_ Vulturii și IA ca detectoare de moarte : O abordare de înaltă tehnologie pentru cercetarea și conservarea faunei sălbatice

Pentru a utiliza locații îndepărtate pentru a înregistra și a evalua comportamentul faunei sălbatice și condițiile de mediu, Inițiativa GAIA a dezvoltat un algoritm de inteligență artificială (AI) care în mod fiabil și clasifică automat comportamentele vultururilor cu spate alb utilizând datele etichetelor animalelor.

În calitate de groapători, vulturii caută întotdeauna următoarea carcasă. Cu ajutorul animalelor etichetate și al unui al doilea algoritm de inteligență artificială, oamenii de știință pot acum localiza automat carcasele pe peisaje vaste.

Algoritmii descriși într-un articol publicat recent în Journal of Applied Ecology sunt, prin urmare, componente cheie ale unui sistem de avertizare timpurie care poate fi utilizat pentru a recunoaște rapid și fiabil schimbările critice sau incidentele din mediu, cum ar fi secetele, focarele de boli sau uciderea ilegală a animalelor sălbatice.

Inițiativa GAIA este o alianță a institutelor de cercetare, organizații și întreprinderi de conservare cu scopul de a crea un sistem de avertizare timpurie de înaltă tehnologie pentru schimbările de mediu și incidentele ecologice critice. Noii algoritmi AI au fost dezvoltați de Institutul Leibniz pentru Cercetarea Grădinii Zoologice și a Faunei Sălbatice (Leibniz-IZW) în cooperare cu Institutul Fraunhofer pentru Circuite Integrate IIS și Tierpark Berlin.

Moartea faunei sălbatice este un proces important. în ecosisteme — indiferent dacă acesta este un caz obișnuit, cum ar fi vânătoarea de succes a unui prădător, sau un caz excepțional cauzat de izbucnirea unei boli ale faunei sălbatice, contaminarea peisajului cu toxine de mediu sau uciderea ilegală de către oameni.

Pentru investigarea comunităților și ecosistemelor de specii de mamifere, este, prin urmare, important să se înregistreze și să se analizeze sistematic aceste cazuri regulate și excepționale de mortalitate. Pentru a realiza acest lucru, Inițiativa GAIA folosește abilitățile naturale ale vultururilor cu spate alb (Gyps africanus) în combinație cu tehnologii de biologging foarte dezvoltate și inteligență artificială.

„Această combinație de trei forme de inteligență. — animal, uman și artificial — este nucleul noii noastre abordări I³ cu care ne propunem să folosim cunoștințele impresionante pe care fauna sălbatică le are despre ecosisteme”, spune dr. Jörg Melzheimer, șef de proiect GAIA și om de știință la Leibniz-IZW.

Vulturii sunt adaptați perfect de milioane de ani de evoluție pentru a detecta rapid și fiabil carcasele din peisaje vaste. Au o vedere extraordinară și o comunicare sofisticată care le permite să monitorizeze suprafețe foarte mari de teren atunci când mulți indivizi lucrează împreună. Vulturii îndeplinesc astfel un rol ecologic important prin curățarea peisajelor de carii și prin limitarea răspândirii bolilor faunei sălbatice.

„Pentru noi, ca oameni de știință în conservarea faunei sălbatice, cunoștințele și abilitățile vulturii ca santinele sunt foarte utile pentru a putea recunoaște rapid cazurile problematice excepționale de mortalitate și inițiază răspunsuri adecvate”, spune dr. Ortwin Aschenborn, șef de proiect GAIA alături de Melzheimer la Leibniz-IZW. „Pentru a folosi cunoștințele despre vulturi, avem nevoie de o interfață – iar la GAIA, această interfață este creată prin combinarea etichetelor de animale cu inteligența artificială.”

Etichetele de animale cu care GAIA a echipat vulturii cu spate alb din Namibia înregistrați două grupuri de date. Senzorul GPS oferă locația exactă a persoanei etichetate la un anumit moment în timp. Așa-numitul senzor ACC (ACC este prescurtarea de la accelerație) stochează profiluri detaliate de mișcare ale etichetei - și, prin urmare, ale animalului - de-a lungul celor trei axe spațiale exact în același timp. Ambele grupuri de date sunt utilizate de algoritmii de inteligență artificială dezvoltați la Leibniz-IZW.

„Fiecare comportament este reprezentat de modele specifice de accelerație și astfel creează semnături specifice în datele ACC ale senzorilor”, explică biologul faunei sălbatice și specialistul AI Wanja Rast de la Leibniz-IZW.

