Projekt ICARUS - KI

Abstract

Das ICARUS Experimentalsystem liefert als weltraumgestütztes IoT Kommunikationssystem auf der ISS seit März 2021 wissenschaftlich hochinteressante Daten über weltweite Tierbewegungen. Das ICARUS System soll durch den Einsatz von KI in zweierlei Hinsicht massiv verbessert werden:

Die Kommunikationswahrscheinlichkeit der miniaturisierten Tags hängt offenbar sehr stark von den jeweils vorherrschenden Umweltbedingungen ab, z.B. ob ein Tier sich vorwiegend im Unterholz, Schilf, Wald, Feld oder der Luft aufhält. Weiterhin beeinflußt das Wetter sowie das Tierverhalten den Energiehaushalt der Tags, die primär auf Solarenergie angewiesen sind. Wetter, Tierverhalten und Umweltbedingungen beeinflussen sich aber auch gegenseitig stark. Durch Einsatz von KI kann das optimale Einsatzprotokoll für die Tier-Tags aus der hochdimensionalen Kombination der oben genannten dynamischen Faktoren ermittelt werden. Hierzu sollen die in der Movebank gesammelten Daten der Tiere mit den Daten aus dem ICARUS User Data Center kontinuierlich verrechnet werden. KI-Algorithmen können dann die besten Kombinationen aus Energieverbrauch der Tags (v.a. durch GPS-Messungen) und Energieeintrag berechnen und Datenaufnahmemuster vorschlagen. Diese Muster werden unmittelbar auf den im Feldeinsatz befindlichen Tags eingestellt (durch Programmierung über die ISS an die Tags) und können so experimentell verifiziert werden. Die neu gewonnenen Daten fließen dann unmittelbar wieder in die KI-Berechnungen ein und optimieren die vorgeschlagenen Muster weiter. Der größte Energietreiber im ICARUS System ist die Eigenbestimmung des GPS-Ortes durch die Tier-Tags. Bisher ist GPSOrtung im ICARUS System notwendig, da die Tags zur Voraussage der Orbit-Zeiten der ISS ihren eigenen Standort am Boden genau kennen müssen. Zudem ist diese Standortbestimmung biologisch-wissenschaftlich von hoher Wichtigkeit, auch um das Habitat der Tiere zu kennen (siehe Punkt a). Durch Einsatz von KI kann die energieaufwendige GPS-Ortung durch energieeffiziente Doppler-Ortung ersetzt werden. Dies hat den fundamentalen Vorteil, dass dann die ICARUS Tags der nächsten Generation massiv verkleinert werden können, sowohl im derzeitigen ICARUS-Experimentalsystem als auch hinsichtlich zukünftiger, zusätzlicher Payloads.

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