Digital Twin Earth, quantum computing en AI staan centraal tijdens ESA’s Φ-week

Digital Twin Earth

De derde editie van de Φ-week event, welke geheel virtueel is, focust op hoe aardobservatie kan bijdragen aan het idee van Digital Twin Earth – een dynamische, digitale replica van onze planeet welke het gedrag van de aarde nauwkeurig nabootst. Voortdurend aangevuld met aardobservatiegegevens, gecombineerd met in situ metingen en kunstmatige intelligentie, biedt de Digital Twin Earth een nauwkeurige weergave van het verleden, het heden en de toekomstige veranderingen van onze wereld.

Digital Twin Earth zal helpen bij het visualiseren, monitoren en voorspellen van natuurlijke en menselijke activiteiten op de planeet. Het model zal in staat zijn de gezondheid van de planeet te monitoren, simulaties uit te voeren van het onderling verbonden systeem van de aarde met het menselijk gedrag en het domein van duurzame ontwikkeling te ondersteunen, waardoor de inspanningen van Europa voor een beter milieu worden versterkt om te reageren op de uitdagingen en doelstellingen die in de Green Deal worden genoemd.

De sessie van vandaag werd geopend met inspirerende toespraken van ESA's directeur-generaal Jan Wörner, ESA-directeur voor Aardobservatieprogramma's Josef Aschbacher, ECMWF's directeur-generaal Florence Rabier, adjunct-directeur-generaal voor defensie-industrie en ruimtevaart van de Europese Commissie Pierre Delsaux, en de directeur-generaal van DG CONNECT van de Europese Commissie Roberto Viola, en Nuria Oliver, medeoprichtster van ELLIS.

Pierre Delsaux merkte op, “Zoals onze voorzitter van de Europese Commissie onlangs in de Europese State of the Union heeft benadrukt, is het duidelijk dat we klimaatverandering moeten aanpakken. Het Copernicus-programma biedt ons enkele van de beste instrumenten, satellieten, om een volledig beeld te krijgen van de gezondheid van onze planeet. De ruimtevaart is echter niet alleen een monitoring tool, het gaat ook om toegepaste oplossingen voor onze economie om deze groener en digitaler te maken.”

Roberto Viola zei, “Φ-week is de week voor disruptieve technologie en onze Europese programma’s zijn ontworpen om communities zoals deze te ondersteunen.”

Florence Rabier voegde toe, “Machinaal leren en kunstmatige intelligentie zouden het realisme en de efficiëntie van de Twin Earth kunnen helpen verbeteren – in het bijzonder voor extreme weersomstandigheden en numerieke voorspellingsmodellen.”

Jan Wörner concludeerde, “Φ-week is het perfecte voorbeeld van de New Space  aanpak met de focus op disruptieve innovatie, kunstmatige intelligentie, behendigheid en flexibiliteit.”

Tijdens de week zullen experts samenkomen om de rol van kunstmatige intelligentie te bespreken voor het Digital Twin Earth concept, de praktische uitvoering, de vereisten voor de infrastructuur die nodig is voor de bouw van de Digital Twin Earth, en de huidige ideeën over hoe industrieën en de science community kunnen bijdragen. Bekijk het volledige Φ-week programma. 

ɸ-sat-1

Eerder deze maand, op 3 september, werd de eerste AI-technologie (kunstmatige intelligentie) aan boord van een Europese aardobservatiemissie, ɸ-sat-1, gelanceerd vanaf de Europese ruimtebasis in Frans-Guyana. Deze baanbrekende kunstmatige intelligentietechnologie is een verbetering van de Federated Satellite Systems (FSSCat) missie en is het eerste experiment dat de efficiëntie van het terugsturen van grote hoeveelheden gegevens naar de aarde verbetert.

Vandaag zijn ESA en cosine remote sensing verheugd om de eerste hardware-versnelde AI-inferentie van de aardobservatiebeelden te onthullen op een ruimtelijke satelliet - uitgevoerd door een Deep Convolutional Neural Network, ontwikkeld door de Universiteit van Pisa.

ɸ-sat-1 heeft met succes de voorfiltering van aardobservatiegegevens mogelijk gemaakt, zodat alleen het relevante deel van het beeld met bruikbare informatie naar de aarde wordt gedownlinked, waardoor het gebruik van de bandbreedte wordt verbeterd en de totale kosten van de downlink aanzienlijk worden verlaagd.

