Wetenschap
AI for Earth:hoe NASA's kunstmatige intelligentie en open wetenschapsinspanningen de klimaatverandering bestrijden
Nu extreme weersomstandigheden over de hele wereld toenemen als gevolg van de klimaatverandering, is ook de behoefte aan verder onderzoek naar onze opwarmende planeet toegenomen. Voor NASA omvat klimaatonderzoek niet alleen het uitvoeren van studies naar deze gebeurtenissen, maar ook het in staat stellen van externe onderzoekers om hetzelfde te doen. De inspanningen op het gebied van kunstmatige intelligentie (AI) onder leiding van het bureau bieden een krachtig hulpmiddel om deze doelen te bereiken.
In 2023 werkte NASA samen met IBM Research om een AI-geospatiaal basismodel te creëren. Het model is getraind op grote hoeveelheden veelgebruikte Harmonized Landsat- en Sentinel-2 (HLS)-gegevens van NASA en biedt een basis voor een verscheidenheid aan AI-aangedreven onderzoeken om milieu-uitdagingen aan te pakken. In overeenstemming met de principes van open wetenschap is het model voor iedereen vrij toegankelijk.
Funderingsmodellen dienen als basis van waaruit wetenschappers een diverse reeks toepassingen kunnen ontwikkelen, waardoor krachtige en efficiënte oplossingen mogelijk zijn. "Stichtingsmodellen weten alleen welke dingen in de gegevens worden weergegeven", legt Manil Maskey uit, hoofd datawetenschap bij NASA's Office of the Chief Science Data Officer (OCSDO). "Het is net een Zwitsers zakmes:het kan voor meerdere verschillende dingen worden gebruikt."
Zodra een basismodel is gemaakt, kan het op een kleine hoeveelheid gegevens worden getraind om een specifieke taak uit te voeren. Tot nu toe heeft het Interagency Implementation and Advanced Concept Team (IMPACT) samen met medewerkers de mogelijkheden van het geospatiale funderingsmodel gedemonstreerd door het te verfijnen om brandwondenlittekens te detecteren, overstromingswater af te bakenen en gewassen en andere categorieën landgebruik te classificeren. P>
Vanwege de computerbronnen die nodig waren om het initiële basismodel te creëren, was een partnerschap noodzakelijk voor succes. In dit geval bracht NASA de gegevens en wetenschappelijke kennis, terwijl IBM de expertise op het gebied van rekenkracht en AI-algoritmen inbracht. De gedeelde toewijding van het team om hun onderzoek toegankelijk te maken via open science-principes zorgt ervoor dat hun model voor zoveel mogelijk onderzoekers nuttig kan zijn.
"Om een funderingsmodel op schaal te bouwen, realiseerden we ons al vroeg dat het niet haalbaar is voor één instelling om het te bouwen," zei Maskey. "Alles wat we met onze basismodellen hebben gedaan, is opengesteld voor het publiek, van pre-trainingsgegevens, code, best practices, modelgewichten, het verfijnen van trainingsgegevens en publicaties. Er is transparantie, zodat onderzoekers kunnen achterhalen waarom bepaalde dingen werden gebruikt op het gebied van data- of modelarchitectuur."
In navolging van het succes van hun geospatiale basismodel zetten NASA en IBM Research hun samenwerking voort om een nieuw, vergelijkbaar model voor weer- en klimaatstudies te creëren. Ze werken samen met Oak Ridge National Laboratory (ORNL), NVIDIA en verschillende universiteiten om dit model tot leven te brengen.
Deze keer zal de belangrijkste dataset de Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, versie 2 (MERRA-2) zijn, een enorme verzameling atmosferische heranalysegegevens die zich uitstrekken van 1980 tot heden. Net als het geospatiale funderingsmodel wordt het weer- en klimaatmodel ontwikkeld met een open wetenschappelijke benadering, en zal het in de nabije toekomst beschikbaar zijn voor het publiek.
Voor het bestrijken van alle aspecten van de aardwetenschappen zijn verschillende basismodellen nodig die zijn getraind op verschillende soorten datasets. Maskey gelooft echter dat deze toekomstige modellen ooit gecombineerd zouden kunnen worden tot één alomvattend model, wat zou leiden tot een 'digitale tweeling' van de aarde die ongeëvenaarde analyses en voorspellingen zou bieden voor allerlei soorten klimaat- en milieugebeurtenissen.
Welke innovaties de toekomst ook brengt, de geospatiale en klimaatbasismodellen van NASA en IBM zullen sprongen in de aardwetenschappen mogelijk maken als nooit tevoren. Hoewel krachtige AI-tools het werk van onderzoekers zullen verbeteren, vergroot de toewijding van het team aan open wetenschap de mogelijkheden voor ontdekking door iedereen in staat te stellen deze tools in de praktijk te brengen en de weg vrij te maken voor baanbrekend onderzoek om een betere zorg voor de planeet te helpen.