Digital Twin Earth, calcolo quantistico e Intelligenza Artificiale sono al centro della scena della Φ-week dell'ESA

Digital Twin Earth

La terza edizione dell'evento Φ-week, interamente virtuale, si concentra su come l'osservazione della Terra possa contribuire al concetto di Digital Twin Earth – una dinamica, replica digitale del nostro pianeta che imita accuratamente il comportamento della Terra. Alimentata continuamente con i dati di Osservazione della Terra, combinati con misurazioni in situ e intelligenza artificiale, la Digital Twin Earth fornisce una precisa rappresentazione dei passati, presenti e futuri cambiamenti del nostro mondo.

Digital Twin Earth contribuirà a visualizzare, monitorare e prevedere le attività naturali e dell'uomo sul pianeta. Il modello sarà capace di monitorare la salute del pianeta, di eseguire simulazioni del sistema interconnesso della Terra con il comportamento umano, e di supportare il settore dello sviluppo sostenibile rinforzando così gli sforzi dell'Europa per un ambiente migliore per rispondere alle urgenti sfide e agli obiettivi affrontati dal Green Deal.

La sessione di ieri si è aperta con ispiranti dichiarazioni da parte del Direttore Generale dell'ESA, Jan Wörner, del Direttore dei Programmi di Osservazione della Terra dell'ESA, Josef Aschbacher, del Direttore Generale di ECMWF, Florence Rabier, del Direttore Generale Aggiunto della Commissione Europea per la Difesa Industria e Spazio, Pierre Delsaux, nonché del Direttore Generale di DG CONNECT presso la Commissione Europea, Roberto Viola, e Nuria Oliver, co-fondatrice di ELLIS.

Pierre Delsaux ha dichiarato: "Come ha ripetuto il Presidente della Commissione UE recentemente allo Stato dell'Unione Europeo, è chiaro che dobbiamo affrontare il cambiamento climatico. Il programma Copernicus ci offre alcuni dei migliori strumenti, i satelliti, per darci un quadro completo della salute del pianeta. Ma lo spazio non è solo uno strumento di monitoraggio, è anche soluzioni applicate per la nostra economia, per renderla più verde e più digitale".

Roberto Viola: "Φ-week è la settimana della tecnologia dirompente e sono comunità come questa che i nostri programmi europei sono stati progettati a supportare".

Florence Rabier, Direttore Generale ECMWF: "L'apprendimento automatico e l'intelligenza artificiale potrebbero migliorare il realismo e l'efficienza della Digital Twin Earth – specialmente per gli eventi climatici estremi e i modelli di previsione numerici".

Jan Wörner ha concluso: "La Φ-week è l'esempio perfetto dell'approccio New Space focalizzato su innovazione dirompente, intelligenza artificiale, agilità e flessibilità".

Nel corso della settimana, gli esperti si riuniranno per discutere il ruolo dell'intelligenza artificiale e il concetto di Digital Twin Earth, la sua implementazione pratica, i requisiti di infrastruttura necessari per costruire la Digital Twin Earth, e per presentare idee su come industrie e comunità scientifica possono contribuire. Selezionate qui per vedere il programma completo dell'evento Φ-week.

ɸ-sat-1

All'inizio del mese, il 3 settembre, la prima tecnologia di intelligenza artificiale (AI) a bordo di una missione europea di osservazione della Terra, ɸ-sat-1, è stata lanciata dalla base europea di lancio nella Guyana francese. Un miglioramento della missione FSSCat (Federated Satellite Systems), la pionieristica tecnologia di intelligenza artificiale è il primo esperimento per migliorare l'efficienza dell'invio di grandi quantità di dati sulla Terra.

Oggi, l'ESA, insieme a cosine remote sensing , è lieta di rivelare la prima inferenza di intelligenza artificiale in assoluto di accelerazione hardware delle immagini di osservazione della Terra su un satellite in orbita - eseguita da una rete neurale convoluzionale profonda (Deep Convolutional Neural Network), sviluppata dall'Università di Pisa.

ɸ-sat-1 ha permesso con successo il pre-filtraggio dei dati di osservazione della Terra di modo che solo la parte rilevante dell'immagine contenente informazioni utilizzabili venga inviata a terra, migliorando così l'utilizzo della larghezza della banda e riducendo significativamente i costi aggregati di downlink.

