Mientras el rompehielos Healy de la Guardia Costera de EE. UU. (USCG) participa en un viaje a través del Polo Norte este verano, está capturando imágenes del Ártico para avanzar en el estudio de esta región que cambia rápidamente. Los investigadores del Laboratorio Lincoln instalaron un sistema de cámara a bordo del Healy mientras se encontraba en el puerto de Seattle antes de embarcarse en una misión científica de tres meses el 11 de julio. El conjunto de datos resultante, que será uno de los primeros de su tipo, se utilizará para desarrollar herramientas de inteligencia artificial que puedan analizar imágenes del Ártico.
«Este conjunto de datos no solo puede ayudar a los navegantes a navegar de manera más segura y operar de manera más eficiente, sino que también ayuda a proteger a nuestra nación al proporcionar un conocimiento del dominio marítimo crítico y una mejor comprensión de cómo el análisis de IA puede aplicarse en este entorno desafiante y único», dice Jo Kurucar, investigador del Grupo de Algoritmos y Arquitecturas de Software de IA de Lincoln Laboratory, que dirigió este proyecto.
A medida que el planeta se calienta y el hielo marino se derrite, los pasajes del Ártico se abren a más tráfico, tanto para embarcaciones militares como para barcos que practican la pesca ilegal. Estos movimientos pueden plantear desafíos de seguridad nacional para los Estados Unidos. El Ártico inicial también deja preguntas sobre cómo están cambiando su clima, vida silvestre y geografía.
Hoy en día, existen muy pocos conjuntos de datos de imágenes del Ártico para estudiar estos cambios. Las imágenes aéreas de satélites o aviones solo pueden proporcionar información limitada sobre el medio ambiente. Una cámara que mira hacia el exterior conectada a un barco puede capturar más detalles del entorno y diferentes ángulos de los objetos, como otros barcos, en la escena. Estos tipos de imágenes se pueden usar para entrenar herramientas de visión por computadora de IA, que pueden ayudar a la USCG a planificar misiones navales y automatizar el análisis. Según Kurucar, los activos de la USCG en el Ártico están dispersos y pueden beneficiarse enormemente de las herramientas de inteligencia artificial, que pueden actuar como un multiplicador de fuerza.
El Healy es el rompehielos más grande y tecnológicamente avanzado de la USCG. Dada su misión actual, era un candidato adecuado para estar equipado con un nuevo sensor para recopilar este conjunto de datos. El equipo de investigación del laboratorio colaboró con el Centro de Investigación y Desarrollo de la USCG para determinar los requisitos del sensor. Juntos, desarrollaron la Plataforma de Vigilancia e Imagen de la Región Fría (CRISP).
«Lincoln Laboratory tiene una excelente relación con la Guardia Costera, especialmente con el Centro de Investigación y Desarrollo. Durante una década, hemos establecido lazos que permitieron la implementación del sistema CRISP», dice Amna Greaves, líder del proyecto CRISP y líder asistente en el Grupo de Algoritmos y Arquitecturas de Software de IA. «Tenemos fuertes lazos no solo por los veteranos de la USCG que trabajan en el laboratorio y en nuestro grupo, sino también porque nuestras misiones tecnológicas son complementarias. Hoy estaba desplegando sensores infrarrojos en el Ártico; mañana podría estar operando perros robot cuadrúpedos en un cortador de respuesta rápida».
El sistema CRISP consta de una cámara de infrarrojos de onda larga, fabricada por Teledyne FLIR (para infrarrojos con visión de futuro), que está diseñada para entornos marítimos hostiles. La cámara puede estabilizarse en mares agitados e imágenes en completa oscuridad, niebla y deslumbramiento. Se combina con un reloj sincronizado en tiempo habilitado para GPS y una grabadora de video en red para grabar videos e imágenes fijas junto con datos de posición GPS.
La cámara está montada en la parte delantera del puente de vuelo del barco y los componentes electrónicos están alojados en un bastidor resistente en el puente. El sistema se puede operar manualmente desde el puente o se puede colocar en un modo de vigilancia autónomo, en el que avanza y retrocede lentamente, grabando 15 minutos de video cada tres horas y una imagen fija una vez cada 15 segundos.
«La instalación del equipo fue una experiencia única y divertida. Como sucede con cualquier buen proyecto, nuestras expectativas al momento de la instalación no cumplieron con la realidad», dice Michael Emily, administrador de sistemas de TI del proyecto que viajó a Seattle para la instalación. Trabajando con la tripulación del barco, el equipo del laboratorio tuvo que ajustar rápidamente su ruta para pasar los cables desde la cámara hasta la estación de observación después de descubrir que los puntos de acceso previstos no eran accesibles. «Hicimos cables de 100 pies para este proyecto en caso de este tipo de escenario, lo cual fue bueno porque solo teníamos unas pocas pulgadas de sobra», dice Emily.
El equipo del proyecto CRISP planea lanzar públicamente el conjunto de datos, que se prevé que tenga un tamaño de aproximadamente 4 terabytes, una vez que la misión científica de la USCG concluya en el otoño.
El objetivo de publicar el conjunto de datos es permitir que la comunidad de investigación en general desarrolle mejores herramientas para quienes operan en el Ártico, especialmente a medida que esta región se vuelve más navegable. «Recopilar y publicar los datos permite un progreso más rápido y mayor que el que podríamos lograr por nuestra cuenta», agrega Kurucar. «También permite que el laboratorio participe en aplicaciones de IA más avanzadas, mientras que otros realizan avances más incrementales utilizando el conjunto de datos».
Además de proporcionar el conjunto de datos, el equipo de laboratorio planea proporcionar un modelo de detección de objetos de referencia, a partir del cual otros puedan avanzar en sus propios modelos. Las aplicaciones de IA más avanzadas planificadas para el desarrollo son clasificadores de objetos específicos en la escena y la capacidad de identificar y rastrear objetos a través de imágenes.
Más allá de ayudar con las misiones de la USCG, este proyecto podría crear un conjunto de datos influyente para los investigadores que buscan aplicar IA a los datos del Ártico para ayudar a combatir el cambio climático, dice Paul Metzger, quien dirige el Grupo de Algoritmos y Arquitecturas de Software de IA.
Metzger agrega que el grupo se sintió honrado de ser parte de este proyecto y está emocionado de ver los avances que se obtienen al aplicar la IA a los nuevos desafíos que enfrenta Estados Unidos: «Estoy extremadamente orgulloso de cómo nuestro grupo aplica la IA a los desafíos de mayor prioridad en nuestra nación, desde predecir brotes de Covid-19 y ayudar al Comando Europeo de EE. UU. en su apoyo a Ucrania hasta ahora emplear IA en el Ártico para la conciencia marítima».
Una vez que el conjunto de datos esté disponible, se podrá descargar gratis en el sitio web del conjunto de datos del Laboratorio Lincoln.
