Massachusetts Institute of Technology: un nuovo set di dati di immagini dell’Artico stimolerà la ricerca sull’intelligenza artificiale

Oct 31, 2023

Mentre la rompighiaccio Healy della Guardia Costiera degli Stati Uniti (USCG) prende parte a un viaggio attraverso il Polo Nord quest'estate, sta catturando immagini dell'Artico per approfondire lo studio di questa regione in rapido cambiamento. I ricercatori del Lincoln Laboratory hanno installato un sistema di telecamere a bordo della Healy mentre si trovava nel porto di Seattle prima che la nave si imbarcasse in una missione scientifica di tre mesi l'11 luglio. Il set di dati risultante, che sarà uno dei primi nel suo genere, verrà utilizzato per sviluppare artificiali strumenti di intelligence in grado di analizzare le immagini dell’Artico. “Questo set di dati non solo può aiutare i marinai a navigare in modo più sicuro e a operare in modo più efficiente, ma aiuta anche a proteggere la nostra nazione fornendo una consapevolezza critica del dominio marittimo e una migliore comprensione di come l’analisi dell’intelligenza artificiale può essere utilizzata questo ambiente impegnativo e unico", afferma Jo Kurucar, ricercatore del AI Software Architectures and Algorithms Group del Lincoln Laboratory, che ha guidato questo progetto. Mentre il pianeta si riscalda e il ghiaccio marino si scioglie, i passaggi artici si stanno aprendo a più traffico, sia alle navi militari e navi che praticano la pesca illegale. Questi movimenti possono porre sfide alla sicurezza nazionale degli Stati Uniti. L’Artico in apertura lascia anche domande su come stanno cambiando il clima, la fauna selvatica e la geografia. Oggi esistono pochissimi set di dati di immagini dell’Artico per studiare questi cambiamenti. Le immagini dall'alto provenienti da satelliti o aerei possono fornire solo informazioni limitate sull'ambiente. Una telecamera rivolta verso l'esterno collegata a una nave può catturare più dettagli dell'ambientazione e diversi angoli degli oggetti, come altre navi, nella scena. Questi tipi di immagini possono quindi essere utilizzati per addestrare gli strumenti di visione artificiale dell’intelligenza artificiale, che possono aiutare l’USCG a pianificare missioni navali e automatizzare l’analisi. Secondo Kurucar, le risorse dell'USCG nell'Artico sono sparse e possono trarre grandi benefici dagli strumenti di intelligenza artificiale, che possono agire come moltiplicatore di forza. L'Healy è il rompighiaccio più grande e tecnologicamente avanzato dell'USCG. Considerata la sua missione attuale, era un candidato adatto ad essere dotato di un nuovo sensore per raccogliere questo set di dati. Il team di ricerca del laboratorio ha collaborato con il Centro di ricerca e sviluppo dell'USCG per determinare i requisiti del sensore. Insieme, hanno sviluppato la Cold Region Imaging and Surveillance Platform (CRISP). “Il Lincoln Laboratory ha un ottimo rapporto con la Guardia Costiera, in particolare con il Centro di ricerca e sviluppo. Nel corso di un decennio, abbiamo stabilito legami che hanno consentito l’implementazione del sistema CRISP”, afferma Amna Greaves, responsabile del progetto CRISP e assistente leader nell’AI Software Architectures and Algorithms Group. “Abbiamo forti legami non solo grazie ai veterani dell’USCG che lavorano nel laboratorio e nel nostro gruppo, ma anche perché le nostre missioni tecnologiche sono complementari. Oggi stava implementando il rilevamento a infrarossi nell’Artico; domani potrebbe utilizzare cani robot quadrupedi su un cutter a risposta rapida. Il sistema CRISP comprende una telecamera a infrarossi a onde lunghe, prodotta da Teledyne FLIR (per infrarossi lungimiranti), progettata per ambienti marittimi difficili. La fotocamera può stabilizzarsi in caso di mare mosso e riprendere immagini in completa oscurità, nebbia e abbagliamento. È abbinato a un orologio sincronizzato con l'ora abilitato al GPS e a un videoregistratore di rete per registrare sia video che immagini fisse insieme ai dati di posizione GPS. La telecamera è montata nella parte anteriore del fly bridge della nave e i componenti elettronici sono alloggiati in un robusto rack sul ponte. Il sistema può essere azionato manualmente dalla plancia o posto in modalità di sorveglianza autonoma, in cui esegue lentamente la panoramica avanti e indietro, registrando 15 minuti di video ogni tre ore e un'immagine fissa una volta ogni 15 secondi.“L'installazione dell'attrezzatura è stata un'esperienza unica e divertente. Come per ogni buon progetto, le nostre aspettative riguardo all'installazione non hanno soddisfatto la realtà”, afferma Michael Emily, l'amministratore dei sistemi IT del progetto che si è recato a Seattle per l'installazione. Lavorando con l'equipaggio della nave, il team del laboratorio ha dovuto adattare rapidamente il percorso dei cavi dalla telecamera alla stazione di osservazione dopo aver scoperto che i punti di accesso previsti non erano in realtà accessibili. "Abbiamo fatto realizzare cavi da 100 piedi per questo progetto proprio in caso di questo tipo di scenario, il che è stato positivo perché avevamo solo pochi centimetri di riserva", afferma Emily. Il team del progetto CRISP prevede di rilasciare pubblicamente il set di dati, si prevede che avrà una dimensione di circa 4 terabyte, una volta che la missione scientifica dell'USCG si concluderà in autunno. L'obiettivo nel rilasciare il set di dati è consentire alla comunità di ricerca più ampia di sviluppare strumenti migliori per coloro che operano nell'Artico, soprattutto perché questa regione diventa più navigabile . “La raccolta e la pubblicazione dei dati consente progressi più rapidi e maggiori di quelli che potremmo realizzare da soli”, aggiunge Kurucar. "Consente inoltre al laboratorio di impegnarsi in applicazioni di intelligenza artificiale più avanzate mentre altri fanno progressi più incrementali utilizzando il set di dati." Oltre a fornire il set di dati, il team del laboratorio prevede di fornire un modello di rilevamento degli oggetti di base, da cui altri possono fare progressi sui propri modelli. Le applicazioni di intelligenza artificiale più avanzate pianificate per lo sviluppo sono classificatori per oggetti specifici nella scena e la capacità di identificare e tracciare oggetti attraverso le immagini. Oltre a fornire assistenza nelle missioni USCG, questo progetto potrebbe creare un set di dati influente per i ricercatori che desiderano applicare l'intelligenza artificiale ai dati dell'Artico per aiutare a combattere il cambiamento climatico, afferma Paul Metzger, che guida il gruppo AI Software Architectures and Algorithms. Metzger aggiunge che il gruppo è stato onorato di far parte di questo progetto ed è entusiasta di vedere i progressi che derivano dall'applicazione dell'intelligenza artificiale alle nuove sfide che devono affrontare dagli Stati Uniti: “Sono estremamente orgoglioso di come il nostro gruppo applica l’intelligenza artificiale alle sfide di massima priorità nella nostra nazione, dalla previsione delle epidemie di Covid-19 all’assistenza al Comando europeo statunitense nel sostegno all’Ucraina, fino all’impiego dell’intelligenza artificiale nel Artico per la consapevolezza marittima”. Una volta che il set di dati sarà disponibile, potrà essere scaricato gratuitamente sul sito web del set di dati del Lincoln Laboratory.