La nueva iniciativa de UC Berkeley utiliza la investigación de IA para resolver problemas climáticos
Durante años, la hidróloga de nieve de UC Berkeley, Manuela Girotto, ha combinado conjuntos de datos dispares de detección remota de satélites en modelos para comprender la nieve como un recurso hídrico. En una era de extrema sequía y cambio climático, su trabajo es cada vez más urgente. UC Berkeley: IA y cambio climático.
Una rápida expansión reciente de las observaciones disponibles desde el espacio podría revelar información importante. Pero integrar esa cantidad de datos en los modelos existentes de los investigadores es difícil. Entonces, cuando la candidata a doctorado en ciencias de la computación de Berkeley, Colorado Reed, preguntó cómo podría ayudar la inteligencia artificial, vio una oportunidad.
“Cambia el valor del trabajo que podría hacer”, dijo Girotto, profesora asistente en el Departamento de Ciencias, Políticas y Gestión Ambiental de Berkely, sobre trabajar con expertos en inteligencia artificial. “Tener a alguien que pueda filtrar y comprender todos los flujos de datos y las otras soluciones de estos productos, nos beneficia. Tiene el potencial de traducir parte de la ciencia esencial que hacemos como investigadores en un contexto más aplicable a la sociedad”.
Girotto es ahora una de varios científicos que trabajan con investigadores de inteligencia artificial como Reed como parte de la nueva Berkeley AI Research Climate Initiative. El centro, que Reed ayuda a liderar, tiene como objetivo crear asociaciones y realizar investigaciones innovadoras de inteligencia artificial al servicio de la solución de uno de los problemas más difíciles de la sociedad: el cambio climático.
“Los investigadores del clima tienen trabajos muy duros. Hay tantos de ellos, y hay mucho clima para observar”, dijo Ritwik Gupta, un organizador de la iniciativa y estudiante de doctorado en ciencias de la computación. “Podemos tomar todos estos datos realmente complicados con los que trabajan los investigadores del clima donde están limitados por la mano de obra y escalarlos usando IA. Nuestro verdadero objetivo es tener un impacto duradero en el mundo”.
La iniciativa climática incluye tres organizaciones, ocho profesores y científicos y 13 investigadores y estudiantes. El centro dirigido por estudiantes es parte de BAIR Open Research Commons de Berkeley AI Research Lab.
BAIR Climate Initiative
La iniciativa surgió del deseo de los organizadores, Reed, Gupta y la candidata a doctorado en informática Medhini Narasimham, de ayudar a abordar el cambio climático, un problema que el presidente Joe Biden ha calificado como “una de las amenazas más apremiantes de nuestro tiempo”.
Si bien las herramientas de inteligencia artificial se utilizan en áreas como la investigación climática, a menudo la investigación inicial de IA se enfoca en cumplir con los “puntos de referencia” u objetivos que no están diseñados intencionalmente para abordar problemas del mundo real. Eso significa que el progreso de la IA a veces puede ser una solución en busca de un problema.
El cambio climático ilustra ese problema. Menos del 1% de las publicaciones presentadas en las tres conferencias de IA más prestigiosas en los últimos 12 años mencionan el “clima”, según muestra una revisión de los estudiantes.
“Si el cambio climático es el problema más apremiante de nuestro tiempo y la IA tiene un papel central que desempeñar en él, entonces, a medida que avanzamos y observamos los principales institutos de IA y laboratorios industriales de todo el mundo, ¿por qué no estamos trabajando en ello?”, preguntó Reed en una presentación de mayo en Berkeley sobre la iniciativa.
“Si el cambio climático es el problema más apremiante de nuestro tiempo y la IA tiene un papel central que desempeñar en él, entonces, a medida que avanzamos y observamos los principales institutos de IA y laboratorios industriales de todo el mundo, ¿por qué no estamos trabajando en ello?”
