Digital Twin Earth, computación cuántica e inteligencia artificial: protagonistas de esta edición de la Φ-Week de la ESA

Digital Twin Earth

La tercera edición de Φ-Week, completamente virtual, se va a centrar en cómo la observación de la Tierra puede contribuir al concepto de Digital Twin Earth: una réplica digital y dinámica de nuestro planeta que emula con precisión el comportamiento de la Tierra. Alimentado constantemente con datos de observación de la Tierra combinados con mediciones in situ e inteligencia artificial, este “gemelo digital de la Tierra” proporciona una representación precisa de los cambios pasados, presentes y futuros de nuestro mundo.

Digital Twin Earth ayudará a visualizar, monitorizar y prever la actividad natural y humana en el planeta. El modelo será capaz de vigilar la salud del planeta, efectuar simulaciones del sistema interconectado de la Tierra con el comportamiento humano y dar apoyo al desarrollo sostenible, contribuyendo así a los esfuerzos de Europa por lograr un mejor entorno en respuesta a los problemas urgentes y a los objetivos planteados por el Pacto Verde.

La sesión de hoy comenzó con unas inspiradoras intervenciones del director general de la ESA, Jan Wörner, el director de los programas de Observación de la Tierra de la ESA, Josef Aschbacher, la directora general del Centro Europeo de Previsiones Meteorológicas a Medio Plazo (ECMWF), Florence Rabier, el director general adjunto de Industria de Defensa y Espacio (DG DEFIS) de la Comisión Europea, Pierre Delsaux y el director general de Redes de Comunicación, Contenido y Tecnología (DG CONNECT) de la Comisión Europea, Roberto Viola.

Pierre Delsaux ha comentado: “Como la presidenta de la Comisión Europea repitió recientemente durante su discurso sobre el Estado de la Unión, está claro que debemos abordar el cambio climático. El programa Copernicus nos ofrece algunos de los mejores instrumentos y satélites para obtener una imagen completa de la salud de la Tierra. Pero el espacio no solo ofrece una herramienta de vigilancia, también proporciona soluciones aplicadas para hacer que nuestra economía sea más verde y más digital”.

Según Roberto Viola: “Φ-week es la semana de las tecnologías disruptivas y nuestros programas europeos están diseñados para brindar su apoyo precisamente a comunidades como esta”.

Florence Rabier ha dicho: “El aprendizaje automático y la inteligencia artificial pueden mejorar el realismo y la eficiencia de Digital Twin Earth, especialmente en el caso de fenómenos meteorológicos extremos y modelos de previsión numéricos”.

Jan Wörner ha concluido: “Φ-week es el ejemplo perfecto de un planteamiento de Nuevo Espacio centrado en la innovación disruptiva, la inteligencia artificial, la agilidad y la flexibilidad”.

Durante esta semana se reunirán expertos para debatir el papel de la inteligencia artificial para el concepto de Digital Twin Earth, su implementación práctica y las infraestructuras necesarias para hacerlo realidad, y presentarán ideas sobre cómo pueden contribuir las industrias y la comunidad científica. Aquí se puede acceder al programa completo de la Φ-Week.

ɸ-sat-1

El 3 de septiembre de este mes, la primera tecnología de inteligencia artificial a bordo de una misión europea de observación de la Tierra, ɸ-sat-1, fue lanzada desde el Puerto Espacial Europeo de la Guayana Francesa. Se trata de una mejora de la misión Federated Satellite Systems (FSSCat) y el primer experimento para agilizar el envío de grandes cantidades de datos a la Tierra.

Hoy, la ESA y Cosine Remote Sensing han tenido el gusto de mostrar la primera inferencia de inteligencia artificial acelerada por hardware de imágenes de observación de la Tierra a bordo de un satélite en órbita, gracias a una red neuronal convolucional profunda desarrollada por la Universidad de Pisa.

ɸ-sat-1 ha facilitado con éxito el prefiltrado de datos de observación de la Tierra, de modo que solo la parte de la imagen relevante y con información útil se envíe a tierra, lo que mejora el aprovechamiento del ancho de banda y reduce significativamente los costes de enlace descendente agregado.

