Fujitsu Tech exploite l'IA et les données des drones sous-marins pour créer un "jumeau numérique de l'océan"

Le projet soutient la conservation marine et contribue à des initiatives plus larges en faveur de la neutralité carbone et de la biodiversité

Fujitsu a annoncé aujourd'hui les détails d'une technologie qui utilise le LiDAR et l'IA pour acquérir des données 3D haute résolution d'organismes et d'autres caractéristiques naturelles comme les récifs coralliens, ainsi que des structures artificielles comme les infrastructures d'éoliennes en mer avec des véhicules sous-marins autonomes (AUV) dans le cadre de ses efforts de R&D pour créer des jumeaux numériques océaniques. Les jumeaux numériques créés grâce à cette technologie permettront aux chercheurs d'étudier des reproductions très précises des écosystèmes sous-marins afin de prévoir les changements dans l'environnement et de simuler les effets possibles des mesures de conservation.

La technologie s'appuie sur une technique de mesure en temps réel développée à l'origine par Fujitsu pour son "Judging Support System", mis au point en collaboration avec la Fédération internationale de gymnastique (1) pour aider à juger les épreuves de gymnastique, qui permet le balayage à partir d'AUV mobiles même lorsque les courants et les vagues rendent les conditions difficiles. La technologie exploite également l'IA de Fujitsu pour l'amélioration des images afin de corriger les couleurs et de clarifier les images, ce qui permet d'identifier et de mesurer avec précision des cibles de plusieurs centimètres, même dans des eaux troubles.

Pour vérifier la technologie, Fujitsu a mené un essai sur le terrain dans les eaux proches de l'île d'Ishigaki, dans la préfecture d'Okinawa au Japon, en collaboration avec l'Institut national de recherche maritime, l'Institut national des technologies maritimes, portuaires et aéronautiques (NMRI) (2), et a réussi à acquérir des données 3D précises pour cartographier les récifs coralliens.

Fujitsu souhaite étendre les objectifs de mesure de cette technologie aux algues, qui absorbent une grande quantité de carbone bleu (3), en créant un jumeau numérique de l'océan pour les lits d'algues d'ici 2026. Cela aidera les entreprises et les gouvernements locaux à planifier des mesures telles que l'estimation du carbone stocké dans les lits d'algues, des mesures de conservation et de culture de nouveaux lits d'algues, et des initiatives visant à promouvoir et à conserver la biodiversité dans les récifs coralliens.

Fujitsu prévoit de présenter les résultats détaillés de l'essai sur le terrain lors des réunions de printemps 2024 de la Société japonaise des sciences halieutiques, qui se tiendront du 27 mars 2024 (mercredi) au 30 mars 2024 (samedi).

Tirer parti de la technologie numérique et de l'IA pour faire face aux menaces urgentes qui pèsent sur les océans et la biodiversité de notre planète.

Pour soutenir les efforts mondiaux de lutte contre les effets du changement climatique et de préservation de la biodiversité de nos océans, qui couvrent environ 70 % de la surface de la Terre, Fujitsu travaille au développement d'une technologie de jumelage numérique des océans qui permet une vérification avancée des mesures liées à la mer. Le concept de la technologie de jumelage numérique des océans consiste à utiliser des AUV et des satellites pour collecter des données relatives aux caractéristiques de l'écosystème, notamment la distribution de la végétation et les formes 3D de la vie sous-marine, comme les algues et les récifs coralliens, ainsi que les structures artificielles qui affectent les ressources aquatiques et l'environnement marin. Fujitsu recueille ces données pour construire un modèle qui quantifie et simule les changements dans l'environnement et la croissance des organismes qui composent l'écosystème marin et l'utilise pour la vérification préliminaire des mesures liées au milieu marin. Par exemple, pour pré-vérifier les mesures liées au carbone bleu, les données 3D permettent aux chercheurs de déterminer la biomasse de la vie végétale dans une zone donnée et de calculer la quantité de dioxyde de carbone qu'elle absorbe. La biologie est également incorporée pour réaliser des simulations de séries temporelles de la croissance des organismes sous-marins. Il est ainsi possible de simuler les changements dans l'absorption du dioxyde de carbone lorsqu'une certaine mesure de conservation de l'écosystème marin est prise, y compris l'état de croissance des organismes sous-marins, et de vérifier à l'avance l'efficacité des mesures de lutte contre le réchauffement climatique.

Pour préserver les écosystèmes marins et comprendre la quantité d'absorption de dioxyde de carbone, il est nécessaire d'acquérir des données de forme en 3D à haute résolution (4) de plusieurs centimètres, d'identifier les organismes sous-marins et d'estimer leur volume. Les technologies existantes, comme le sonar acoustique, s'avèrent toutefois insuffisantes pour cette tâche, la résolution étant limitée à environ 10 cm en raison de problèmes tels que la limitation de la largeur du faisceau.

