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Digital Twin Earth, per studiare la Terra.

Digital Twin Earth, per studiare la Terra.

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L’evento della Φ settimana dell’ESA nel 2020 è iniziato questa mattina con una serie di stimolanti discorsi su Digital Twin Earth, aggiornamenti su Φ-sat-1, che è stato lanciato con successo in orbita all’inizio di questo mese, e una nuova entusiasmante iniziativa che coinvolge il quantum computing.

Redazione. (Fonte: ESA)

Digital Twin Earth

La terza edizione dell’evento di Φ settimane, interamente virtuale, si concentra su come l’osservazione della Terra può contribuire al concetto di Digital Twin Earth, una replica digitale dinamica del nostro pianeta che imita accuratamente il comportamento della Terra. Costantemente aggiornato dai dati forniti dalla osservazione della Terra, combinati con misurazioni in situ e intelligenza artificiale, il Digital Twin Earth fornisce una rappresentazione accurata dei cambiamenti passati, presenti e futuri del nostro mondo.

Digital Twin Earth aiuterà a visualizzare, monitorare e prevedere l’attività naturale e umana sul pianeta. Il modello sarà in grado di monitorare la salute del pianeta, eseguire simulazioni del sistema interconnesso della Terra con il comportamento umano e supportare il campo dello sviluppo sostenibile, rafforzando quindi gli sforzi dell’Europa per un ambiente migliore al fine di rispondere alle sfide e agli obiettivi urgenti fissati nel Green Deal.

La sessione di oggi si è aperta con le stimolanti dichiarazioni del Direttore Generale dell’ESA, Jan Wörner, del Direttore dei Programmi di Osservazione della Terra dell’ESA, Josef Aschbacher, Direttore Generale dell’ECMWF, Florence Rabier, Vicedirettore Generale della Commissione Europea per l’Industria della Difesa e lo Spazio, Pierre Delsaux, nonché il Direttore Generale di DG CONNECT presso la Commissione Europea, Roberto Viola.

Pierre Delsaux ha commentato: “Come ha ripetuto di recente il nostro presidente della Commissione europea durante il suo discorso sullo stato dell’Unione, è chiaro che dobbiamo affrontare il cambiamento climatico. Il programma Copernicus ci offre alcuni dei migliori strumenti, i satelliti, per darci un quadro completo della salute del nostro pianeta. Ma lo spazio non è solo uno strumento di monitoraggio, si tratta anche di soluzioni applicate alla nostra economia per renderla più verde e più digitale “.

Roberto Viola ha dichiarato: “Φ-week è la settimana per la tecnologia dirompente ed è per comunità come questa che i nostri programmi europei sono stati progettati per supportare”.

Florence Rabier ha aggiunto: “L’apprendimento automatico e l’intelligenza artificiale potrebbero migliorare il realismo e l’efficienza del Digital Twin Earth, soprattutto per eventi meteorologici estremi e modelli di previsione numerica”.

Jan Wörner ha concluso: “Φ-week è l’esempio perfetto dell’approccio New Space incentrato su innovazione dirompente, intelligenza artificiale, agilità e flessibilità”.

Durante la settimana, esperti si riuniranno per discutere il ruolo dell’intelligenza artificiale per il concetto di Digital Twin Earth, la sua implementazione pratica, i requisiti infrastrutturali necessari per costruire il Digital Twin Earth e presentare idee su come le industrie e la comunità scientifica possono contribuire. Leggi il programma completo di Φ settimane . 

All’inizio di questo mese, il 3 settembre, la prima tecnologia di intelligenza artificiale (AI) trasportata a bordo di una missione europea di osservazione della Terra, ɸ-sat-1, è stata lanciata dallo spazioporto europeo nella Guyana francese. Un miglioramento della missione Federated Satellite Systems (FSSCat), la pionieristica tecnologia di intelligenza artificiale è il primo esperimento per migliorare l’efficienza dell’invio di grandi quantità di dati sulla Terra.

Oggi, l’ESA, insieme al telerilevamento del coseno, è lieta di rivelare la prima inferenza AI in assoluto con accelerazione hardware delle immagini di osservazione della Terra su un satellite in orbita, eseguita da una rete neurale convoluzionale profonda, sviluppata dall’Università di Pisa.

