L’Agenzia Spaziale Europea guida una rivoluzionaria iniziativa nell’ambito dell’osservazione terrestre, sviluppando insieme a partner internazionali un modello di AI multimodale capace di analizzare il pianeta come mai prima d’ora.
Comprendere a fondo il nostro pianeta attraverso l’intelligenza artificiale: è questo l’ambizioso obiettivo dell’iniziativa guidata dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA), che ha portato al rilascio di TerraMind, un nuovo modello fondazionale open source per l’osservazione della Terra, oggi disponibile su Hugging Face.
Il progetto nasce dalla collaborazione tra ESA e partner di primo piano come IBM Research, il centro di supercalcolo di Jülich (JSC), KP Labs e l’Agenzia Spaziale Tedesca (DLR), e si inserisce in una più ampia strategia per migliorare l’accesso e l’utilizzo dei modelli AI nella comunità scientifica geospaziale.
Un modello per integrare conoscenze e dati globali
Sviluppato su iniziativa dell’ESA, TerraMind affronta una sfida cruciale: mettere in relazione le enormi quantità di dati provenienti da fonti eterogenee – satelliti, sensori, modelli climatici e osservazioni ambientali – per fornire una visione olistica e predittiva del nostro pianeta.
Il modello adotta un’architettura transformer simmetrica encoder-decoder, capace di elaborare input geospaziali a livello di pixel, testo e sequenze temporali. Nonostante l’elevato numero di token utilizzati nell’addestramento (500 miliardi), TerraMind si distingue per efficienza e leggerezza, utilizzando una potenza computazionale fino a 10 volte inferiore rispetto agli standard, con un impatto energetico ridotto.
TerraMesh e la forza dei dati europei
Alla base del progetto c’è TerraMesh, il più grande dataset geospaziale mai realizzato, sviluppato appositamente per TerraMind. Contiene 9 milioni di campioni di dati distribuiti globalmente, spaziotemporalmente allineati e suddivisi in nove modalità, tra cui osservazioni da satellite, geomorfologia, vegetazione, uso del suolo e descrizioni testuali.
“La capacità di TerraMind di acquisire intuitivamente informazioni contestuali e generare scenari inediti rappresenta un passaggio fondamentale per valorizzare i dati ESA. Rispetto ai modelli concorrenti, può offrire una comprensione più approfondita della Terra sia ai ricercatori che alle aziende”, ha sottolineato Simonetta Cheli, direttrice dei programmi di osservazione della Terra dell’ESA e responsabile di ESRIN:
Thinking-in-Modalities: l’innovazione AI targata Europa
Una delle innovazioni chiave di TerraMind è l’introduzione del Thinking-in-Modalities (TiM) Tuning, un approccio ispirato alla catena di pensiero dei modelli linguistici, che permette al modello di autogenerare dati di training aggiuntivi a partire da modalità diverse. Questo consente una ottimizzazione autonoma delle prestazioni, migliorando la precisione in casi d’uso specifici come il rilevamento di corpi idrici o la classificazione del suolo.
Risultati superiori e benchmark ESA
Nel benchmark PANGAEA, adottato dalla comunità scientifica per valutare i modelli AI applicati all’osservazione terrestre, TerraMind ha superato 12 modelli fondazionali concorrenti, distinguendosi in attività cruciali come:
- rilevamento dei cambiamenti ambientali,
- classificazione della copertura del suolo,
- monitoraggio multitemporale e multisensore.
I risultati hanno mostrato un miglioramento delle prestazioni superiore all’8%, rendendo TerraMind uno dei modelli più promettenti nel panorama globale dell’intelligenza artificiale per l’ambiente.
Versatilità e impatto pratico
Dalla previsione della scarsità d’acqua al monitoraggio della biodiversità, TerraMind è in grado di supportare applicazioni critiche per la gestione del territorio e la risposta ai disastri naturali. Prima della sua realizzazione, i dati utili a queste analisi erano frammentati e difficilmente integrabili. Ora, grazie a TerraMind, ricercatori e istituzioni possono operare su una piattaforma unificata e scalabile.
Open Science e futuro sviluppo
Il progetto si inserisce pienamente nell’ambito dell’Open Science europeo, con tutti i modelli disponibili pubblicamente su Hugging Face e sul portale IBM Geospatial Studio. Inoltre, la NASA ha collaborato alla fase di validazione scientifica del modello, confermando il carattere internazionale e interagenziale dell’iniziativa.
Versioni ottimizzate di TerraMind per la risposta alle catastrofi e altri usi strategici saranno rese disponibili a partire dal prossimo mese all’interno del repository IBM Granite Geospatial.
“Questo progetto è un esempio perfetto di come la comunità scientifica, le grandi aziende tecnologiche e gli esperti abbiano collaborato per utilizzare questa tecnologia a vantaggio delle scienze della Terra”, ha affermato Nicolas Longepe, Earth Observation Data Scientist dell’ESA.
Con TerraMind, l’Agenzia Spaziale Europea consolida la propria leadership nel campo dell’osservazione della Terra, dimostrando come l’intelligenza artificiale, se guidata da un approccio aperto, collaborativo e scientificamente rigoroso, possa trasformarsi in uno strumento essenziale per comprendere e proteggere il nostro pianeta.
