Gemelos virtuales terrestres

Ciencia de datos, Universidad Carlemany

Introducción a los computadores y redes, primer semestre

Alumno: Antonio López García

Fecha de entrega 19-12-2023

Índice

1-Tecnologias emergentes aplicadas

Destination Earth DestineE y Earth-2 de NVIDIA emplean una serie de tecnologías avanzadas para recopilar, procesar y visualizar datos sobre la Tierra. A continuación, se detallan las tecnologías utilizadas y cómo estos proyectos pueden ser complementarios, aprovechando las ventajas de las iniciativas tanto públicas como privadas.

1.1-Recopilación de datos

Datos, IoT y Sensores: Ambos proyectos se benefician de los datos recopilados por una amplia red de sensores, dispositivos IoT como sensores climáticos, satélites públicos, estaciones de monitoreo ambiental, sensores urbanos, bases de datos con registros temporales, climáticos, cartográficos, geológicos, instituciones climáticas, etc.

1.2-Almacenamiento ”lago de datos”, filtrado, mantenimiento de datos

Para un proyecto de esta magnitud se requiere un considerable poder de procesamiento. En el caso de DestinE, instituciones como el Barcelona Supercomputing Center pueden proporcionar recursos computacionales para el almacenamiento, filtrado y mantenimiento de los datos.

NVIDIA, por otro lado, podría colaborar en el filtrado y cálculo en tiempo real de datos con su tecnología GPU, que ha permitido que los modelos de lenguaje AI sean posibles. Esta tecnología es fundamental para analizar y hacer predicciones basadas en los vastos conjuntos de datos.

Tanto la computación en la nube y la tecnología de NVIDIA serían necesarias para simulaciones en tiempo real de realidad Virtual y Aumentada (VR/AR), junto con herramientas de Gis y BIM permitiendo a los usuarios explorar modelos digitales de la Tierra de una manera más interactiva e inmersiva. De esta forma el flujo de datos “machine to machine” sería constante; tanto del cloud computing al “usuario considerando periféricos IOT”, como de “usuarios” a cloud computing.

1.3-Proyectos públicos y privados

La colaboración entre proyectos públicos y privados une los recursos gubernamentales y los recursos financieros del sector privado. Esta sinergia permite un mayor alcance y la posibilidad de probar y perfeccionar soluciones en una escala más amplia, mejorando la eficiencia y eficacia de la ejecución de proyectos. Esta colaboración también permite la diversificación en la aplicación de tecnologías, abarcando desde la gestión ambiental y políticas públicas hasta aplicaciones comerciales y tecnológicas.

Se fomenta la educación y concienciación pública sobre temas críticos del planeta, aprovechando tecnologías como la realidad virtual y aumentada. Además, la colaboración facilita la compartición de riesgos y financiación, en proyectos de esta envergadura, y promueve un ecosistema competitivo y emprendedor.

Por último, estas alianzas pueden fortalecer la responsabilidad social y promover prácticas sostenibles, combinando la eficiencia del sector privado con la orientación social y medioambiental del sector público.

En un proyecto de este calibre toda la investigación de vanguardia, tanto de software como de hardware de cloud computing, tiene que estar presente.

Se crearán nuevos estándares tanto para software (frontend, backend, bases de datos, etc.) como de hardware.

Otro punto importante de destination Earth es su comunidad abierta y colaborativa creada en torno al proyecto destinE community.

Video del proyecto destination Earth:

https://www.youtube.com/watch?v=FKVHZlGqEyw&t=18s

2-Contexto de aplicación

La experiencia se enmarca en un contexto socioeconómico global, involucrando áreas como la gestión ambiental, políticas públicas, prevención de desastres ambientales, estudios demográficos, desarrollo tecnológico, estudios sociológicos, antropológicos, tecnológicos, pedagógicos y del entretenimiento.

Los dos proyectos se centran en el análisis y la simulación detallada del planeta tierra, utilizando tecnologías avanzadas para recopilar, procesar y visualizar datos. Estos proyectos están orientados tanto al sector público como al privado, aprovechando la colaboración entre entidades gubernamentales y empresas tecnológicas para impulsar la innovación, el desarrollo tecnológico, el bienestar social y la sostenibilidad del ecosistema terrestre.

