мати вражаючу обчислювальну здатність, але в дуже низькому енергоспоживанні, і це дуже підходить для космічних застосунків”.

Myriad 2, однак, не був призначений для орбіти. Обчислювальні системи супутників зазвичай використовують дуже спеціалізовані “радіаційно-стійкі” чіпи, які можуть бути “на два десятиліття позаду сучасної комерційної технології”, пояснює Данн. І штучний інтелект не був у меню.

Отже Данн і команда Ubotica провели “радіаційну характеристику”, піддавши чіп Myriad серії тестів, щоб визначити, як обробляти будь-які помилки або зношування.

ЄКА “ніколи не тестувало чіп такого рівня складності на радіацію”, — говорить Фурано. “Ми були скептичними щодо того, чи зможемо ми правильно протестувати його … нам довелося написати посібник з того, як провести повний тест і характеристику цього чіпа з нуля”.

Перший тест, 36 годин безперервного опромінення на CERN у кінці 2018 року, “була дуже високотискова ситуація”, — говорить Данн. Але той тест і два наступних “нашвидку вдалось добре”. Myriad 2 пройшов у стандартній формі, без необхідності модифікацій.

Раптом цей низькопотужний, високопродуктивний чіп обробки зору був готовий вийти за межі атмосфери Землі. Так! Але тепер постало ще одна проблема.

Зазвичай алгоритми штучного інтелекту будуються, або “навчаються”, за допомогою великої кількості даних, щоб “навчитися” — у цьому випадку, що таке хмара, а що ні. Але оскільки камера була так нова, “у нас не було жодних даних”, — говорить Фурано. “Нам довелося навчити нашу програму на синтетичних даних, витягнутих з існуючих місій”.

Усі ці системні та програмні інтеграції та тестування, у яких взяли участь півдюжини різних організацій по всій Європі, зайняли чотири місяці. “Ми були дуже горді тим, що змогли бути так швидко та ефективно гнучкими, щоб поставити все на борт за такий короткий час”, — говорить Макс Пастена, офіцер PhiSat у ЄКА. Що стосується розробки супутників, то цей графік “це диво”, — додає Фурано.

“Intel надав нам фонові підтримку пристрою Myriad, коли нам це було потрібно, щоб забезпечити штучний інтелект PhiSat-1 за допомогою нашої технології CVAI”, — говорить Данн. “Це дуже цінно”.

На жаль, серія незалежних подій — затримки з ракетою, пандемія коронавірусу та несприятливі літні вітри — означала, що командам довелося чекати понад рік, щоб дізнатися, чи буде функціонувати PhiSat-1 на орбіті так, як планувалося.

Запуск 2 вересня з Французької Гвіани — першої в своєму роді спільної місії супутників, організованої Arianespace — пройшов швидко та безперебійно. Для початкової верифікації супутник зберіг усі зображення та записав своє рішення щодо виявлення хмар штучним інтелектом для кожного з них, щоб команда на землі могла перевірити, чи поводиться його вбудований мозок так, як очікувалося.

Після трьох тижнів тривожного очікування Пастена зміг проголосити: “Ми тільки що увійшли в історію космосу”.

ЄКА оголосило, що спільна команда “задоволена повідомити про перший у світі апаратно-прискорений висновок штучного інтелекту зображень спостереження Землі на супутнику на орбіті”.

Відправляючи лише корисні пікселі, супутник тепер “поліпшить використання смуги пропускання та значно скоротить агреговані витрати на зв’язок” — не кажучи вже про те, що це збереже час вченим на землі.

Якщо дивитися вперед, то застосування низьковитратних супутників зі штучним інтелектом безліч. Особливо якщо додати можливість запускати кілька програм.

“Натомість ніж мати спеціалізоване апаратне забезпечення у супутнику, яке робить одну річ, можливо переключатися між мережами”, — говорить Джонатан Бірн, керівник офісу технологій Intel Movidius. Данн називає це “супутником як сервісом”.

Розгляньте: коли пролітаючи над районами, схильними до лісових пожеж, супутник може виявити пожежі та повідомити місцевим рятувальникам за кілька хвилин, а не годин. Над океанами, які зазвичай ігноруються, супутник може виявити зловмисні судна або екологічні аварії. Над лісами та фермами супутник може відстежувати вологість ґрунту та ростутьсть культур. Над льодом він може відстежувати товщину та таврування льоду, щоб допомогти контролювати зміну клімату.

Багато з цих можливостей скоро будуть протестовані: ЄКА та Ubotica працюють разом над PhiSat-2, який буде нести ще один Myriad 2 на орбіту. PhiSat-2 буде “здатним запускати програми штучного інтелекту, які можуть бути розроблені, легко встановлені, перевірені та експлуатуватися на космічному кораблі під час польоту за допомогою простого інтерфейсу користувача”.

Для Intel це низьковитратний ринок, але потенційний вплив не підлягає сумніву. Як говорить Пастена, ми зрештою зможемо зрозуміти “пульс нашої планети”.