Projekt CORaiL: naukowcy badają stan rafy koralowej na Filipinach, używając sztucznej inteligencji
Rzecz dzieje się u wybrzeży wyspy Pangatalan na Filipinach w zatoce Płetwy Rekina. To tzw. morski obszar chroniony, gdzie zidentyfikowano 13 cennych przyrodniczo ekosystemów.
Od maja 2019 roku organizacja ekologiczna Sulubaaï Environmental Foundation we współpracy z firmami Accenture i Intel prowadzą tam program ochrony rafy koralowej.
Podglądanie rafy
Założeniem projektu było wykorzystanie sztucznej inteligencji do monitorowania, charakteryzowania i analizowania odporności rafy koralowej. W tym celu za pomocą aplikacji firmy Accenture pod nazwą VASP (Applied Intelligence Video Analytics Services Platform) przeanalizowano 40 tysięcy zdjęć rafy, aby sprawdzić jej stan.
Jako główny wskaźnik ogólnego stanu zdrowia rafy przyjmuje się obfitość i różnorodność ryb zamieszkujących koralowce. Aby ją zmierzyć, zwykle zatrudnia się nurków, którzy albo zbierają dane bezpośrednio pod wodą, albo wykonują podwodne nagrania lub zdjęcia, które później analizują w laboratoriach naukowcy. Niestety, nurkowie nie mogą przebywać pod wodą zbyt długo, istnieje też ryzyko bezwiednej ingerencji w rafę – mogą ją zarówno uszkodzić, jak i wpływać na zachowanie ryb w miejscu, gdzie pracują.
Tropikalne rafy koralowe zajmują zaledwie jeden procent oceanu, ale należą do najbardziej różnorodnych biologicznie ekosystemów na świecie
Zanim naukowcy przystąpili do analiz, musieli wzmocnić rafę. W tym celu wybudowali podwodną betonową platformę zaprojektowaną przez fundację Sulubaaï. Ta „proteza” zapewnia silne wsparcie dla niestabilnych fragmentów koralowców, działa też jako element pomagający się im się rozwijać i rozrastać.
Następnie eksperci zainstalowali w strategicznych miejscach kamery połączone w system, który umożliwia podglądanie rafy i żyjących wokół niej zwierząt. Podwodne kamery wideo działające w ramach platformy VASP wykrywają i fotografują pojawiające się tam ryby, a sztuczna inteligencja odpowiedzialna jest za zliczanie i klasyfikowanie tych zwierząt.
Co ważne, platforma pozwala na przesyłanie niezbędnych danych w czasie rzeczywistym .
Adres filmu na Youtube: https://youtu.be/84oronYbjkM
Źródło: Sulubaai Foundation / YouTube
Chronić jeszcze inteligentniej
Jak zapowiada firma Intel w informacji prasowej ogłoszonej 22 kwietnia, z okazji Dnia Ziemi, wkrótce projekt CORaiL będzie wykorzystywał system oparty o neuronową sieć konwolucyjną i zapasowe zasilanie, co znacznie poprawi działanie platformy. Ponadto eksperci rozważają również dodanie do systemu kamer na podczerwień, które mogłyby nagrywać filmy w nocy.
Dodatkowe zastosowania mogą obejmować badanie tempa migracji ryb tropikalnych do zimniejszych wód oraz monitorowanie chronionych lub ograniczonych obszarów podwodnych. Okazuje się bowiem, że tzw. blaknięcie koralowców, wynikające z wysokiej temperatury, nie dotyczy tylko korali tuż pod powierzchnią, ale także kilkadziesiąt metrów pod poziomem lustra wody.
Efekt blaknięcia raf zauważono już ponad 100 lat temu, ale pierwsze poważne badania i eksperymenty dotyczące poziomu tego zjawiska opisywane są od lat 70. XX wieku. Zjawisko to polega na stresie termicznym, związanym z podwyższoną temperaturą wody. Żyjące do tej pory w symbiozie koralowce i glony zaczynają obumierać. Stres termiczny powoduje zaburzenie symbiozy, a glony które dotychczas dostarczały koralowcom składniki energetyczne, znikają. Koralowce zaczynają powoli obumierać.
