Το Εργαστήριο Ευφυούς Υπολογιστικής και Τεχνολογίας (Intelligent Computing and Engineering Lab – ICE Lab) του Τμήματος Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής του Πανεπιστημίου Πατρών δραστηριοποιείται στον ευρύτερο χώρο του ευφυούς υπολογισμού με έμφαση τόσο στη θεμελιώδη έρευνα όσο και στην εφαρμογή της για την επίλυση σημαντικών πρακτικών προβλημάτων. Η ερευνητική δραστηριότητα του ICE Lab (https://icelab.upatras.gr/) περιλαμβάνει την ανάπτυξη ευφυών αλγορίθμων, μεθόδων τεχνητής νοημοσύνης (ΤΝ), τεχνικών βελτιστοποίησης και μεθόδων ασφάλειας που αφορούν δίκτυα και συστήματα ευρείας κλίμακας, καθώς και την αξιοποίηση αυτών για την ανάπτυξη πρακτικών εφαρμογών. Στο πλαίσιο αυτό, το ICE Lab συμμετέχει στο ευρωπαϊκό έργο AMBITIOUS, το οποίο στοχεύει στην ενίσχυση της ψηφιακής καινοτομίας με έμφαση σε τομείς όπως η τεχνητή νοημοσύνη, τα δίκτυα πέμπτης γενιάς (5G) και το Διαδίκτυο των Αντικειμένων. Το έργο φιλοδοξεί να αντιμετωπίσει σύγχρονες προκλήσεις, όπως η έξυπνη διαχείριση λιμανιών και υδάτινων πόρων, η γεωργία ακριβείας, και η εισαγωγή ευφυών καινοτόμων ψηφιακών υπηρεσιών υγείας, ενώ παράλληλα υποστηρίζει μικρομεσαίες επιχειρήσεις, ενισχύοντας τη συνεργασία, την καινοτομία και τη βιώσιμη ανάπτυξη σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η ερευνητική συνεισφορά του ICE Lab στο έργο AMBITIOUS αφορά σε τρία πεδία καινοτόμων εφαρμογών. Η πρώτη ερευνητική συνεισφορά αφορά στη διαχείριση υπολογιστικών διεργασιών σε σύγχρονα κατανεμημένα περιβάλλοντα. Η ραγδαία εξάπλωση του Διαδικτύου των Αντικειμένων (IoT) έχει οδηγήσει σε μια πρωτοφανή αύξηση του όγκου δεδομένων που παράγονται και πρέπει να αναλυθούν σχεδόν σε πραγματικό χρόνο. Ωστόσο, οι ίδιες οι συσκευές IoT έχουν περιορισμένες υπολογιστικές δυνατότητες και ενεργειακούς πόρους, καθώς ο βασικός τους ρόλος είναι η συλλογή δεδομένων και όχι η επεξεργασία τους. Για τον λόγο αυτό, οι απαιτητικές υπολογιστικές εργασίες μεταφέρονται είτε σε κοντινούς εξυπηρετητές στα «άκρα» του δικτύου (edge), είτε σε πιο απομακρυσμένες υποδομές στο υπολογιστικό νέφος (cloud), δημιουργώντας ένα Συνεχές Νεφο-υπολογιστικό περιβάλλον (Cloud Continuum). Αυτό το ενιαίο και δυναμικό περιβάλλον δημιουργεί νέες προκλήσεις, με βασικότερη την αποτελεσματική ανάθεση διεργασιών επεξεργασίας δεδομένων στους υπολογιστικούς κόμβους του συνεχούς νεφο-υπολογιστικού περιβάλλοντος. Η διαδικασία αυτή είναι σύνθετη, καθώς πρέπει να λαμβάνει υπόψη πολλαπλά και συχνά αντικρουόμενα κριτήρια, όπως τον χρόνο απόκρισης, την κατανάλωση ενέργειας και την ισορροπημένη κατανομή του φόρτου στους διαθέσιμους υπολογιστικούς πόρους. Η ερευνητική ομάδα του ICE Lab ανέπτυξε νέους αλγορίθμους ΤΝ, οι οποίοι, αντί να καταλήγουν σε μια μοναδική «βέλτιστη» λύση, παράγουν ένα σύνολο εναλλακτικών λύσεων, καθεμία από τις οποίες αντιπροσωπεύει μια διαφορετική αντιστάθμιση μεταξύ των κριτηρίων, προσφέροντας έτσι τη δυνατότητα επιλογής της καταλληλότερης λύσης ανάλογα με τις εκάστοτε συνθήκες. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι είναι ιδιαίτερα ανταγωνιστικοί, επιτυγχάνοντας καλύτερη συνολική απόδοση σε σχέση με προηγούμενες μεθόδους. Οι αλγόριθμοι αυτοί βρίσκονται στη φάση ενσωμάτωσής τους σε ένα συνεχές νεφο-υπολογιστικό περιβάλλον υποστήριξης ιατρικών εφαρμογών (συλλογή μεγάλου όγκου δεδομένων από αισθητήρες παρακολουθούμενων ατόμων, επεξεργασία των δεδομένων αυτών, εκτίμηση και πρόβλεψη κατάστασης ατόμου, συστάσεις για επόμενες ενέργειες) και αναμένεται να επιφέρουν σημαντική βελτίωση στη συνολική τους απόδοση. Η δεύτερη ερευνητική συνεισφορά αφορά σε τεχνικές ανάλυσης εικόνας που μετατρέπουν την οπτική πληροφορία σε χρήσιμη γνώση, με άμεσες πρακτικές εφαρμογές τόσο στον πρωτογενή τομέα όσο και στη διαχείριση θαλάσσιας κυκλοφορίας σε μαρίνες. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η αυτοματοποιημένη ανίχνευση του δάκου της ελιάς μέσω ανάλυσης εικόνων που συλλέγονται από δακοπαγίδες. Ο δάκος είναι ένα έντομο που ευδοκιμεί στις μεσογειακές χώρες, προσβάλλει τις ελιές και καταστρέφει τους καρπούς τους, προκαλώντας σημαντική οικονομική ζημία στους παραγωγούς. Η ανίχνευσή του αποτελεί ένα ιδιαίτερα απαιτητικό πρόβλημα, καθώς τα έντομα έχουν πολύ μικρό μέγεθος, στις δακοπαγίδες συνυπάρχουν συχνά και άλλα είδη εντόμων, οι συνθήκες φωτισμού είναι μεταβαλλόμενες, ενώ η διαδικασία ανίχνευσης γίνεται (επί του παρόντος) χειρωνακτικά. Αξιοποιώντας προηγμένες τεχνικές Τεχνητής Νοημοσύνης, το ICE Lab ανέπτυξε ένα αλγοριθμικό σύστημα που όχι μόνο εντοπίζει με μεγάλη ακρίβεια την παρουσία του δάκου, αλλά μπορεί και να καταμετρά τον πληθυσμό του αξιόπιστα. Επιπλέον υπάρχει η δυνατότητα αναγνώρισης του φύλου των δάκων, πληροφορία ιδιαίτερα χρήσιμη για τους γεωπόνους. Η απόδοση του συστήματος ανίχνευσης ξεπερνά την ακρίβεια των έως τώρα γνωστών μεθόδων της βιβλιογραφίας, ενώ το σύστημα αναγνώρισης φύλου αποτελεί μια καινοτόμο προσέγγιση που υπερτερεί σημαντικά έναντι των γνωστών μεθόδων. Έτσι προκύπτει ένα ισχυρό εργαλείο για την έγκαιρη και στοχευμένη αντιμετώπιση του δάκου, με σημαντικά οφέλη για τους παραγωγούς ελαιοκαλλιεργειών αλλά και τις περιφερειακές διευθύνσεις αγροτικής ανάπτυξης σχετικά με την αυτοματοποίηση της διαδικασίας ανίχνευσης και τον προγραμματισμό των ψεκασμών. Μια παρόμοια τεχνολογική προσέγγιση εφαρμόζεται και σε ένα εντελώς διαφορετικό πεδίο: τη διαχείριση θαλάσσιας κυκλοφορίας σε μαρίνες. Οι σύγχρονες μαρίνες αποτελούν ιδιαίτερα δυναμικά περιβάλλοντα, με αυξημένη κίνηση κατά τις περιόδους αιχμής, ενώ η ψηφιοποίηση των διαδικασιών τους παραμένει ακόμη σε πρώιμο στάδιο. Στην πράξη, η παρακολούθηση της δραστηριότητας βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στην ανθρώπινη επίβλεψη, γεγονός που καθιστά δύσκολη την άμεση ανίχνευση συμβάντων και τη λήψη αποφάσεων. Για την αντιμετώπιση αυτών των προκλήσεων, αναπτύχθηκε ένα αλγοριθμικό σύστημα το οποίο αναγνωρίζει αυτόματα (και από απόσταση) τον τύπο των σκαφών αναψυχής (όπως ιστιοπλοϊκά, καταμαράν, θαλαμηγοί, φουσκωτά κ.λπ.) και προσδιορίζει αν αυτά εισέρχονται ή εξέρχονται από τον χώρο της μαρίνας. Παρά την πολυπλοκότητα του θαλάσσιου περιβάλλοντος, τα αποτελέσματα παρουσιάζουν υψηλή αξιοπιστία και συνέπεια, και βοηθούν σημαντικά τον διαχειριστή της μαρίνας στην έγκαιρη αναγνώριση του τύπου ενός σκάφους ώστε να καθορίσει τον ελλιμενισμό των σκαφών στις κατάλληλες θέσεις. Η τρίτη ερευνητική συνεισφορά αφορά σε μια ακόμη μεγαλύτερη πρόκληση για τις σύγχρονες μαρίνες και τα εμπορικά λιμάνια. Συγκεκριμένα αφορά στην αποδοτική κατανομή και στον αυτοματοποιημένο χρονοπρογραμματισμό των σκαφών ή των πλοίων σε θέσεις ελλιμενισμού. Το πρόβλημα αυτό είναι ιδιαίτερα σύνθετο, καθώς περιλαμβάνει πολλούς περιορισμούς, όπως την ετερογένεια τόσο των σκαφών ή των πλοίων όσο και των διαθέσιμων θέσεων, την ανάγκη εξυπηρέτησης σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα, καθώς και τη δυναμική και συχνά απρόβλεπτη άφιξη των σκαφών. Ένας κλασικός τρόπος αντιμετώπισης είναι η χρήση επακριβών προγραμμάτων επίλυσης (επιλυτών), οι οποίοι μπορούν να οδηγήσουν σε μια βέλτιστη λύση. Ωστόσο, σε περιπτώσεις με μεγάλο αριθμό αιτημάτων και θέσεων ελλιμενισμού, ο απαιτούμενος χρόνος υπολογισμού μπορεί να φτάσει ακόμη και σε πολλές ώρες, καθιστώντας τη χρήση τους μη πρακτική σε πραγματικές συνθήκες. Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, η ερευνητική ομάδα του ICE Lab ανέπτυξε νέους ευφυείς αλγορίθμους βελτιστοποίησης με χρήση ΤΝ, οι οποίοι παράγουν σχεδόν βέλτιστες λύσεις μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Εκτενή πειραματικά αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι οι νέοι αλγόριθμοι υπολογίζουν τη βέλτιστη λύση στη συντριπτική πλειοψηφία των... Read More