A medida que aumentan los fenómenos meteorológicos extremos en todo el mundo debido al cambio climático, también ha aumentado la necesidad de seguir investigando sobre el calentamiento de nuestro planeta. Para la NASA, la investigación climática implica no solo realizar estudios de estos eventos, sino también capacitar a investigadores externos para que hagan lo mismo. Los esfuerzos de inteligencia artificial (IA) encabezados por la agencia ofrecen una poderosa herramienta para lograr estos objetivos.
En 2023, la NASA se asoció con IBM Research para crear un modelo de base geoespacial de IA. Entrenado con grandes cantidades de datos de Landsat armonizado y Sentinel-2 (HLS) de la NASA, el modelo proporciona una base para una variedad de estudios impulsados por IA para abordar los desafíos ambientales. De acuerdo con los principios de la ciencia abierta, el modelo está disponible gratuitamente para que cualquiera pueda acceder a él.
Los modelos básicos sirven como una línea de base a partir de la cual los científicos pueden desarrollar un conjunto diverso de aplicaciones, lo que permite soluciones potentes y eficientes. "Los modelos de la fundación solo saben qué cosas están representadas en los datos", explicó Manil Maskey, líder de ciencia de datos en la Oficina del Director de Datos Científicos (OCSDO) de la NASA. "Es como una navaja suiza: se puede usar para muchas cosas diferentes".
Una vez que se crea un modelo básico, se puede entrenar con una pequeña cantidad de datos para realizar una tarea específica. Hasta la fecha, el Equipo Interinstitucional de Implementación y Concepto Avanzado (IMPACT, por sus siglas en inglés), junto con sus colaboradores, han demostrado las capacidades del modelo de base geoespacial ajustándolo para detectar cicatrices de quemaduras, delinear el agua de inundación y clasificar cultivos y otras categorías de uso de la tierra.
Debido a los recursos computacionales necesarios para crear el modelo de base inicial, era necesaria una asociación para el éxito. En este caso, la NASA aportó los datos y el conocimiento científico, mientras que IBM aportó la potencia de cálculo y la experiencia en la optimización de algoritmos de IA. El compromiso compartido del equipo de hacer que su investigación sea accesible a través de los principios de la ciencia abierta garantiza que su modelo pueda ser útil para el mayor número posible de investigadores.
"Para construir un modelo de cimentación a escala, nos dimos cuenta desde el principio de que no es factible que una institución lo construya", dijo Maskey. "Todo lo que hemos hecho en nuestros modelos básicos ha estado abierto al público, desde los datos previos al entrenamiento, el código, las mejores prácticas, los pesos de los modelos, el ajuste de los datos de entrenamiento y las publicaciones. Hay transparencia, por lo que los investigadores pueden rastrear por qué se usaron ciertas cosas en términos de datos o arquitectura de modelos".
Tras el éxito de su modelo de base geoespacial, la NASA e IBM Research continúan su asociación para crear un nuevo modelo similar para estudios meteorológicos y climáticos. Están colaborando con el Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL), NVIDIA y varias universidades para dar vida a este modelo.
Esta vez, el conjunto de datos principal será el Análisis Retrospectivo de la Era Moderna para Investigación y Aplicaciones, Versión 2 (MERRA-2), una enorme colección de datos de reanálisis atmosférico que abarca desde 1980 hasta la actualidad. Al igual que el modelo geoespacial básico, el modelo meteorológico y climático se está desarrollando con un enfoque de ciencia abierta y estará disponible para el público en un futuro próximo.
Cubrir todos los aspectos de las ciencias de la Tierra requeriría varios modelos básicos entrenados en diferentes tipos de conjuntos de datos. Sin embargo, Maskey cree que esos modelos futuros podrían algún día combinarse en un modelo integral, lo que llevaría a un "gemelo digital" de la Tierra que proporcionaría análisis y predicciones sin precedentes para todo tipo de eventos climáticos y ambientales.
Independientemente de las innovaciones que depare el futuro, los modelos geoespaciales y climáticos de la NASA e IBM permitirán saltos en las ciencias de la Tierra como nunca antes. Aunque las potentes herramientas de IA mejorarán el trabajo de los investigadores, la dedicación del equipo a la ciencia abierta potencia las posibilidades de descubrimiento al permitir que cualquiera ponga en práctica esas herramientas y allanar el camino para una investigación innovadora que ayude a cuidar mejor el planeta.
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