De eerste gegevens die van de satelliet zijn gedownlinked hebben aangetoond dat het AI-aangedreven automatische cloud detectie algoritme de hyperspectrale aardobservatiebeelden van de sensor van de satelliet correct heeft gesorteerd in troebele en niet-troebele pixels.

Massimiliano Pastena, Ф-sat-1 technical officer bij ESA, merkte op, “We zijn net de geschiedenis van de ruimte ingegaan.”

De succesvolle toepassing van de Ubotica Artificial Intelligence technologie, die wordt aangedreven door de Intel Movidius Myriad 2 Vision Processing Unit, heeft echte autonome on-board dataverwerking aangetoond.

Aubrey Dunne, mede-oprichter en engineering vice-president bij Ubotica Technologies, zei, “We zijn erg enthousiast om een belangrijk deel te zijn van wat voor onze kennis de eerste demonstratie van AI is die wordt toegepast op aardobservatiegegevens op een draaiende satelliet. Dit is een mijlpaal, zowel voor de on-board verwerking van satellietgegevens als voor de toekomst van de AI-inferentie in ruimtelijke toepassingen.” 

Als Copernicus Masters winnaar van 2017, werd FSSCat voorgesteld door de Spaanse Polytechnische Universiteit van Catalonië en ontwikkeld door een consortium van Europese bedrijven en instituten waaronder Tyvak International.

Quantum computing

In zijn openingstoespraak van vanochtend heeft Josef Aschbacher in het bijzonder een spannend nieuw ESA-initiatief aangekondigd, het "EOP AI Enhanced Quantum Initiative for EO - QC4EO" in samenwerking met de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN).

Quantum computing heeft het potentieel om de prestaties te verbeteren, de rekenkosten te verlagen en eerder bestaande problemen in de aardobservatie op te lossen door gebruik te maken van kwantumverschijnselen zoals superpositie, verstrikking en tunnelbouw.

Het initiatief betreft het creëren van een kwantumcapaciteit die in staat is om veeleisende aardobservatieproblemen op te lossen door gebruik te maken van kunstmatige intelligentie ter ondersteuning van programma's als Digital Twin Earth en Copernicus. Het initiatief zal worden ontwikkeld in het Φ-lab - een ESA-laboratorium in het centrum voor aardobservatie van ESA in Italië, dat transformatieve innovatie in aardobservatie ondersteunt.

ESA en CERN werken al geruime tijd samen op het gebied van technologie en fundamentele fysica. Deze samenwerking wordt uitgebreid met het CERN Quantum Technology Initiative, dat in juni 2020 werd aangekondigd door CERN’s directeur-generaal Fabiola Gianotti. 

Door middel van dit partnerschap zullen ESA en CERN nieuwe samenwerkingsvormen creëren, voortbouwend op hun gemeenschappelijke ervaring op het gebied van big data, datamining en patroonherkenning.

Giuseppe Borghi, hoofd van het Φ-lab, zei, “Quantum computing is samen met AI misschien wel de succesvolste doorbraak op het gebied van computertechnologie. In de komende jaren zullen we meer aard- of ruimtevaartwetenschappelijke disciplines zien die gebruik maken van huidige of toekomstige quantum computing technieken om geowetenschappelijke problemen op te lossen.”

Josef Aschbacher voegde toe, “ESA zal gebruik maken van de brede waaier van gespecialiseerde expertise die bij ESA beschikbaar is en wij zullen onszelf in een unieke positie plaatsen en een leidende rol spelen in de ontwikkeling van kwantumtechnologieën in het aardobservatiedomein.”

Alberto Di Meglio, coördinator van het CERN Quantum Technology Initiative, zei, “Kwantumtechnologieën zijn een snel groeiend onderzoeksgebied en de toepassingen hebben het potentieel om een revolutie teweeg te brengen in de manier waarop we wetenschap beoefenen. Voorbereiding op die paradigmawisseling, door het opbouwen van kennis en instrumenten, is essentieel. Deze nieuwe samenwerking op het gebied van kwantumtechnologieën is veelbelovend.”