À propos de la technologie développée

Technologie d'amélioration de l'image par l'IA qui rétablit les couleurs et les contours des sujets sous-marins

Fujitsu a mis au point une technologie d'IA pour l'amélioration des images qui effectue un apprentissage profond optimisé pour les sujets sous-marins afin de créer des images 3D haute résolution d'organismes et de structures sous-marins, même à partir d'images prises dans des eaux troubles où la couleur est déformée et les contours des objets sont flous. Cette technologie se compose de deux types d'IA : l'une qui élimine la turbidité et restaure les contours, corrigeant la couleur originale du sujet et améliorant les contours flous des objets cibles afin de générer des images améliorées avant la conversion en 3D. Cela permet d'éviter les erreurs lors du traitement 3D et de la reconnaissance du sujet, ce qui permet de mesurer la forme de chaque objet.

Technologie de mesure 3D sous-marine permettant de réaliser des mesures 3D en temps réel à partir d'un AUV en mouvement

Pour mesurer en 3D en temps réel sous l'eau, Fujitsu a adapté une technologie d'échantillonnage à grande vitesse qui utilise l'émission laser à cycle court et le balayage à grande vitesse, qu'elle a mise au point pour son "système d'aide au jugement", développé en collaboration avec la Fédération internationale de gymnastique pour aider au jugement des épreuves de gymnastique. En outre, Fujitsu a présenté un dispositif sous-marin de détection et de télémétrie par ondes lumineuses (LiDAR) (5) qui permet de sélectionner la longueur d'onde appropriée pour la mesure en fonction des conditions de la mer à partir de trois longueurs d'onde laser. Ce dispositif permettra non seulement d'effectuer des mesures tridimensionnelles à partir d'un sous-marin autonome sans pilote en mouvement, mais aussi de mesurer des objets en mouvement en développant une technologie permettant de suivre le mouvement des objets.

Pour confirmer l'efficacité de cette technologie, Fujitsu, en collaboration avec le NMRI, a mené un essai sur le terrain (6) pour collecter automatiquement des données sous-marines en temps réel. Fujitsu a équipé un capteur sous-marin combinant une caméra et un LiDAR pour une mesure 3D en temps réel, en l'intégrant au "système connecté AUV-ASV" (7) développé par le NMRI. Cette expérience a permis d'acquérir en temps réel des données 3D à haute résolution d'objets à l'échelle centimétrique, notamment des tuyaux installés sous l'eau et des récifs coralliens.

Projets futurs

À l'avenir, Fujitsu continuera à développer des technologies capables d'acquérir des données de manière fiable, même dans des environnements difficiles (par exemple, des courants forts et une topographie irrégulière des fonds marins) et participera à des mesures qui devraient contribuer à la décarbonisation en favorisant la croissance d'algues absorbant le carbone. Les objectifs de mesure seront élargis pour inclure des inspections et accumuler des cas d'utilisation. Sur la base des données 3D mesurées, Fujitsu développera une technologie de jumeau numérique des océans qui effectuera des simulations intégrant des connaissances en biologie, en sciences de l'environnement et dans d'autres domaines. Fujitsu vise à établir des partenariats avec des entreprises, des gouvernements locaux et des organisations travaillant sur des mesures visant à la neutralité carbone, et à soutenir les clients dans la planification de mesures utilisant la technologie du jumeau numérique de l'océan.

[1] Fédération internationale de gymnastique :Siège : Lausanne, SuissePrésident : Morinari Watanabe
[2] Institut national de recherche maritime, Institut national de technologie maritime, portuaire et aéronautique (NMRI) :Siège : Mitaka City, TokyoDirecteur général : Minemoto Takemasa
[3] Carbone bleu : désigne le carbone absorbé et stocké dans les écosystèmes côtiers et marins.
[4] Résolution : Capacité d'un instrument de mesure à identifier des quantités physiques. Exprimée comme la distance minimale entre deux points discernables de l'objet mesuré.
[5] LiDAR : Technologie qui mesure la distance d'un objet et sa forme en émettant un laser vers l'objet et en capturant la lumière réfléchie à l'aide d'un capteur de lumière.
[6] Essai sur le terrain :Réalisé dans les eaux proches de l'île d'Ishigaki, dans la préfecture d'Okinawa, du lundi 22 janvier au jeudi 25 janvier 2024.
[7] Système connecté AUV-ASV : Système de recherche sous-marine développé par le NMRI qui transmet les images du fond de la mer prises par un véhicule sous-marin autonome (AUV) à un véhicule de surface autonome (ASV) via un câble d'attache, puis transmet les images à un navire de recherche via Wi-Fi.

Communiqué de Fujitsu (traduit avec l'aide de DeepL)