Netherlands

Denkende ballon blijft op zijn plek

Kunstmatige intelligentie Zendballonnen voor mobiel internet mogen niet te ver wegdrijven. Een algoritme laat ze zelf steeds de juiste luchtlaag opzoeken.

Het valt niet mee om een ballon in de stratosfeer op zijn plek te houden. In 2013 ging project Loon van Google van start: ballonnen in de stratosfeer fungeren als ‘zwevende mobiele telefoonpalen’ om ook op bergachtige of afgelegen plekken 4G-internet beschikbaar te maken.

Lastig is dat ballonnen te ver kunnen afdrijven van het grondstation en dan geen contact meer maken. Nu zijn de ballonnen voorzien van een nieuw besturingsalgoritme dat deep reinforcement learning toepast: kunstmatige intelligentie waarbij de ballon zelf een reeks beslissingen kan nemen om in de buurt van het grondstation te blijven. De ballonnen bleven hiermee 55 procent van de tijd op hun plek, schrijven de Google-onderzoekers deze week in Nature.

De ballonnen vliegen op 17 tot 23 kilometer hoogte. Daar is de luchtdruk laag (1 procent van de druk op zeeniveau), net als de temperatuur (-60 tot -90°C), en het kan er hard waaien (de ballonnen moeten meer dan 100 kilometer per uur aankunnen). De lucht is constant in beweging, dus om op ongeveer dezelfde plek te blijven, moet een ballon altijd in actie zijn.

Een Loon-ballon is 1.800 m3 groot en heeft twee lagen. In de binnenste laag zit een vaste hoeveelheid helium, in de buitenste laag wordt buitenlucht in- en uitgelaten. Met meer buitenlucht erin wordt de ballon zwaarder en zal hij zakken, wordt er lucht uitgelaten dan stijgt de ballon. Welke kant de wind op staat en hoe hard het waait verschilt van moment tot moment en per luchtlaag. Door te stijgen en te dalen kan de ballon de juiste kant op ‘sturen’.

Onder de ballon hangt een kastje met zonnepanelen en een batterij, het mechanisme voor de besturing en de zendapparatuur voor contact met een grondstation en het internetsignaal. Eén ballon kan 80 km2 aardoppervlak van 4G-internet voorzien, gecombineerd hebben ze een groter bereik. Vliegt een ballon buiten bereik dan neemt een andere ballon het over. Er zijn nu constant zo’n 100 ballonnen in de lucht. In het begin ging een ballon zo’n anderhalve dag mee, het record staat nu op 312 dagen.

De ‘taak’ om boven een grondstation te blijven noemt Loom station keeping. Een ballon moet binnen 50 kilometer van een station blijven om zijn werk te kunnen doen. De ballon gebruikt eigen metingen en historische gegevens en kijkt naar voorspellingen voor de wind in de verschillende luchtlagen, maar die zijn lang niet feilloos. En er zijn meer factoren om rekening mee houden: hij moet zeker ’s nachts zuinig met energie omgaan, en als de ballon lang in de lucht is verliest hij helium.

Eerder heeft Loon andere manieren van (deels) autonome besturing getest, bijvoorbeeld door de ballon over een voorgeprogrammeerd pad te laten navigeren. Maar dit werkte niet efficiënt, in het slechtste geval had een ballon weken nodig om een stuurfout te herstellen, schrijven de onderzoekers. De handmatig geprogrammeerde voorganger van het nieuwe systeem bleef 40 procent van de tijd binnen de 50-kilometerradius. De 55 procent die het nieuwste algoritme in de proef liet zien, betekent in de praktijk dat hij 3,5 uur langer op zijn plek blijft per 24 uur. Maximaal is bijna 70 procent mogelijk. Ook komt een ballon met het nieuwe algoritme sneller terug als hij buiten bereik is geweest en verbruikt hij minder energie.