3-Descripción del caso

La creación de una réplica virtual de la tierra tanto el acceso libre a sus datos de creación y simulación, tendría un impacto favorable en todos los ámbitos de la sociedad, tanto científico, social como “político”, entendiendo político como el afán de mejorar la sociedad por parte de los gobiernos.

No sólo el resultado de una tierra virtual será beneficioso, sino que el proceso de su creación puede influir en todos los aspectos de la sociedad y la ciencia; tanto el acceso libre a sus datos brutos, como a los datos ’limpios’, algoritmos de filtrado de datos, herramientas para la creación y uso de la tierra virtual

Al ser libre el acceso a todos los datos, los desarrolladores, científicos, ámbito educativo, ocio, cultura y cualquier persona de a pie podrán utilizar sus conocimientos e inventiva para crear.

Éstos son algunos puntos donde tendrá una importancia relevante la creación de una tierra virtual.

3.1-Observación de la tierra

Permitirá comprender el comportamiento y funcionamiento de cualquier ciencia que estudie el planeta tierra.Los modelos detallados y simulaciones físicas pueden ayudar en la conservación de la biodiversidad, permitiendo a los científicos entender mejor los hábitats, migraciones animales y humanas así como el monitoreo de especies en peligro, los modelos del ciclo del agua, corrientes marinas, movimiento de placas tectónicas, el comportamiento de cualquier fenómeno terrestre desde un punto de vista regional y global.

Con este estudio también se ampliará el entendimiento de lo que es un planeta.

3.2-Investigación urbana y gestión de desastres

Los gobiernos y planificadores urbanos pueden utilizar estos modelos para diseñar ciudades más sostenibles y eficientes, optimizando desde el tráfico hasta el uso de recursos en una ciudad, creando urbes sostenibles y respetuosas con el medio ambiente.

Respuesta a desastres: la simulación de desastres naturales (como huracanes o terremotos) puede mejorar la preparación y la respuesta de emergencia, salvando vidas, especies y reduciendo daños.

3.3-Educación y concienciación pública

Será una poderosa herramienta educativa teniendo una tierra virtual en tiempo real. Los alumnos podrán interiorizar cómo se comporta el planeta y la importancia de cualquier interferencia humana en los ecosistemas terrestres.

Concienciación Pública: la visualización de los efectos del ser humano como la deforestación, pérdida de biodiversidad, especies invasoras, puede aumentar la conciencia pública y promover un comportamiento más sostenible, al ver ante tus ojos cómo se comporta la tierra y sus ecosistemas ante perturbaciones humanas.

Y no olvidemos el arte: factor primordial para la evolución social.

3.4-Innovación en el sector privado

Empresas tecnológicas pueden usar estos datos para desarrollar nuevas aplicaciones y servicios, desde mejoras en la agricultura de precisión, hasta soluciones de energía renovable así como cálculo de rutas aéreas terrestres y marinas, para entender las corrientes marinas y atmosféricas. La creación de experiencias virtuales realistas puede abrir nuevas vías para el turismo virtual y el entretenimiento, reduciendo la huella de carbono asociada con el turismo tradicional.

3.5-Participación ciudadana

Al ser un recurso abierto, permite a los ciudadanos comunes participar en proyectos de ciencia ciudadana, para la recopilación de datos y a la solución de problemas locales y globales. Facilita una mayor transparencia en la gestión de los recursos y en las decisiones políticas, permitiendo a los ciudadanos acceder a información que antes era inaccesible o difícil de entender.

Su impacto se extenderá a través de todas las esferas de la sociedad, abriendo el camino para un futuro más informado, sostenible y colaborativo.

4-Valoración personal

Con mis conocimientos e inquietudes en el campo de la realidad virtual, aumentada, programación, GIS, BIM, infografía 3D, junto con mi pasión por la ciencia ficción, es un proyecto que engloba todo lo que me interesa, pero creo que es una utopía predecir el clima y el comportamiento terrestre con los conocimientos actuales. A pesar de esto, los dos proyectos tienen el potencial de ser una herramienta poderosa para transformar todos los ámbitos de la vida en nuestro planeta, a través del conocimiento y su acceso libre.

