El primer satélite con IA a bordo ya está en órbita

A buen seguro que muy poca gente se ha enterado, pero hace ya casi dos meses que se lanzó al espacio el primer satélite con inteligencia artificial a bordo.

El pasado 2 de septiembre se lanzó un satélite experimental del tamaño de una caja de cereales desde el dispensador de un cohete, junto con otros 45 satélites de tamaño similar. El primer satélite con inteligencia artificial(IA) que se lanzaba al espacio, llamado PhiSat-1, se eleva ahora a más de 27.500 km/h en una órbita sincrónica al Sol, a unos 530 km de altura.

El PhiSat-1 cuenta con una cámara térmica e hiperespectral, así como con procesamiento de a bordo con IA gracias a la unidad de procesamiento de visión (VPU, por sus siglas en inglés) Intel® Movidius™Myriad™ 2, el mismo chip que poseen en su interior muchas cámaras inteligentes e incluso algún dron de 99 dólares. El PhiSat-1 es, de hecho, uno de los satélites que se encuentran en una misión para vigilar el hielo polar y la humedad del suelo, a la vez que se prueban los sistemas de comunicación entre satélites para crear una futura red de satélites federados.

Problema a resolver

El primer problema que Myriad 2 está ayudando a resolver es cómo gestionar la enorme cantidad de datos generados por cámaras de alta fidelidad como la del PhiSat-1. “La capacidad que tienen los sensores para producir datos aumenta por 100 en cada generación; sin embargo, nuestra capacidad para descargarlos aumenta, pero solo por tres, cuatro o cinco en cada generación,” comenta Gianluca Furano, data systems and onboard computing lead en la Agencia Espacial Europea (ESA por sus siglas en inglés), que dirigió el proyecto de colaboración en PhiSat-1.

Aproximadamente dos tercios de la superficie de nuestro planeta está continuamente cubierta de nubes. Por esta razón, habitualmente, se capturan muchísimas imágenes de nubes que no sirven y que son guardadas, enviadas a la Tierra a través de un importante ancho de banda de bajada, guardadas de nuevo y revisadas por un científico o un algoritmo en un ordenador horas o días más tarde, para que, finalmente, tengan que ser eliminadas. “Y la IA vino a rescatarnos, como la caballería en una película del Oeste”, dice Furano. La idea que el equipo presentó fue usar el procesamiento de a bordo para identificar y descartar las imágenes con nubes, ahorrando así alrededor de un 30% del ancho de banda.

Capacidad de computación

“El espacio es la vanguardia,” dice Aubrey Dunne, Chief Technology Officer de Ubotica, startup irlandesa que construyó y probó la IA del PhiSat-1’s en colaboración con Cosine, fabricante de la cámara, la Universidad de Pisa y Sinergise para desarrollar la solución completa. “Myriad fue completamente diseñada desde el principio para tener una capacidad de computación imponente, pero a una muy baja potencia. Esto se adapta por completo a las necesidades de las aplicaciones espaciales”.

Sin embargo, Myriad 2 en un principio no estaba destinado para la órbita. Por lo general, los ordenadores de las naves espaciales utilizan chips muy especializados “endurecidos por radiación” que pueden llegar a estar “hasta dos décadas por detrás de la tecnología comercial de vanguardia”, explica Dunne; y, por entonces, la IA no formaba parte de la ecuación. Por esta razón, Dunne y el equipo de Ubotica realizaron la “caracterización de la radiación”, poniendo a prueba el chip Myriad a través de una serie de test para averiguar cómo manejar cualquier error o deterioro que pudiera surgir.

Chip con radiación

La ESA nunca antes había probado un chip con esta complejidad de radiación, y los promotores del proyecto dudaban de si serían capaces de realizar sus pruebas correctamente, hasta el punto de tener que elaborar desde cero el manual sobre cómo realizar una prueba exhaustiva y la caracterización de este chip. El primer test, que fueron 36 horas seguidas de rayos de radiación en CERN a finales de 2018 “fue una situación de mucha presión”, cuenta Dunne. Sin embargo, esa prueba y sus dos seguimientos “por suerte nos salieron bien”. Finalmente, Myriad 2 pasó la prueba en su forma estándar, sin necesidad de modificaciones.

Tras el éxito de la prueba, este chip de visión de ordenador de bajo consumo y alto rendimiento estaba listo para aventurarse más allá de la atmósfera de la Tierra. No obstante, llegó otro desafío. Normalmente, los algoritmos de IA se construyen o “entrenan” usando grandes cantidades de datos para “aprender”, en este caso, qué es una nube y qué no lo es. Pero como la cámara era tan nueva no se disponía de ningún dato, por lo que se tuvo que preparar una aplicación con datos sintéticos extraídos de las misiones ya existentes.

Más de un año de espera

Toda esta integración, y las pruebas de sistemas y del software, con la involucración de media docena de organizaciones diferentes de toda Europa, requirió cuatro meses para completarse. Desafortunadamente, una serie de acontecimientos ajenos – retrasos con el cohete, la pandemia del coronavirus y vientos de verano poco favorables – hicieron que los equipos tuvieran que esperar más de un año para saber si PhiSat-1 funcionaría en la órbita de la forma esperada.

El lanzamiento del 2 de septiembre desde la Guayana Francesa fue rápido e impecable. Para la verificación inicial, el satélite guardó todas las imágenes capturadas y registró cada una de sus decisiones de inteligencia artificial respecto a la detección de nubes, de modo que el equipo en tierra pudiera verificar que su cerebro implantado se comportaba como se esperaba. Tras tres semanas de incertidumbre, Pastena pudo proclamar que habían pasado a formar parte de la “historia del espacio”. La ESA anunció que el equipo estaba “feliz de poder presentar por primera vez imágenes de la Tierra desde un satélite en órbita obtenidas gracias a la primera inferencia de IA acelerada por hardware”.

Pixeles útiles

Con solo enviar píxeles útiles, el satélite mejorará la utilización del ancho de banda y reducirá significativamente los gastos adicionales de bajada, por no mencionar el ahorro de tiempo de los científicos en tierra. En el futuro, los usos de los satélites teensy de bajo coste con IA mejorada serán incontables, sobre todo si se añade la posibilidad de ejecutar múltiples aplicaciones en ellos.

Cuando se vuela sobre zonas propensas a incendios forestales, un satélite es capaz de detectar los incendios y notificar a los equipos de respuesta locales en minutos en lugar de horas. En el caso de los océanos, que normalmente se ignoran, un satélite puede detectar barcos ilegales o accidentes medioambientales. En los bosques y las granjas, un satélite es capaz de detectar la humedad del suelo y el crecimiento de los cultivos. En el hielo, puede rastrear el espesor y el deshielo para ayudar a monitorizar el cambio climático. Muchas de estas posibilidades se probarán muy pronto: la ESA y Ubotica están trabajando conjuntamente en el PhiSat-2, que llevará a la órbita otro Myriad 2. PhiSat-2 será “capaz de ejecutar aplicaciones de inteligencia artificial que puedan ser desarrolladas, fácilmente instaladas, validadas y operadas desde la nave espacial durante su vuelo usando una simple interfaz de usuario”.

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Juan Carlos F. Galindo

Tras dos décadas dedicado a la comunicación de Productos y Servicios, Innovación, , I+D, Televisión y Patrocinios de una gran empresa, me embarco en este blog que dedicaré a mi pasión, la tendencia tecnológica que va a protagonizar la 4ª Revolución Industrial: la Inteligencia Artificial.