„Pentru a recunoaște aceste semnături și pentru a le atribui în mod fiabil unor comportamente specifice, am antrenat o IA folosind date de referință. Aceste date de referință provin de la doi vulturi cu spate alb pe care i-am echipat cu etichete la Tierpark Berlin și de la 27 de vulturi sălbatici echipați cu etichete. în Namibia.”

Pe lângă datele ACC din etichete, oamenii de știință au înregistrat date despre comportamentul animalelor – în grădina zoologică prin înregistrări video și pe teren, observând animalele după ce au fost etichetat.

„În acest fel, am obținut aproximativ 15.000 de puncte de date ale semnăturilor ACC atribuite unui comportament specific de vultur verificat. Acestea includ zborul activ, planarea, culcarea, hrănirea și statul în picioare. Acest set de date ne-a permis pentru a antrena o așa-numită mașină vectorială de suport, un algoritm AI care atribuie date ACC unor comportamente specifice cu un grad ridicat de fiabilitate”, explică Rast.

Într-un al doilea pas, oamenii de știință au combinat comportamentul astfel clasificat. cu datele GPS din etichete. Folosind algoritmi pentru gruparea spațială, au identificat locații în care anumite comportamente au apărut mai frecvent. În acest fel, ei au obținut locații fin rezolvate spațial și temporal în care se hrăneau vulturii.

„Oamenii de știință GAIA și partenerii lor în domeniu au putut verifica peste 500 de locații suspecte de carcasă derivate din datele senzorului. , precum și peste 1300 de grupuri de alte comportamente non-carcasă”, spune Aschenborn.

Locațiile carcaselor verificate pe teren au servit în cele din urmă la stabilirea semnăturilor site-ului de hrănire a vulturii în setul de date final de instruire AI al oamenilor de știință – acesta algoritmul indică cu mare precizie locații unde un animal a murit cel mai probabil și o carcasă este pe sol.

„Am putea prezice locațiile carcaselor cu o probabilitate impresionantă de 92% și am demonstrat astfel că un sistem care combină comportamentul vulturului , etichetele animalelor și IA sunt foarte utile pentru monitorizarea pe scară largă a mortalității animalelor”, spune Aschenborn.

Această clasificare a comportamentului bazată pe inteligență artificială, detectarea carcasei și localizarea carcasei sunt componente cheie ale sistemului de avertizare timpurie GAIA pentru schimbări sau incidente critice în mediu. „Până acum, acest pas metodologic a fost efectuat în laboratorul de date GAIA I³ de la Leibniz-IZW din Berlin”, spune Melzheimer.

„Dar cu noua generație de etichete de animale dezvoltate de consorțiul nostru, Analizele AI sunt implementate direct pe etichetă. Acest lucru va oferi informații fiabile despre dacă și unde se află o carcasă de animal fără transfer de date în timp real, fără nicio pierdere de timp.”

Transferul tuturor GPS și. Datele brute ACC nu mai sunt necesare, permițând comunicarea de date cu o lățime de bandă semnificativ mai mică pentru a transmite informațiile relevante. Acest lucru face posibilă utilizarea unei conexiuni prin satelit în locul rețelelor terestre GSM, ceea ce garantează acoperirea chiar și în regiunile sălbatice îndepărtate complet independente de infrastructura locală.

Chiar și în cele mai îndepărtate locații, schimbări critice sau incidente în mediu. — cum ar fi focarele de boli, secetele sau uciderea ilegală a animalelor sălbatice — ar putea fi apoi recunoscute fără întârziere.

În ultimele decenii, populațiile multor specii de vulturi au scăzut brusc și sunt acum amenințate cu dispariția. Principalele cauze sunt pierderea habitatului și a hranei în peisajele modelate de oameni, precum și un număr mare de incidențe directe sau indirecte de otrăvire.

Populația vulturului cu spatele alb, de exemplu, a scăzut cu aproximativ 90% în doar trei generații – echivalentul unui declin mediu de 4% pe an. „Din cauza importanței lor ecologice și a declinului rapid, este esențial să ne îmbunătățim semnificativ cunoștințele și înțelegerea vulturii pentru a-i proteja”, spune Aschenborn.

„Cercetarea noastră folosind metode de analiză bazate pe inteligență artificială nu va ne va oferi doar perspective asupra ecosistemelor. De asemenea, ne va spori cunoștințele despre modul în care vulturii comunică, interacționează și cooperează, își caută hrană, se înmulțesc, își cresc puii și transmit cunoștințele de la o generație la o generație. următorul.”

GAIA a echipat până acum peste 130 de vulturi din diferite părți ale Africii cu etichete, majoritatea în Namibia. Oamenii de știință au analizat peste 95 de milioane de puncte de date GPS și 13 miliarde de înregistrări ACC.

(Fluierul)