با توجه به نیاز فوری به افزایش و امنیت بهتر تامین مواد معدنی حیاتی، آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (دارپا) با سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده (USGS) برای راه‌اندازی همکاری کرده است. هوش مصنوعی برای رقابت ارزیابی مواد معدنی حیاتی در آگوست 2022
این مشارکت به USGS کمک می کند تا بیش از 50 ارزیابی حیاتی منابع معدنی را برای حمایت از برنامه ریزی اقتصادی و تصمیم گیری در مورد استفاده از زمین انجام دهد. برای انجام این کار، USGS از بیش از یک قرن داده های انباشته شده استفاده می کند، که عمدتاً در نقشه ها و گزارش های زمین شناسی موجود است، که مبنای اساسی برای برآورد این منابع را فراهم می کند.
استخراج اطلاعات مفید و دقیق از این نقشه ها فرآیندی زمان بر و پر زحمت است که مستلزم تلاش دستی انسان است. در واقع، یک ارزیابی معمولی مهم معدنی تقریباً دو سال طول می کشد تا آماده شود. این به این دلیل است که کاتالوگ نقشه USGS از بیش از 100000 نقشه زمین شناسی تشکیل شده است. تنها حدود 10 درصد از این تصاویر به صورت جغرافیایی ارجاع داده شده در دسترس هستند و تنها نیمی از آنها فایل های برداری کاملا دیجیتالی هستند که برای تجزیه و تحلیل مورد نیاز هستند. همه چیزهای دیگر – 90٪ از داده ها – شامل تصاویر اسکن شده از کارت های کاغذی است.
هدف از این مسابقه جمع آوری ایده هایی بود که می توانست به طور چشمگیری زمان لازم برای تکمیل بخش های ارزیابی را با استفاده از هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی برای خودکارسازی فرآیندهای کلیدی کاهش دهد.
گفت: «این رقابت فرصتی ارزشمند برای USGS بود تا با ذهن‌های پیشرو در زمینه هوش مصنوعی کار کند تا رویکرد ما به ارزیابی‌های مهم مواد معدنی را بهبود بخشد». دیوید اپلگیت، مدیر USGS. “این قبلاً منجر به صرفه جویی در زمان باورنکردنی در روش آماده سازی داده ها در قالب قابل خواندن توسط ماشین شده است. علاوه بر این، این مدل‌های یادگیری ماشینی پیامدهایی فراتر از منابع معدنی در زمینه‌های دیگر دارند که از داده‌های نقشه‌برداری استفاده می‌کنند، از جمله نقشه‌برداری زمین‌شناسی، نقشه‌برداری اکولوژیکی تنوع گونه‌ها، و بسیاری از حوزه‌های کاربردی دیگر.
گفت: “ما انتظار داریم که تجربه ما به عنوان یک نقشه راه برای همکاری بین سازمانی آینده باشد، جایی که یادگیری ماشین می تواند برای مشکلات دنیای واقعی اعمال شود.” بارت راسل، معاون دفتر علوم دفاعی دارپا.
پس از تجزیه و تحلیل گردش کار ارزیابی مواد معدنی، دارپا و پیمانکاران آن MITER و آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا دریافتند که بیشترین پتانسیل برای تأثیر کوتاه مدت و تاثیر زیاد در رسیدگی به نیازهای داده مربوط به ارجاع جغرافیایی و استخراج ویژگی های زمین شناسی فردی موجود در نقشه های USGS است. به این ترتیب، رقابت به دو چالش فرعی جداگانه تقسیم شد. در مجموع 18 تیم از صنعت، دانشگاه و حتی یک دانش آموز دبیرستانی برای دریافت جوایز نقدی 10000 دلاری برای مقام اول، 3000 دلاری برای رتبه دوم و 1000 دلاری برای سوم رقابت کردند.
برای چالش مکان‌یابی نقشه، شرکت‌کنندگان موظف شدند نقشه‌ای را در یک تصویر اسکن شده بیابند و آن را با تراز کردن نقاط مرجع با نقشه‌های پایه، مانند خطوط شبکه، توپوگرافی، مرزهای اداری، جاده‌ها یا شهرها، به زمین ارجاع دهند. یک شرکت کانادایی، Uncharted، جایزه برتر را برای راه حل ساده، تمیز و سازمان یافته خود دریافت کرد. شرکت آمریکایی Jataware مقام دوم و “Team Ptolemy” با اعضایی از موسسه فناوری ماساچوست، دانشگاه آریزونا و دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا رتبه سوم را کسب کردند.
برای چالش استخراج ویژگی نقشه، از شرکت کنندگان خواسته شد تا ویژگی های شناسایی شده در افسانه نقشه تصویر را استخراج کنند. دانشجویان و اساتید مؤسسه علوم اطلاعات دانشگاه کالیفرنیای جنوبی و دانشگاه مینه‌سوتا با هم متحد شدند و رتبه اول را برای راه حل برجسته خود برای استخراج ویژگی‌های خطی و همچنین چند ضلعی‌ها و نقاط کسب کردند. “Team ICM” از دانشگاه ایلینوی مقام دوم را به خود اختصاص داد و پس از آن Uncharted سوم شد.
در طول مسابقه، شرکت کنندگان حداکثر هشت هفته فرصت داشتند تا هر چالش را تکمیل کنند. هر هفته آنها این فرصت را داشتند که نتایج خود را در یک مجموعه داده اعتبارسنجی کور ارسال کنند تا صحت کد خود را آزمایش کنند. در هفته پایانی هر چالش، شرکت‌کنندگان مجموعه‌ای از داده‌ها را برای ارزیابی کاملاً کور دریافت کردند و 24 ساعت فرصت داشتند تا کد و مستندات دقیق رویکرد خود را پردازش و ارسال کنند، که توسط کارشناسان USGS، MITER و پیشرانه جت ناسا ارزیابی شد. آزمایشگاه، که راه حل ها را برای دقت/قابلیت استفاده بررسی کرد.
برای برآورده ساختن استانداردهای باکیفیت مورد نیاز USGS، راه حل های حاصل نیاز به ارزیابی و توسعه بیشتر دارند تا عملیاتی شوند. کارشناسان USGS قصد دارند بهترین عناصر اظهارات را در یک راه حل قابل اجرا برای گردش کار ارزیابی مواد معدنی و به طور بالقوه برای ارزیابی های دیگر حوزه ماموریت در آژانس ادغام کنند.
علاوه بر شناسایی رویکردهای جدید برای این مشکل، مقامات دارپا به این رقابت ها به عنوان الگویی برای دسترسی شرکای انتقالی به پایگاه پیمانکاری آژانس نگاه می کنند.
برای شنیدن بیشتر در مورد رقابت، از جمله دیدگاه های اعضای تیم های برنده، به Voices از پادکست DARPA قسمت 63 گوش دهید.نقشه های بسیار زیاد، زمان بسیار کم: استفاده از هوش مصنوعی برای یافتن مواد معدنی حیاتی.فهرستی از برندگان را می توان در این آدرس یافت وب سایت دارپا.