Pero mi escepticismo por instituciones como la ONU y la Comunidad Europea, que a menudo están guiadas por la política y egos nacionales e influenciados por capitales externos, me lleva a pensar en que se perderá de vista su objetivo fundamental: mejorar la vida en la tierra para todos los seres vivos y ecosistemas.

En mi opinión, estos proyectos deben implementarse bajo un estricto método científico, dejando de lado los egos políticos y nacionales. Se debe fomentar un enfoque centrado en el pensamiento libre y crítico, con el único objetivo de mejorar la vida en nuestro planeta. El conocimiento ilustrará a la sociedad nuestro lugar en el universo, reconociendo la responsabilidad y el poder que tenemos en nuestras manos. Pero también sin olvidar que somos una especie más en la tierra, con la particularidad de ser una parte del universo que puede observarse a sí mismo.

La implementación de estas tecnologías emergentes debe ser transparente, ética y orientada al bienestar general, no sólo el humano, sino el de todos los seres vivos.

Es esencial que la sociedad civil participe activamente en el monitoreo y la evaluación crítica de estos proyectos, para asegurar que se mantengan alineados con estos principios éticos y científicos. Sólo así podremos garantizar que los avances tecnológicos se utilicen para el verdadero beneficio de la tierra y todos sus habitantes.

5-Posible vinculación con la computación en la nube (CSS)

Es un proyecto impensable si no se trabaja con el cloud computing. La creación de una tierra virtual generará, procesará y utilizará una cantidad enorme de datos ambientales, geoespaciales, tanto del internet de las cosas, como de datos temporales ya existentes. La computación en la nube proporcionará la infraestructura necesaria para almacenar y procesar estos datos de forma eficiente y escalable.

Éstos son algunos ejemplos de diferentes modelos de computación en la nube (IaaS, PaaS,SaaS) y su aplicación en diferentes etapas del proyecto:

5.1-Modelo laaS

El usuario u organización puede trabajar en un entorno virtual accediendo a la información necesaria, sistemas operativos o enviroments de trabajo y máquinas virtuales para cada propósito. Lo ideal sería utilizar las plataformas existentes por su experiencia y robustez en alojamiento de aplicaciones, almacenamiento de datos, copias de seguridad, recuperación y soporte de operaciones a gran escala: Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure y Google Cloud Platform u otras plataformas. Aquí el Barcelona computing center tiene mucho que aportar.

5.2-Modelo Paas

Los desarrolladores tendrán un sinfín de datos y entornos de desarrollo para crear demos, tests para generar aplicaciones y servicios tanto en el ámbito público como privado, permitiendo a los desarrolladores interactuar con los datos y análisis del proyecto y mejorando la accesibilidad así como la usabilidad. Ello permitirá a los científicos y desarrolladores crear modelos y algoritmos personalizados sin preocuparse por la infraestructura.

5.3-Modelo Saas

De esta forma los desarrollos, estudios, aplicaciones generadas por instituciones y desarrolladores estarán al servicio del público, accesibles con un simple navegador web. Permitirá y facilitará una mejor comprensión del planeta a cualquier usuario, y será una forma de generar un feedback entre usuarios y desarrolladores.

5.4-Proyectos públicos y privados

Los entornos de trabajo, ya sean privados o públicos, dependerán de las políticas de cada grupo como instituciones públicas, universidades, institutos, usuarios privados, grupos opensource etc. La cuestión es que el acceso libre de los datos genere igualdad y beneficio económico. En mi opinión, no es correcto que una institución pública, como por ejemplo una universidad, no dé acceso abierto a los datos generados.

Pero encuentro logico que si una pequeña pyme o usuario crea una utilidad a partir de esos datos pueda sacar benefició de su esfuerzo y trabajo.

Aquí es donde entran las leyes que tendrán que diferenciar entre usuarios, instituciones, grandes empresas, etc. Al ser un tema que entra dentro del ámbito jurídico.

En caso de estudios de menor volumen, sería idóneo proporcionar acceso para que el usuario, colegios, etc., puedan trabajar con volúmenes de datos más pequeños en sus máquinas locales.

