La inteligencia artificial (IA) ha revolucionado la forma en que interactuamos con la tecnología. Desde los asistentes virtuales en nuestros teléfonos hasta los sistemas de recomendación en plataformas de streaming, la IA está presente en muchas facetas de nuestra vida cotidiana. Pero, ¿qué pasa cuando la IA se combina con la autonomía de los sistemas? Aquí es donde entra en juego Gaia, la plataforma de inteligencia artificial para sistemas autónomos.
¿Qué es Gaia?
Gaia es un framework de desarrollo de software que facilita la programación de sistemas autónomos en la periferia. Esta plataforma permite a los programadores utilizar características de bajo código sin dejar de ser adecuada para casos de uso industrial. Con una base de datos de alta velocidad en memoria y extensiones de lenguaje C++ declarativas, Gaia proporciona un modelo de desarrollo intuitivo y eficiente. Puedes modelar el estado de tu sistema en la base de datos y, cuando ocurran cambios, la lógica de tu aplicación declarativa responderá automáticamente.
Con Gaia, puedes centrarte en lo que tu programa necesita hacer y dejar que Gaia se encargue de cómo hacerlo. Escribirás menos código, más fácil de leer y más intuitivo de depurar y probar. Además, podrás integrar múltiples componentes del sistema en un entorno común, desde funciones de aprendizaje automático hasta actuadores habilitados para ROS. Y todo esto sin necesidad de una conexión constante a la nube.
En pocas palabras, Gaia es el entorno de desarrollo de bajo código de alta resistencia para aplicaciones en la periferia.
¿Por qué Gaia?
La programación de sistemas autónomos puede ser complicada. A medida que buscas desarrollar sistemas que operen de manera confiable e inteligente en el entorno real, te darás cuenta de que la dificultad solo aumenta. Hay mucho que hacer y muchas piezas móviles que integrar. Gaia existe para superar estos desafíos. La plataforma Gaia es centrada en los datos y receptiva, al igual que el entorno de las máquinas autónomas. Es el nexo para integrar todos los componentes distribuidos que componen tu sistema autónomo y orquestar su comportamiento para cumplir con los objetivos de tu misión.
Ya sea que estés buscando acelerar el desarrollo de un nuevo prototipo de IoT, tengas expertos en la materia con mucho conocimiento pero poca experiencia en codificación, o estés trabajando en un producto robótico complejo con una máquina de estados complicada, Gaia puede ayudarte.
¿Cómo se puede utilizar Gaia?
La plataforma Gaia admite numerosos escenarios de aplicación con el tema común de operar en entornos complejos en la periferia. La base de datos y las políticas de Gaia se pueden utilizar para informar el comportamiento de una aplicación directamente. Puedes escribir políticas para responder a escenarios específicos basados en los datos (estado) en la base de datos de Gaia.
Por ejemplo, si estás construyendo un Vehículo Autónomo Guiado (VAG) para mover material en un almacén, puedes utilizar la base de datos de Gaia para modelar el inventario y los datos de los puntos de referencia para que tu VAG pueda funcionar sin una conexión directa a Internet. Durante su misión, tu VAG puede generar una gran cantidad de datos interesantes y no tan interesantes. Utiliza la base de datos de Gaia para almacenarlos temporalmente e implementa la lógica de fusión y filtrado de datos con las políticas de Gaia. Puedes escribir una política que descarte datos de navegación intermedios pero conserve cualquier descubrimiento sobre la ubicación del inventario. Al final de la misión, tu VAG puede sincronizar solo lo que es crítico para ahorrar ancho de banda y costos de almacenamiento en la nube.
En sistemas que combinan el aprendizaje automático (ML) y el aprendizaje profundo (DL) con métodos de percepción y planificación de acciones, la plataforma Gaia proporciona un sólido manejo de reglas y mensajería de eventos para comprender los datos.
Esto significa que Gaia te permite definir toda la lógica que contextualiza estas entradas, entender la situación y traducirla en una decisión. Basado en la decisión, Gaia puede generar un evento que envíe una instrucción al brazo robótico para acariciar al gatito.
Además de las aplicaciones en sistemas autónomos, Gaia proporciona un almacén transaccional de alta resistencia que admite un marco de trabajo transaccionalmente seguro. No importa lo que suceda, siempre tendrás una base de datos consistente con la que puedes compartir datos y actuar de manera robusta.
¿Cómo funciona Gaia?
Gaia es una plataforma en el sentido de que los usuarios construyen sus aplicaciones sobre su funcionalidad. Gaia se ejecuta en el sistema operativo Linux y admite los lenguajes de programación C++ (y en el futuro, Python) con funcionalidad declarativa. La base de datos en memoria de Gaia se instala con la plataforma y permite una integración perfecta entre las operaciones de la base de datos y el código de control de la aplicación.