Para garantizar que su investigación de IA resuelva problemas relevantes, la iniciativa busca socios entre expertos en clima, agencias gubernamentales y la industria. Ya tiene seguidores que están creciendo rápidamente: investigadores de varios campus de la UC y socios de la industria informática están colaborando con la iniciativa. Juntos, identifican un proyecto y objetivos relevantes que son significativos para el clima y la IA, y trabajan para cumplirlos.
Cualquier tecnología o investigación realizada por la iniciativa climática se publicará abiertamente y no tendrá licencia ni propiedad exclusiva, dijo Trevor Darrell, director y cofundador de BAIR y profesor de informática de Berkeley. Es una de varias iniciativas de informática y ciencia de datos relacionadas con el clima que comienzan en el campus.
“Es un problema de IA muy significativo a una escala que no se abordó en los desafíos anteriores que impulsaron la era de Internet-IA, como la construcción de motores de búsqueda y sistemas de percepción que miraban imágenes en la web”, dijo Darrell, asesor de la iniciativa, dijo del cambio climático. “Aquí, en realidad necesitamos tener sistemas que funcionen en el mundo real”.
‘El destino de la nieve’
Uno de los primeros proyectos que aborda la iniciativa es uno con Girotto, ahora asesora del grupo. ‘The Face of Snow’, que es una asociación entre la iniciativa climática, Girotto y otros en Berkeley, el Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), Meta AI y el Center for Western Weather and Water Extremes, ilustra el enfoque de la iniciativa climática.
Los investigadores están utilizando técnicas de inteligencia artificial para combinar mediciones de observaciones de nieve desde aeronaves y una multitud de fuentes de datos satelitales y meteorológicos disponibles abiertamente. Estos datos rastrean la nieve desde cada copo de nieve que cae, hasta cómo se agregan en la capa de nieve y cómo se derriten en los arroyos. Pero dado que cada fuente de datos es diferente, se necesitan nuevos métodos para recopilar toda la información en los datos para proporcionar una vista completa del ciclo de vida de la nieve. Usarán métodos de IA para estimar y predecir cuánta agua hay en la nieve en las montañas de Sierra Nevada y pronosticar lo que eso significa para el flujo de agua en la región.
El estado de la nieve afecta la salud pública y la economía. Aproximadamente 1.200 millones de personas dependen del derretimiento de la nieve en todo el mundo para el consumo de agua u otros fines, dijo Reed en su presentación. Solo las montañas de la Sierra sustentan $50.000 millones en negocios agrícolas y proporcionan el agua de la que depende más de la mitad de la población de California, dijo.
“Abordar el cambio climático es uno de los desafíos más importantes que afronta la humanidad en la actualidad”, dijo Joe Spisak, líder de producto de Meta AI Research, patrocinador del proyecto. “El proyecto Fate of Snow es exactamente el tipo de colaboración que nuestros investigadores creen que tiene el potencial de generar un impacto real en la lucha contra el cambio climático, tanto a corto como a largo plazo”.
“El proyecto Fate of Snow es exactamente el tipo de colaboración que nuestros investigadores creen que tiene el potencial de generar un impacto real en la lucha contra el cambio climático, tanto a corto como a largo plazo”.
No saber la cantidad de nieve en esta área es “un problema persistente”, debido a la falta de capacidades de medición en partes de las montañas, dijo Daniel Feldman, científico del personal de Berkeley Lab. La IA puede ayudar, dijo.
Si bien se enfoca en las montañas de Sierra Nevada, también se podrían usar métodos y enfoques similares para comprender la capa de nieve en otras áreas del mundo, dijo Feldman.
“Entre el 60 el 90 por ciento de la población mundial depende total o parcialmente del agua que se deriva de las montañas. Entonces, realmente necesitamos tener una buena idea de cuánta agua está disponible para los ecosistemas, para la sociedad, especialmente para las poblaciones vulnerables”, dijo Feldman. Refiriéndose a la iniciativa climática general, agregó: “Este es un esfuerzo realmente significativo y del que estoy encantado de ser parte”.