Behalve een opsteker voor het Loon-project, is het algoritme ook wetenschappelijk een stap vooruit. „Het is leuk dat dit systeem in de echte wereld opereert”, zegt Mehdi Dastani, hoogleraar kunstmatige intelligentie aan de Universiteit Utrecht. „We kennen vooral veel voorbeelden van reinforcement learning in een min of meer gecontroleerde setting. Zoals een computer die het bordspel Go speelt of een robot die een pannenkoek bakt. Dat is deels wel de echte wereld, maar er zit weinig dynamiek in.” Toch is ook de stratosfeer niet zo onvoorspelbaar als het leven op de grond, zegt hij. „Het is de vraag of we ooit zelfrijdende auto’s kunnen trainen om in stedelijke omgevingen op een redelijke manier te rijden.”

De Loon-ballonnen zullen nog wel beter worden, vermoedt Dastani, maar altíjd boven het station blijven wordt moeilijk. „Op elke plek en in elke omstandigheid zijn er talloze acties die de ballon kan kiezen als volgende. Hij kan nooit op alle mogelijkheden getraind worden. Er komen meer gegevens bij om hem mee te trainen en hij leert welke strategieën succesvol zijn. Maar het effect van een actie blijft een schatting.”

In een Nature-commentaar bij het Loon-onderzoek ziet atmosferisch natuurkundige Scott Osprey van de universiteit van Oxford dankzij dit algoritme mogelijkheden voor meer monitoring met stratosferische ballonnen, „zoals het meten van luchtkwaliteit boven steden en de koolstofstromen boven bossen of permafrost en het in kaart brengen van migratieroutes van dieren”.

Football news:

Phil Neville nam Inter Beckham
Jose Mourinho: u kunt een van de beste verdedigers in Europa kopen voor 70 miljoen, of u kunt iemand nemen die ontwikkeling nodig heeft
Wilshere heeft een contract getekend met Bournemouth, voormalig profvoetballer Jack Wilshere. De 29-jarige middenvelder heeft een contract getekend met de club van het kampioenschap tot het einde van dit seizoen. De Engelsman had de status van vrije agent, nadat hij in oktober vorig jaar zijn contract met West Ham had opgezegd. Hij is afgestudeerd aan de Academie van Arsenal. In de zomer van 2018 verhuisde hij naar West Ham, maar in twee seizoenen maakte hij slechts 19 optredens. In het seizoen 2016/17 speelde hij voor Bournemouth. Zijn statistieken zijn hier
Ole Gunnar Solskjaer: Pogba speelde superblij tegen Liverpool. Manchester United manager Ole Gunnar Solskjaer commentaar op de prestaties van middenvelder Paul Pogba in de wedstrijd van de 19de ronde van de Premier League met Liverpool
Real Madrid en Barca verslaan in drie dagen is een gruweldaad. Atletische directeur van de Spaanse Super Cup, Rafael Alcorta, sprak over het winnen van de Spaanse Super Cup. Dit is een belangrijk segment in termen van wat we zijn, waar we voor spelen. Het verslaan van Real Madrid en Barcelona in drie dagen is een gruweldaad zei Alcorta. In de halve finale van het toernooi op 14 januari versloeg Athletic Real Madrid 2-1, terwijl Barcelona op 17 januari 3-2 won in de finale
De Poolse voetbalbond kondigde het aftreden van Jerzy Bienek aan als hoofdcoach van de nationale ploeg van het land. Sinds juli 2018 is bzhenchek verantwoordelijk voor het Poolse nationale team, ter vervanging van Adam Nawalki na de slechte prestaties van het team op het WK in Rusland. Onder leiding van Bzhenchek speelden de Polen 24 wedstrijden, waarbij ze 12 keer wonnen, 7 keer verloren en vijf keer tekenden. Tijdens het Europees kampioenschap kwam het Poolse nationale team van de eerste plaats, met 25 punten in de kwalificatiegroep. In de Nations League werden de Polen derde in Groep A1
Ik blijf voor mijn familie spelen. Het was belangrijk om de Maradona Cup