Τεχνητή νοημοσύνη για τη Γη: Πώς οι προσπάθειες της NASA καταπολεμούν την κλιματική αλλαγή

Καθώς τα ακραία καιρικά φαινόμενα όπως η πρόσφατη κακοκαιρία που πέρασε από την Κεντρική Ελλάδα αυξάνονται σε όλο τον κόσμο λόγω της κλιματικής αλλαγής, έχει αυξηθεί και η ανάγκη για περαιτέρω έρευνα σχετικά με τον πλανήτη μας που θερμαίνεται. Για τη NASA, η έρευνα για το κλίμα περιλαμβάνει όχι μόνο τη διεξαγωγή μελετών για τα γεγονότα αυτά, αλλά και την παροχή δυνατότητας σε εξωτερικούς ερευνητές να κάνουν το ίδιο.

Οι προσπάθειες τεχνητής νοημοσύνης, των οποίων ηγείται η υπηρεσία, προσφέρουν ένα ισχυρό εργαλείο για την επίτευξη αυτών των στόχων.

Το 2023, η NASA συνεργάστηκε με την IBM Research για τη δημιουργία ενός μοντέλου γεωχωρικών θεμελίων τεχνητής νοημοσύνης. Εκπαιδευμένο σε τεράστιες ποσότητες των ευρέως χρησιμοποιούμενων από τη NASA δεδομένων Harmonized Landsat and Sentinel-2 (HLS), το μοντέλο παρέχει μια βάση για μια ποικιλία μελετών με τεχνητή νοημοσύνη για την αντιμετώπιση περιβαλλοντικών προκλήσεων.

Σύμφωνα με τις αρχές της ανοικτής επιστήμης, το μοντέλο είναι ελεύθερα διαθέσιμο για πρόσβαση από οποιονδήποτε.

Τα μοντέλα του Ιδρύματος χρησιμεύουν ως βάση από την οποία οι επιστήμονες μπορούν να αναπτύξουν ένα ευρύ σύνολο εφαρμογών, επιτρέποντας ισχυρές και αποτελεσματικές λύσεις. “Τα θεμελιώδη μοντέλα γνωρίζουν μόνο τι πράγματα αντιπροσωπεύονται στα δεδομένα”, εξήγησε ο Manil Maskey, επικεφαλής της επιστήμης των δεδομένων στο Γραφείο του Υπεύθυνου Επιστημονικών Δεδομένων της NASA (Office of the Chief Science Data Officer – OCSDO). “Είναι σαν ελβετικός σουγιάς – μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πολλά διαφορετικά πράγματα”.

Μόλις δημιουργηθεί ένα μοντέλο θεμελίωσης, μπορεί να εκπαιδευτεί σε μια μικρή ποσότητα δεδομένων για να εκτελέσει μια συγκεκριμένη εργασία. Μέχρι σήμερα, η ομάδα Interagency Implementation and Advanced Concept Team (IMPACT) μαζί με τους συνεργάτες της έχουν επιδείξει τις δυνατότητες του γεωχωρικού μοντέλου θεμελίωσης με την τελειοποίησή του για τον εντοπισμό ουλών από εγκαύματα, την οριοθέτηση πλημμυρικών υδάτων και την ταξινόμηση καλλιεργειών και άλλων κατηγοριών χρήσεων γης.

Λόγω των υπολογιστικών πόρων που απαιτούνταν για τη δημιουργία του αρχικού μοντέλου του ιδρύματος, η συνεργασία ήταν απαραίτητη για την επιτυχία. Σε αυτή την περίπτωση, η NASA έφερε τα δεδομένα και τις επιστημονικές γνώσεις, ενώ η IBM έφερε την υπολογιστική ισχύ και την τεχνογνωσία βελτιστοποίησης αλγορίθμων τεχνητής νοημοσύνης. Η κοινή δέσμευση της ομάδας να καταστήσει την έρευνά της προσβάσιμη μέσω των αρχών της ανοικτής επιστήμης διασφαλίζει ότι το μοντέλο τους μπορεί να είναι χρήσιμο σε όσο το δυνατόν περισσότερους ερευνητές.

“Για να δημιουργήσουμε ένα μοντέλο θεμελίωσης σε κλίμακα, συνειδητοποιήσαμε από νωρίς ότι δεν είναι εφικτό για ένα ίδρυμα να το κατασκευάσει”, δήλωσε η Maskey. “Ό,τι κάναμε στα θεμελιώδη μοντέλα μας ήταν ανοιχτό στο κοινό, σε όλη τη διαδρομή από τα δεδομένα προ-εκπαίδευσης, τον κώδικα, τις βέλτιστες πρακτικές, τα βάρη του μοντέλου, τη λεπτομερή ρύθμιση των δεδομένων εκπαίδευσης και τις δημοσιεύσεις. Υπάρχει διαφάνεια, ώστε οι ερευνητές να μπορούν να εντοπίσουν γιατί χρησιμοποιήθηκαν ορισμένα πράγματα όσον αφορά τα δεδομένα ή την αρχιτεκτονική του μοντέλου”.

Σε συνέχεια της επιτυχίας του μοντέλου γεωχωρικών βάσεων, η NASA και η IBM Research συνεχίζουν τη συνεργασία τους για τη δημιουργία ενός νέου, παρόμοιου μοντέλου για μελέτες καιρού και κλίματος. Συνεργάζονται με το Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge (ORNL), την NVIDIA και διάφορα πανεπιστήμια για να υλοποιήσουν αυτό το μοντέλο.

Αυτή τη φορά, το κύριο σύνολο δεδομένων θα είναι το Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications, Version 2 (MERRA-2), μια τεράστια συλλογή δεδομένων ατμοσφαιρικής αναανάλυσης που εκτείνεται από το 1980 έως σήμερα. Όπως και το μοντέλο γεωχωρικών βάσεων, το μοντέλο καιρού και κλίματος αναπτύσσεται με μια προσέγγιση ανοικτής επιστήμης και θα είναι διαθέσιμο στο κοινό στο εγγύς μέλλον.

Για την κάλυψη όλων των πτυχών της επιστήμης της Γης θα χρειάζονταν πολλά θεμελιώδη μοντέλα που θα εκπαιδεύονταν σε διαφορετικούς τύπους συνόλων δεδομένων. Ωστόσο, ο Maskey πιστεύει ότι αυτά τα μελλοντικά μοντέλα θα μπορούσαν κάποτε να συνδυαστούν σε ένα ολοκληρωμένο μοντέλο, οδηγώντας σε έναν “ψηφιακό δίδυμο” της Γης που θα παρέχει απαράμιλλη ανάλυση και προβλέψεις για όλα τα είδη κλιματικών και περιβαλλοντικών συμβάντων.

Όποιες καινοτομίες και αν επιφυλάσσει το μέλλον, τα μοντέλα της NASA και της IBM για τη γεωχωρική και κλιματική θεμελίωση θα επιτρέψουν άλματα στην επιστήμη της Γης όπως ποτέ άλλοτε.

Αν και τα ισχυρά εργαλεία τεχνητής νοημοσύνης θα ενισχύσουν το έργο των ερευνητών, η αφοσίωση της ομάδας στην ανοικτή επιστήμη υπερφορτώνει τις δυνατότητες για ανακαλύψεις, επιτρέποντας σε οποιονδήποτε να θέσει αυτά τα εργαλεία σε εφαρμογή και να ανοίξει το δρόμο για πρωτοποριακή έρευνα που θα συμβάλει στην καλύτερη φροντίδα του πλανήτη.

• NASA
• Γη
• Τεχνητή Νοημοσύνη