Projekt CORaiL nie jest niczym innowacyjnym, jeśli chodzi o samą analizę obrazu ze zdjęć podwodnych do badania stopnia wymierania koralowców. Takie badania dotyczące blaknięcia koralowca są stosowane od co najmniej dekady.
Koralowce umierają zarówno z powodu działań człowieka na morzu, przemysłowych połowów i zanieczyszczeń, jak i ze względu na zmiany klimatyczne
Także prace nad sztucznymi rafami były już prowadzone.
– Polegało to na umieszczeniu twardych konstrukcji, na których mogłyby się osiedlać organizmy morskie. Nawet w Bałtyku były takie prace pod kierownictwem Instytutu Morskiego i odnotowano sukces w kolonizacji tych konstrukcji przez małże, co jest pożyteczne dla ekosystemu, ponieważ małże filtrują wodę morską. Ale nie używano wtedy kamer, a kształty sztucznych raf były określane na podstawie prostych algorytmów – powierzchnia, kąty nachylenia odpowiednie dla organizmów – tłumaczy dr Jacek Bełdowski z Instytutu Oceanologii PAN w Sopocie.
Zastosowanie sztucznej inteligencji może dać działaniom ochronnym nowy impuls.
– Wykorzystanie SI do zaplanowania nowych raf i użycie kamer do dalszego doskonalenia systemu wydaje się bardzo dobrym pomysłem. Zawsze są parametry, których nie damy rady uwzględnić, więc planowanie zawsze będzie niedoskonałe. To jest pierwsze prawo biologii morza: „Organizm, umieszczony w ściśle kontrolowanych i jednakowych warunkach zachowa się tak, jak chce”. System oparty o zliczanie ryb ma szansę na wyeliminowanie błędnych decyzji i rozbudowę tych, które się udały. Więc to trochę jak algorytmy ewolucyjne – przedsięwzięcia z mniejszymi sukcesami wymierają, a te z większymi zostają wzmocnione – zauważa dr Bełdowski.
Bogactwo z oceanu
Tropikalne rafy koralowe zajmują zaledwie jeden procent oceanu, ale należą do najbardziej różnorodnych biologicznie ekosystemów na świecie. W wyniku blaknięcia i obumierania koralowców giną wraz z nimi znajdujące się wśród raf zwierzęta, w tym wiele gatunków ryb, dla których koralowce są podstawowym elementem pożywienia. Rafy koralowe to też ogromny biznes związany z turystyką – przynoszą miliardy dolarów rocznie – jak również miejsce połowów dla milionów ludzi mieszkających wokół raf.
Zdaniem ONZ pomimo tak znaczącego wpływu raf koralowych zarówno na ekosystem, jak i gospodarkę, degradacja postępuje. Koralowce umierają zarówno z powodu działań człowieka na morzu, przemysłowych połowów i zanieczyszczeń, jak i ze względu na zmiany klimatyczne. Co gorsza, z każdym rokiem rośnie też poziom blaknięcia. O ile w 1998 roku dla wszystkich raf australijskiej Wielkiej Rafy Koralowej wyniósł 43 procent, to w 2016 roku sięgnął aż 85 procent. ONZ alarmuje, że wkrótce ta sytuacja może się jeszcze pogorszyć.
Australijskie sposoby
Największy obszar śmierci koralowców dotyczy oczywiście Australii i Wielkiej Rafy Koralowa u jej wybrzeży.
Aby monitorować stan raf, Australijczycy stosowali zarówno specjalne platformy i tamy do ich ochrony, jak również analizę zdjęć. Nieobce jest im także wykorzystywanie do monitoringu raf autonomicznych pojazdów. Australijski Instytut Nauk Morskich (Australian Institute of Marine Science) wskazuje, że wiele z obszarów rafy koralowej jest niebezpiecznych dla nurków, dlatego potrzebne są alternatywne techniki w celu zebrania szczegółowych zdjęć do oceny stanu zdrowia koralowców. Należą do nich m.in. pojazdy ROV do głębszych przeglądów wody i inspekcji kadłuba desantowane z większych statków badawczych oraz mniejsze, w płytszej wodzie, z mniejszych lub pomocniczych statków. Oba typy pojazdów są testowane i modyfikowane do wykorzystania jako morskie platformy badawcze na obszarach niebezpiecznych dla nurków.