Los datos iniciales enviados por el satélite han demostrado que el algoritmo de detección automática de nubes alimentado por inteligencia artificial ha clasificado correctamente las imágenes hiperespectrales de observación de la Tierra capturadas por el sensor del satélite en dos grupos: píxeles con y sin nubes.

Massimiliano Pastena, responsable técnico de Ф-sat-1 en la ESA, ha comentado: “Acabamos de entrar en la historia del espacio”.

La aplicación con éxito de la tecnología de inteligencia artificial de Ubotica, alimentada por la unidad de procesamiento de visión Intel Movidius Myriad 2, ha demostrado verdadera autonomía de procesamiento de datos a bordo.

Aubrey Dunne, cofundador y vicepresidente de ingeniería de Ubotica Technologies, ha señalado: “Estamos muy contentos de tener un papel clave en lo que, hasta donde sabemos, constituye la primera demostración de inteligencia artificial aplicada a datos de observación de la Tierra a bordo de un satélite en operación. Es un momento único tanto para el procesamiento de datos satelitales a bordo como para el futuro de la inferencia de inteligencia artificial en aplicaciones orbitales”.

La misión FSSCat, ganadora del concurso Copernicus Masters en 2017, fue propuesta desde la Universitat Politècnica de Catalunya y desarrollada por un consorcio de empresas e instituciones europeas, incluida Tyvak International.

Computación cuántica

Tal y como mencionó en su discurso inaugural esta mañana, Josef Aschbacher ha anunciado una nueva e interesante iniciativa de la ESA: EOP AI-enhanced Quantum Initiative for EO (Iniciativa Cuántica mejorada por IA para Observación de la Tierra de EOP, QC4EO), en colaboración con la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN).

La computación cuántica tiene el potencial de mejorar el rendimiento, reducir los costes computacionales y resolver problemas hasta ahora irresolubles de la observación de la Tierra al explotar fenómenos cuánticos como la superposición, el entrelazamiento y el efecto túnel.

La iniciativa implica crear una capacidad cuántica que pueda resolver problemas importantes de observación de la Tierra empleando inteligencia artificial para dar apoyo a programas como Digital Twin Earth y Copernicus. La iniciativa se desarrollará en Φ-Lab, un laboratorio de la ESA en el centro de observación de la Tierra que la Agencia posee en Italia y que aplica innovación transformadora a la observación de la Tierra.

La ESA y el CERN colaboran desde hace mucho en cuestiones tecnológicas y de física fundamental. Esta colaboración se extenderá a la CERN Quantum Technology Initiative, que fue anunciada en junio de 2020 por la directora general del CERN, Fabiola Gianotti.

A través de esta colaboración, la ESA y el CERN crearán nuevas sinergias, aprovechando su experiencia común en macrodatos, minería de datos y reconocimiento de patrones.

Giuseppe Borghi, director de Φ-Lab, ha dicho: “La computación cuántica y la inteligencia artificial tal vez constituyan el avance más prometedor en el horizonte de la tecnología informática. En los próximos años, veremos cómo más disciplinas relacionadas con las ciencias de la Tierra y del espacio emplean técnicas de computación cuántica actuales o futuras para resolver problemas geocientíficos”.

Josef Aschbacher ha añadido: “La ESA explotará una amplia gama de conocimientos expertos disponibles en la Agencia y nos situaremos en una posición única, liderando el desarrollo de las tecnologías cuánticas en el ámbito de la observación de la Tierra”.

Alberto Di Meglio, coordinador de la CERN Quantum Technology Initiative, ha dicho: “Las tecnologías cuánticas constituyen un campo de investigación en rápido crecimiento y sus aplicaciones pueden revolucionar la forma en que hacemos ciencia. Es esencial prepararse para el cambio de paradigma, acumulando conocimiento y herramientas. Esta nueva colaboración sobre tecnologías cuánticas resulta muy prometedora”.