La plataforma Gaia consta de los siguientes elementos:
- Una base de datos compartida en memoria
- Un motor de eventos
- Un catálogo que interactúa con tu aplicación, el motor de eventos y la base de datos
Además, proporciona las siguientes herramientas:
- Compilador de catálogos de Gaia: crea el almacén de datos y las tablas que admiten tu aplicación. También traduce los archivos de Gaia Data Definition Language (DDL) en los encabezados de Gaia que incluyes en tus archivos de código de reglas y aplicación. Para obtener más información, consulta Gaia Data Definition Language.
- Motor de traducción de Gaia: convierte tus conjuntos de reglas en archivos de código que incluyes en tu aplicación.
Estos componentes y herramientas interactúan para crear una solución de extremo a extremo. Para lograr esto, Gaia aborda el paradigma PUA: Percibir, Entender y Actuar. En Gaia, esto se expresa como:
- Percibir: de dónde provienen las entradas
- Entender: plataforma Gaia
- Actuar: políticas del motor de reglas / integración con dispositivos
Percibir
Tu código procedural recopila los datos de las entradas y los escribe en la base de datos de Gaia. Gaia en sí no se centra en el control directo de las acciones que tomas para controlar y leer dispositivos como microcontroladores.
Esto incluye:
- Procesamiento de interrupciones
- Controladores de dispositivos
- Manipulación detallada de actuadores
- Etc.
La base de datos está activa. Esto significa que funciona como un sistema de eventos que monitorea los cambios entrantes en la base de datos y los publica para las reglas suscritas.
La plataforma Gaia implementa la base de datos como un almacén de datos en memoria de alto rendimiento.
Entender
El enfoque principal de las reglas es la capa de políticas de las aplicaciones. Defines reglas utilizando código declarativo fácil de leer y comprender. El código declarativo que define una regla toma la forma de si esto sucede, entonces haz eso.
El motor de reglas y la base de datos trabajan juntos para facilitar:
- Respuestas adaptables y resolución de desviaciones de procesos. Por ejemplo, manejar la desviación de ruta cuando un taxi aéreo no tripulado encuentra mal tiempo.
- Toma de decisiones basada en datos. Por ejemplo, ¿se permite que esta persona esté en esa habitación a esta hora?
Si encuentras casos excepcionales en los que necesitas un poco más de control, puedes mezclar código declarativo (reglas) con código procedural.
Actuar
Tu código actúa sobre los datos y decisiones producidos por tus reglas. Gaia se integra con otras plataformas como ROS2, incluidos sistemas de planificación de movimiento de bajo nivel y otras funciones para interactuar con tu hardware. Con Gaia, puedes enviar una instrucción de alto nivel, como ir a este punto de referencia, a un nodo ROS2 que se encargue de la tarea de navegar hasta esa ubicación.
Gaia proporciona un catálogo que vincula la base de datos con el motor de reglas de Gaia. Las reglas se escriben en código declarativo y permiten el procesamiento impulsado por eventos. El código declarativo vincula las reglas a los cambios en la base de datos sin necesidad de una lógica de flujo de control compleja.
¿Dónde se encuentra Gaia?
Gaia no solo es el nombre de la plataforma de inteligencia artificial para sistemas autónomos, sino que también es el nombre de una misión espacial de la Agencia Espacial Europea (ESA). La misión Gaia tiene como objetivo construir el mapa tridimensional más grande y preciso de nuestra galaxia, la Vía Láctea.
A lo largo de su misión, Gaia monitorea cada una de las estrellas objetivo aproximadamente 14 veces al año. Está cartografiando con precisión sus posiciones, distancias, movimientos y cambios en el brillo. Se espera que descubra cientos de miles de nuevos objetos celestes, como planetas extrasolares y enanas marrones, y observe cientos de miles de asteroides dentro de nuestro propio sistema solar. La misión también está estudiando más de un millón de cuásares distantes y proporcionando nuevos y rigurosos tests de la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein.
La misión Gaia se basa en el éxito de la misión anterior de la ESA, Hipparcos, que catalogó más de 100,000 estrellas con alta precisión. Gaia lleva esta tarea un paso más allá, catalogando casi dos mil millones de estrellas y midiendo su posición y movimiento con una precisión 200 veces mayor que Hipparcos.
Gaia no solo es una plataforma de inteligencia artificial para sistemas autónomos, sino también una misión espacial que está creando el mapa tridimensional más preciso de nuestra galaxia.
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