À medida que os fenómenos meteorológicos extremos aumentam em todo o mundo devido às alterações climáticas, a necessidade de mais investigação sobre o aquecimento do nosso planeta também aumentou. Para a NASA, a investigação climática envolve não só a realização de estudos destes eventos, mas também a capacitação de investigadores externos para fazerem o mesmo. Os esforços de inteligência artificial (IA) liderados pela agência oferecem uma ferramenta poderosa para atingir estes objetivos.



Em 2023, a NASA se uniu à IBM Research para criar um modelo de base geoespacial de IA. Treinado com base em grandes quantidades de dados Harmonized Landsat e Sentinel-2 (HLS) amplamente utilizados da NASA, o modelo fornece uma base para uma variedade de estudos alimentados por IA para enfrentar os desafios ambientais. De acordo com os princípios da ciência aberta, o modelo está disponível gratuitamente para acesso de qualquer pessoa.

Os modelos básicos servem como base a partir da qual os cientistas podem desenvolver um conjunto diversificado de aplicações, permitindo soluções poderosas e eficientes. “Os modelos de fundação sabem apenas o que está representado nos dados”, explicou Manil Maskey, líder de ciência de dados do Office of the Chief Science Data Officer (OCSDO) da NASA. "É como um canivete suíço:pode ser usado para várias coisas diferentes."

Depois que um modelo básico é criado, ele pode ser treinado em uma pequena quantidade de dados para executar uma tarefa específica. Até o momento, a Equipe Interagências de Implementação e Conceito Avançado (IMPACT), juntamente com colaboradores, demonstraram as capacidades do modelo de fundação geoespacial, ajustando-o para detectar cicatrizes de queimaduras, delinear águas de enchentes e classificar culturas e outras categorias de uso da terra.

Devido aos recursos computacionais necessários para criar o modelo de base inicial, foi necessária uma parceria para o sucesso. Neste caso, a NASA trouxe os dados e o conhecimento científico, enquanto a IBM trouxe o poder computacional e a experiência em otimização de algoritmos de IA. O compromisso partilhado da equipa em tornar a sua investigação acessível através de princípios de ciência aberta garante que o seu modelo possa ser útil para o maior número possível de investigadores.

“Para construir um modelo básico em escala, percebemos desde o início que não é viável para uma instituição construí-lo”, disse Maskey. "Tudo o que fizemos em nossos modelos básicos foi aberto ao público, desde dados de pré-treinamento, código, práticas recomendadas, pesos de modelo, ajuste fino de dados de treinamento e publicações. Há transparência, para que os pesquisadores possam rastrear o porquê certas coisas foram usadas em termos de dados ou arquitetura de modelo."

Na sequência do sucesso do seu modelo de base geoespacial, a NASA e a IBM Research continuam a sua parceria para criar um modelo novo e semelhante para estudos meteorológicos e climáticos. Eles estão colaborando com o Oak Ridge National Laboratory (ORNL), a NVIDIA e várias universidades para dar vida a esse modelo.

Desta vez, o principal conjunto de dados será a análise retrospectiva da era moderna para pesquisa e aplicações, versão 2 (MERRA-2), uma enorme coleção de dados de reanálise atmosférica que abrange desde 1980 até os dias atuais. Tal como o modelo de base geoespacial, o modelo meteorológico e climático está a ser desenvolvido com uma abordagem de ciência aberta e estará disponível ao público num futuro próximo.

Cobrir todos os aspectos das ciências da Terra exigiria vários modelos básicos treinados em diferentes tipos de conjuntos de dados. No entanto, Maskey acredita que esses modelos futuros poderão algum dia ser combinados num modelo abrangente, levando a um “gémeo digital” da Terra que forneceria análises e previsões sem paralelo para todos os tipos de eventos climáticos e ambientais.

Quaisquer que sejam as inovações que o futuro reserva, os modelos geoespaciais e climáticos da NASA e da IBM permitirão avanços nas ciências da Terra como nunca antes. Embora poderosas ferramentas de IA melhorem o trabalho dos investigadores, a dedicação da equipa à ciência aberta aumenta as possibilidades de descoberta, permitindo que qualquer pessoa coloque essas ferramentas em prática e abra caminho para pesquisas inovadoras que ajudem a cuidar melhor do planeta.

Fornecido pela NASA