ɸ-sat-1 ha abilitato con successo il prefiltraggio dei dati di osservazione della Terra in modo che solo la parte rilevante dell’immagine con informazioni utilizzabili sia collegata al suolo, migliorando così l’utilizzo della larghezza di banda e riducendo significativamente i costi aggregati di downlink.

I dati iniziali trasferiti dal satellite hanno mostrato che l’algoritmo di rilevamento automatico delle nuvole alimentato da AI ha ordinato correttamente le immagini di osservazione della Terra iperspettrali dal sensore del satellite in pixel nuvolosi e non nuvolosi. 

Massimiliano Pastena, Ф-sat-1 Technical Officer presso ESA, ha commentato: “Siamo appena entrati nella storia dello spazio”.

L’applicazione di successo di oggi della tecnologia Ubotica Artificial Intelligence, che è alimentata dall’unità di elaborazione della visione Intel Movidius Myriad 2, ha dimostrato una reale autonomia di elaborazione dei dati a bordo.

Aubrey Dunne, co-fondatore e vicepresidente dell’ingegneria di Ubotica Technologies, ha dichiarato: “Siamo molto entusiasti di essere una parte fondamentale di quella che, a nostra conoscenza, è la prima dimostrazione in assoluto dell’IA applicata ai dati di osservazione della Terra su un satellite volante. Questo è un momento di svolta sia per l’elaborazione a bordo dei dati satellitari, sia per il futuro dell’inferenza dell’IA nelle applicazioni orbitali “. 

Come vincitore assoluto del Copernicus Masters 2017, FSSCat, è stato proposto dall’Universitat Politècnica de Catalunya in Spagna e sviluppato da un consorzio di aziende e istituti europei tra cui Tyvak International.

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Informatica quantistica

Menzionato anche nel suo discorso di apertura di questa mattina, Josef Aschbacher ha fatto un annuncio speciale in merito a una nuova entusiasmante iniziativa dell’ESA, la “EOP AI-Enhanced Quantum Initiative for EO – QC4EO” in collaborazione con l’Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN).

Il quantum computing ha il potenziale per migliorare le prestazioni, ridurre i costi computazionali e risolvere problemi precedentemente intrattabili nell’osservazione della Terra sfruttando fenomeni quantistici come la sovrapposizione, l’entanglement e il tunneling.

L’iniziativa prevede la creazione di una capacità quantistica che avrà la capacità di risolvere impegnativi problemi di osservazione della Terra utilizzando l’intelligenza artificiale per supportare programmi come Digital Twin Earth e Copernicus. L’iniziativa sarà sviluppata presso il Φ-lab – un laboratorio ESA presso il centro ESA per l’osservazione della Terra in Italia, che abbraccia l’innovazione trasformazionale nell’osservazione della Terra.

L’ESA e il CERN godono di una collaborazione di lunga data, incentrata su questioni tecnologiche e fisica fondamentale. Questa collaborazione sarà estesa al collegamento alla Quantum Technology Initiative del CERN , annunciata a giugno 2020 dal Direttore Generale del CERN, Fabiola Gianotti.

Attraverso questa partnership, ESA e CERN creeranno nuove sinergie, basandosi sulla loro esperienza comune nei big data, nel data mining e nel riconoscimento di pattern.

Giuseppe Borghi, capo del Φ-lab, ha affermato: “L’informatica quantistica insieme all’intelligenza artificiale sono forse la svolta più promettente per la tecnologia informatica. Nei prossimi anni, vedremo più discipline scientifiche della Terra o dello spazio che impiegano tecniche di calcolo quantistico attuali o future per risolvere i problemi della geoscienza “.

Josef Aschbacher ha aggiunto: “L’ESA sfrutterà l’ampia gamma di competenze specialistiche disponibili presso l’ESA e ci collocheremo in una posizione unica e assumeremo un ruolo di primo piano nello sviluppo delle tecnologie quantistiche nel dominio dell’osservazione della Terra”.

Alberto Di Meglio, Coordinatore della Quantum Technology Initiative del CERN, ha affermato: “Le tecnologie quantistiche sono un campo di ricerca in rapida crescita e le loro applicazioni hanno il potenziale per rivoluzionare il modo in cui facciamo scienza. Prepararsi a quel cambio di paradigma, costruendo conoscenze e strumenti, è essenziale. Questa nuova collaborazione sulle tecnologie quantistiche è una grande promessa “.

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