I dati iniziali trasferiti dal satellite hanno mostrato che l'algoritmo di rilevamento automatico delle nuvole, alimentato dall'intelligenza artificiale, ha separato correttamente le immagini iperspettrali di osservazione della Terra provenienti dal sensore del satellite, in pixel nuvolosi e non nuvolosi.

Massimiliano Pastena, Responsabile Tecnico di Ф-sat-1 dell'ESA, ha commentato: "Siamo appena entrati nella storia dello spazio".

L'applicazione di successo odierna della tecnologia Ubotica di Intelligenza Artificiale, che è alimentata dall'unità di elaborazione Intel Movidius Myriad 2 Vision Processing Unit, ha dimostrato una reale autonomia dell'elaborazione dei dati a bordo.

Audrey Dunne, co-fondatore e Vice Presidente di Ingegneria di Ubotica Technologies, ha dichiarato: "Siamo molto entusiasti di essere una parte fondamentale di ciò che, per quanto di nostra conoscenza, è la prima dimostrazione in assoluto di Intelligenza Artificiale applicata a dati di Osservazione della Terra su un satellite operativo. Questo è un momento di svolta sia per l'elaborazione a bordo dei dati satellitari, che per il futuro dell'inferenza di Intelligenza Artificale nelle applicazioni orbitali".

Come vincitore assoluto dell'edizione 2017 del Copernicus Masters, FSSCat, è stato proposto dall'Università Tecnica di Catalogna in Spagna e sviluppato da un consorzio di compagnie e istituti europei inclusa Tyvak International.

Computing quantistico

Citato anche nel suo discorso di apertura di ieri mattina, Josef Aschbacher ha fatto uno speciale annuncio riguardante una nuova interessante iniziativa dell'ESA, denominata "EOP AI-enhanced Quantum Initiative for EO - QC4EO" in collaborazione con il CERN, il centro europeo per la ricerca nucleare.

Il computing quantistico ha il potenziale per migliorare le prestazioni, ridurre i costi computazionali e risolvere problemi precedentemente non trattabili nell'osservazione della Terra, sfruttando fenomeni quantistici quali sovrapposizione, entanglement (o correlazione quantistica) e tunnelling (o effetto tunnel quantistico).

L'iniziativa include la creazione di una capacità quantistica che avrà l'abilità di risolvere onerosi problemi di osservazione della Terra utilizzando l'intelligenza artificiale per supportare programmi come ad esempio Digital Twin Earth e Copernicus. L'iniziativa sarà sviluppata presso il Φ-lab – un laboratorio presso il centro ESA in Italia per l'Osservazione della Terra, che abbraccia l'innovazione trasformazionale nell'osservazione della Terra.

ESA e CERN godono di una collaborazione di lunga data, incentrata su questioni tecnologiche e di fisica fondamentale. Questa collaborazione sarà estesa per collegarsi all'iniziativa Quantum Technology del CERN, che è stata annunciata a giugno 2020 dal Direttore Generale del CERN, Fabiola Giannotti.

Attraverso questa collaborazione, ESA e CERN creeranno nuove sinergie, basandosi sulla loro comune esperienza in 'big data' (megadati), 'data mining' e 'pattern recognition' (riconoscimento di pattern).

Giuseppe Borghi, Capo del Φ-lab, ha commentato: "Il calcolo quantistico insieme all'Intelligenza Artificiale sono forse la svolta più promettente in arrivo nella tecnologia informatica. Nei prossimi anni, vedremo più discipline scientifiche della Terra o dello spazio impiegare le attuali o future tecniche di computing quantistico per risolvere problemi di geoscienza".

Josef Aschbacher ha aggiunto: "ESA sfrutterà la vasta gamma di competenze specialistiche disponibili in ESA e ci collocheremo in una posizione unica e assumeremo un ruolo di rilievo nello sviluppo di tecnologie quantistiche nel settore dell'Osservazione della Terra".

Alberto di Meglio, Coordinatore della Quantum Technology Initiative del CERN, ha affermato "Le tecnologie quantistiche sono un campo di ricerca in rapida crescita e le loro applicazioni hanno il potenziale per rivoluzionare il modo in cui facciamo scienza. Prepararsi a questo cambio di paradigma, costruendo conoscenze e strumenti, è essenziale. Questa nuova collaborazione sulle tecnologie quantistiche è una grande promessa".