Intel alimenta el primer satélite con Inteligencia Artificial a bordo

La inteligencia artificial, se convirtió en algo tan omnipresente en la vida moderna que implica desde aumentar nuestra comprensión del cosmos hasta mostrar videos entretenidos en nuestro smartphone. Hoy en día se pensaría como mito que la IA entre en órbita.

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El 2 de septiembre pasado cuando se lanzó un satélite experimental del tamaño de una caja de cereal desde una plataforma de despegue, junto con otros 45 pequeños satélites de tamaño similar se llevó acabo lo impensable. El satélite, llamado PhiSat-1, se encendió a más de 17,000 mph (27,500 km/h) en una órbita helio-sincrónica de unos 530 km en el cielo.

(Quizá la palabra “satélite” te haga pensar en un objeto del tamaño de un refrigerador o un camión escolar, sin embargo, el PhiSat-1 cabe en una mochila.)

PhiSat-1 contiene una nueva cámara térmica hiperespectral y procesamiento de IA a bordo, gracias a una unidad de procesamiento de visión (VPU) Intel MovidiusMyriad 2 —el mismo chip que tienen dentro muchas cámaras inteligentes e incluso un dron para selfies que cuesta $99 dólares aquí en la Tierra. PhiSat-1 es uno de un par de satélites en una misión para monitorear el hielo polar y la humedad del suelo y al mismo tiempo probar los sistemas de comunicación intersatelitales, a fin de crear una red futura de satélites federados.

¿Cuál es el primer problema que Myriad 2 ayuda a resolver? Cómo manejar la cantidad de datos e imágenes en alta definición en el satélite PhiSat-1.

“La capacidad que tienen los sensores para producir datos aumenta por un factor de 100 en cada generación, mientras que nuestras capacidades para descarga de información se incrementan apenas por un factor de tres, cuatro o cinco por generación”

Gianluca Furano, director de sistemas de datos y computación a bordo de la Agencia Espacial Europea, la cual dirigió la labor de colaboración detrás de PhiSat-1.

Al mismo tiempo, cerca de dos tercios de la superficie de nuestro planeta están cubiertos de nubes en un momento dado. Lo anterior significa que se captura una gran cantidad de imágenes de nubes inservibles, mismas que se guardan, envían a la Tierra a través de una valiosa banda ancha de enlace descendente, se almacenan nuevamente en una computadora, las revisan los científicos (o un algoritmo) horas o días después, para que finalmente terminen borradas.

“Y la Inteligencia Artificial en el edge llegó al rescate, como la caballería en una película de vaqueros,” explicó Furano. La idea que el equipo apoyó fue usar procesamiento a bordo para identificar y descartar las imágenes con nubes— con lo que se ahorra cerca del 30% del ancho de banda.

“El espacio es nuestro límite” precisó Aubrey Dunne, directora de tecnología de Ubotica. La startups Irlandesa que construyó y probó el de IA del PhiSat-1 en estrecha colaboración con cosine, fabricantes de la cámara junto con la Universidad de Pisa y Singersige quienes trabajaron de manera conjunta en la solución.

“El chip Myriad fue diseñado rigurosamente desde cero, para que tuviera una capacidad de cómputo impresionante, pero con una envolvente y de muy bajo consumo de energía, lo cual es muy conveniente para las aplicaciones espaciales.”

Aubrey Dunne, directora de tecnología de Ubotica.

Sin embargo, Myriad 2 no estaba destinado a la órbita. Las computadoras de naves espaciales normalmente utilizan chips “endurecidos por radiación” muy especializados, que pueden tener “hasta dos décadas de retraso con respecto a la tecnología comercial de punta”, explica Dunne. Y la inteligencia artificial no ha estado en el menú.

Por tanto, Dunne y el equipo de Ubotica hicieron la “caracterización de radiación,” sometiendo al chip Myriad a una serie de pruebas para averiguar cómo manejar los errores resultantes o el desgaste. La ESA “nunca había probado un chip de esta complejidad contra la radiación”, afirmó Furano.

“Dudábamos que pudiéramos probarlo de forma adecuada … tuvimos que escribir un manual de cómo llevar a cabo una prueba integral y caracterización para este tipo de chip desde cero.”

Gianluca Furano, director de sistemas de datos y computación a bordo de la Agencia Espacial Europea

La primera prueba, 36 horas seguidas de explosión de rayos de radiación en CERN a fines de 2018, “fue una situación de mucha presión,” aceptó Dunne. Pero esa prueba y sus dos seguimientos “por fortuna salieron bien para nosotros.” El chip Myriad 2 pasó en formato listo para usar, sin necesidad de modificaciones.