6-Intervención profesional

Este proyecto es impensable sin la intervención de profesionales dedicados a la ciencia de datos en la mayoría de fases del proyecto. Labor con los diferentes ámbitos científicos involucrados en el proyecto para entender y formular las preguntas que se quieren responder, como por ejemplo todo lo referente a recolección, filtrado, transformación de datos, identificación de nuevos estándares, modelado de algoritmos, buenas prácticas, interpretación y comunicación de procesos y resultados, etc. Un sinfín de posibilidades para la ciencia de datos y para cualquier ciencia. Cada paso del proceso es crucial y requiere de la experiencia y habilidades específicas de los científicos de datos.

Un Proyecto de este calibre transformará las ciencias involucradas.

7-Referencias

(2023 diciembre) Building a highly accurate digital twin of the earth. https://destination-earth.eu/ (2023 14 diciembre) Statement on the confirmation of Phase Two of Destination Earth https://destination-earth.eu/news/statement-confirmation-phase-two-destination-earth/ (2023 13 noviembre)EUMETSAT Destination Earth https://www.eumetsat.int/search?text=destination%20earth (2023 29 noviembre)EUMETSAT Council approves next phase involvement in Destination Earth https://www.eumetsat.int/eumetsat-council-approves-next-phase-involvement-destination-earth (2023 19 marzo)What is the Destination Earth initiative? https://digital-strategy.ec.europa.eu/en/library/destination-earth (2021 16 noviembre)NVIDIA Construirá la Supercomputadora Earth-2 para Ver Nuestro Futuro https://blogs.nvidia.com/blog/earth-2-supercomputer/ (2022 4 octubre)NVIDIA Is Making a Digital Twin of Earth’s Climate https://singularityhub.com/2022/10/04/nvidia-is-making-a-digital-twin-of-earths-climate-heres-an-inside-look/ (2023 5 julio)NVIDIA’s Earth-2 Initiative to Pioneer Breakthroughs in Climate Research with AI https://www.hpcwire.com/off-the-wire/nvidias-earth-2-initiative-to-pioneer-breakthroughs-in-climate-research-with-ai/ (2023 diciembre)TrEarth-2 Interactive Visualization on GDN https://www.nvidia.com/en-us/high-performance-computing/earth-2/demo/ (2023 diciembre)ECMWF destination Earth https://www.ecmwf.int/en/about/what-we-do/environmental-services-and-future-vision/destination-earth (2023 diciembre) Barcelona supercomputing center https://www.bsc.es/news/bsc-news/bsc-plays-significant-role-the-new-eu%E2%80%99s-challenge-combat-climate-change-virtual-replica-the-earth (2023 diciembre) cloud computing ECMWF https://www.ecmwf.int/en/computing/our-facilities/supercomputer-facility (2023 18 octubre)A Concept for a Destination Earth Quality Control Framework https://www.ecmwf.int/sites/default/files/inline-files/DE_373%20Request%20for%20Proposal%20-%20updated%20timetable.pdf (2023 diciembre)This page provides links to further information on Destination Earth procurements. https://www.ecmwf.int/en/about/suppliers/destine-procurement (2023 14 diciembre)Confirmation of phase two of Destination Earth https://www.ecmwf.int/en/about/media-centre/news/2023/confirmation-phase-two-destination-earth (2023 diciembre)canal youtube destination Earth https://www.youtube.com/watch?v=rLEz--24AQM
Gemelos virtuales terrestres © 2023 by Antonio López García is licensed under CC BY-SA 4.0. To view a copy of this license, visit http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ Explicación selección de licencia:
La selección de esta licencia tiene como propósito promover la libertad creativa y el uso amplio del material. Al permitir el uso comercial y la adaptación, la licencia fomenta la innovación y la reutilización del material, intenta aumentar su alcance e impacto. Requerir atribución asegura recibir reconocimiento por el trabajo y tiempo invertido. Esto ayudará a mantener una cadena de crédito que puede ser importante para el seguimiento del historial y la evolución del material parecido a las citas científicas. También se prohíbe realizar obras de licencia cerrada a partir de esta obra, permitiendo de esta forma su distribución sin restricciones para que el conocimiento siga siendo libre pero permitiendo sacar beneficio económico.