Stellen Sie sich vor, Sie könnten einen Chatbot fragen: „Können Sie mir eine äußerst genaue Klassifizierungskarte des Pflanzenanbaus in Kenia erstellen?“ oder „Sinken Gebäude in meiner Straße?“ Und stellen Sie sich vor, dass die zurückkommenden Informationen wissenschaftlich fundiert sind und auf verifizierten Erdbeobachtungsdaten basieren.

Die ESA arbeitet gemeinsam mit Technologiepartnern daran, ein solches Werkzeug Wirklichkeit werden zu lassen, indem sie KI-Anwendungen entwickelt, die den Informationsabruf in der Erdbeobachtung revolutionieren werden.

Eine digitale Hilfe für Daten

Durch die Erdbeobachtung werden jeden Tag riesige Mengen an lebenswichtigen Daten generiert, aber für den Menschen allein ist es schwierig sicherzustellen, dass wir aus diesen Daten den größtmöglichen Nutzen ziehen. Glücklicherweise hilft KI bei der Interaktion mit solch großen und komplexen Datensätzen, bei der Identifizierung wichtiger Merkmale und bei der Darstellung der Informationen in einem benutzerfreundlichen Format.

I*STAR beispielsweise, eine vom ESA-InCubed-Programm mitfinanzierte Aktivität, hat eine Plattform entwickelt, die mithilfe von KI aktuelle Ereignisse wie Erdbeben oder Vulkanausbrüche überwacht, sodass Satellitenbetreiber automatisch die nächsten Datenerfassungen für Kunden planen können.

Das ebenfalls von InCubed unterstützte KI-Tool SaferPlaces erstellt Hochwasserkarten für Katastrophenschutzteams, indem es In-situ-Messungen mit Satellitendaten zusammenführt. SaferPlaces war entscheidend für die Schadensbewertung während der Überschwemmungen im letzten Jahr in der Emilia-Romagna in Italien.

In den letzten Jahren hat sich der Fortschritt der KI enorm beschleunigt, wobei der Fortschritt von Tools wie ChatGPT und Gemini selbst Experten auf diesem Gebiet überrascht. Um diese transformative Innovation zu nutzen und die durch diese Technologie eröffneten Möglichkeiten zu nutzen, besteht ein natürlicher nächster Schritt darin, eine textbasierte Anfrage im ChatGPT-Stil mit Erdbeobachtungsdaten zu erstellen.

Zusammen mit verschiedenen Partnern aus den Bereichen Raumfahrt, Informatik und Meteorologie entwickelt die ESA derzeit einen digitalen Assistenten für die Erdbeobachtung, der menschliche Anfragen versteht und mit menschenähnlichen Antworten antwortet – sogenannte natürliche Sprachfähigkeiten.

Es überrascht jedoch nicht, dass für die Erstellung eines solchen digitalen Assistenten eine Reihe von Puzzleteilen vervollständigt werden müssen, angefangen bei dem Kraftpaket, das ihm zugrunde liegt, dem Basismodell.

Der Motor dröhnt unter der Motorhaube

KI-Modelle funktionieren durch Training und Verbesserung im Laufe der Zeit, aber beim traditionelleren maschinellen Lernen muss die Maschine mit großen Datensätzen gefüttert werden, die häufig von einem Menschen gekennzeichnet wurden.

Geben Sie Stiftungsmodelle ein, die einen ganz anderen Ansatz verfolgen. Ein Basismodell ist ein maschinelles Lernmodell, das weitgehend ohne menschliche Aufsicht auf umfangreichen und unterschiedlichen Quellen unbeschrifteter Daten trainiert. Foundation-Modelle sind recht allgemein gehalten, können aber auf spezifische Anwendungen zugeschnitten werden.

Das Ergebnis ist eine flexible, leistungsstarke KI-Engine, und seit ihrer Einführung im Jahr 2018 haben Grundlagenmodelle zu einem enormen Wandel im maschinellen Lernen beigetragen, der sich auf viele Branchen und die Gesellschaft insgesamt auswirkt.

Das ESA Φ-lab führt mehrere laufende Initiativen zur Erstellung von Fundamentmodellen für erdbeobachtungsbezogene Aufgaben durch. Diese Modelle nutzen Daten, um Informationen zu umweltkritischen Themen wie Methanlecks und der Eindämmung extremer Wetterereignisse bereitzustellen.

Ein Stiftungsmodellprojekt, PhilEO, startete Anfang 2023 und erreicht nun seine Reife. Ein auf globalen Copernicus Sentinel-2-Daten basierender Bewertungsrahmen und bald auch das PhilEO-Modell selbst werden der Erdbeobachtungsgemeinschaft zur Verfügung gestellt, um einen kollaborativen Ansatz anzuregen, die Entwicklung auf diesem Gebiet voranzutreiben und sicherzustellen, dass das abgeleitete Grundlagenmodell umfassend validiert wird.

Das Bild oben zeigt die Richat-Struktur, die Art von Merkmal, die das PhilEO-Modell gelernt hat, ohne menschliche Aufsicht zu erkennen.

Die menschliche Schnittstelle

Verschiedene ESA-Initiativen befassen sich mit dem menschlichen Teil des Puzzles – der Entwicklung eines digitalen Assistenten, der eine Frage eines Benutzers in natürlicher Sprache entgegennimmt, die richtigen Daten mithilfe von Erdbeobachtungsbasismodellen verarbeitet und die Antwort in Text und/oder Bildern liefert.

A Vorläufer digitaler Zwilling der Erde hat kürzlich gezeigt, dass sein Prototyp eines digitalen Assistenten multimodale Aufgaben ausführen kann, indem er mehrere Datenarchive wie Sentinel-1 und 2 durchsucht, um Informationen zu vergleichen.

Eine ESA-Φ-Lab-Aktivität, die im April beginnen soll, wird sich mit der Verarbeitung natürlicher Sprache zum Extrahieren und Analysieren von Informationen aus verifizierten Erdbeobachtungstextquellen sowie mit der Interpretation von Anfragen sowohl von Experten als auch von allgemeinen Benutzern befassen. Diese Aktivität wird letztendlich zur Schaffung eines voll funktionsfähigen digitalen Assistenten führen.

„Das Konzept eines digitalen Erdbeobachtungsassistenten, der ein breites Spektrum an Erkenntnissen aus unterschiedlichen Quellen liefern kann, ist eine verlockende Aussicht, und wie diese Initiativen zeigen, müssen eine Reihe grundlegender Bausteine ​​eingesetzt werden, um dieses Ziel zu erreichen“, kommentiert er Leiter des ESA-Φ-Labors Giuseppe Borghi.

„Angesichts der äußerst ermutigenden Fortschritte, die bereits mit PhilEO und dem Vorläufer des digitalen Assistenten erzielt wurden, erwarte ich voll und ganz, dass die neuen Projekte in naher Zukunft bahnbrechende Ergebnisse liefern werden.“