De repente, este chip de visión por computadora de alto rendimiento y bajo consumo de energía, estaba listo para aventurarse más allá de la atmósfera terrestre. ¡Sí! Pero, llegó otro desafío.

Tradicionalmente, los algoritmos de inteligencia artificial se construyen o “entrenan” usando grandes cantidades de datos para “aprender” — en este caso, lo que es y no es una nube. Pero, dado que la cámara era tan nueva, “no teníamos ningún dato”, aceptó Furano “tuvimos que entrenar nuestra aplicación en datos sintéticos extraídos de las misiones existentes.”

Toda esta integración de sistema y software y pruebas, con media docena de organizaciones diferentes en toda Europa asumiendo funciones, tardó cuatro meses en concluir.

“Estábamos muy orgullosos de ser tan rápidos y eficientemente flexibles, para poner todo a bordo en tan poco tiempo,”

Max Pastena, funcionario de PhiSat en la ESA.

En lo que respecta al desarrollo de la nave espacial, la cronología “es un milagro”

Gianluca Furano, director de sistemas de datos y computación a bordo de la Agencia Espacial Europea

“Intel nos apoyó en el proceso del dispositivo Myriad, cuando lo necesitamos y cuando teníamos dudas o no estábamos seguros de algo en el funcionamiento del satélite PhiSat-1 y la tecnología de IA y CVAI que utilizamos. Es algo que se aprecia mucho.”

Aubrey Dunne, directora de tecnología de Ubotica.

Desafortunadamente, una serie de acontecimientos no relacionados — demoras con el cohete, la pandemia de coronavirus y vientos veraniegos hostiles — significaron que los equipos tenían que esperar más de un año para averiguar si PhiSat-1 funcionaría en órbita como se había planeado.

El lanzamiento del 2 de septiembre desde la Guyana Francesa — el primer viaje compartido por satélite dirigido por Arianespace — fue rápido e impecable. Para la verificación inicial, el satélite guardó todas las imágenes y utilizó los procesos de IA para la detección de nubes para cada una, de modo que el equipo en tierra pudiera verificar que su cerebro implantado se comportaba como se esperaba.

Después de un profundo respiro de tres semanas, Pastena pudo proclamar: “Acabamos de entrar en la historia del espacio.”

1La ESA anunció que el equipo conjunto estaba “feliz de revelar la primera inferencia de inteligencia artificial acelerada por hardware de imágenes de observación de la Tierra en un satélite en órbita.” Al enviar solo pixeles útiles, el satélite ahora “mejorará la utilización del ancho de banda y reducirá considerablemente los costos agregados del enlace descendente” — por no hablar del ahorro de tiempo de los científicos en tierra.

Mirando hacia el futuro, los usos de los satélites pequeñitos mejorados con IA, de bajo costo, son innumerables — sobre todo cuando se agrega la capacidad de ejecutar muchas aplicaciones.

“En lugar de tener hardware dedicado en un satélite que hace una cosa, es posible cambiar de redes frecuentemente,”

Jonathan Byrne, director de la oficina de tecnología de Intel Movidius.

Dunne, lo llama el “satélite como servicio.”

Tenga en cuenta que: Cuando vuela sobre zonas propensas a incendios forestales, un satélite puede ubicar incendios y notificar a los socorristas locales en minutos en lugar de horas. Cuando vuela sobre los océanos, un satélite puede ubicar barcos proscritos o accidentes ambientales, que normalmente se pasan por alto. Cuando vuela sobre bosques y granjas, un satélite puede rastrear la humedad del suelo y el crecimiento de cultivos. Y cuando vuela sobre el hielo, puede rastrear el espesor y los estanques que se derriten, para ayudar a monitorear el cambio climático.

Pronto se probarán muchas de estas posibilidades: la ESA y Ubotica trabajan juntas en el PhiSat-2, que llevará otro Myriad 2 a la órbita. PhiSat-2 será “capaz de ejecutar aplicaciones de inteligencia artificial que pueden desarrollarse, instalarse fácilmente, validarse y operarse en la nave espacial durante su vuelo, empleando una interfaz de usuario simple.”

Para Intel, es un mercado de bajo volumen, pero el impacto potencial es incuestionable. Como dice Pastena, podemos entender finalmente “el pulso de nuestro planeta.”