Beschützende des Planeten
Das mittlere Magdalena-Tal (MMV) im nördlichen Zentralkolumbien beherbergt eine bemerkenswerte Artenvielfalt.
Dieses Tal erstreckt sich zwischen den zentralen und östlichen Anden und ist für die Gesundheit unseres Planeten von entscheidender Bedeutung. Doch die Region mit ihren zahlreichen Wäldern, Feuchtgebieten und Überschwemmungsgebieten steht vor schweren Herausforderungen. Die Abholzung der Wälder und andere menschliche Aktivitäten bedrohen die einzigartigen Ökosysteme, von denen viele nirgendwo sonst auf der Erde existieren. Kolumbien ist das Land mit der zweitgrößten Artenvielfalt der Welt. Das MMV ist Heimat für mehr als 630 Vogel-, 120 Reptilien-, 120 Fisch-, 50 Amphibien-, 50 Säugetier- und 4.000 Gefäßpflanzenarten. Es ist auch ein Überwinterungsgebiet für viele nordamerikanische Zugvogelarten.
Vom Waldboden bis zur höchsten Baumkrone nutzen solarbetriebene Kameras und Mikrofone KI, um gefährdete Ökosysteme zu überwachen und zu retten.
Foto: Santiago Rosado
Das Naturreservat und die Forschungsstation El Silencio, die sich innerhalb des MMV in Kolumbien befinden, dienen als operatives Zentrum der Fundación Biodiversa Colombia, einer gemeinnützigen Organisation, die sich der Erhaltung des biologischen und kulturellen Erbes Kolumbiens verschrieben hat. In der Forschungsstation bzw. im Basislager arbeitet ein Team von Biologen und Biologinnen in einer hoch aufragenden Freilufthütte aus rohem Holz und Insektengittern und beobachtet und überwacht die Tierwelt ständig aktiv und passiv. Eine Gruppe von Rangern kümmert sich um die aktive Überwachung, welche die Wartung und Überwachung innerhalb des Reservats umfasst, während ein Netzwerk aus kleinen Kamerafallen und Mikrofonen die passive Überwachung übernimmt.
Die größte Herausforderung bei der passiven Überwachung besteht darin, die riesigen Datenmengen zu analysieren, die von den Kameras und Mikrofonen gesammelt werden. Seit 2010 werden alle 40 Tage bis drei Monate Informationen aus dem Naturreservat El Silencio gesammelt – so entstehen Tausende Stunden an Aufnahmen, auf denen spezialisierte Personen bestimmte Arten abhören und identifizieren müssen. Dabei war es unmöglich, alles zu hören. Da sich viele der Kameras und Mikrofone an entfernten Standorten befinden, ist es nicht immer möglich, sie regelmäßig zu überprüfen, um sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß funktionieren, was oft zum Verlust großer Datenmengen führt. Das Team war auch nicht in der Lage, Wildtiere zu sehen oder sie in Echtzeit zu hören. Wenn eine Pflanze vor einer Kamera wächst, eine Batterie leer ist oder sich ein Insekt in einem Mikrofon einnistet, merkt man das erst Monate später.
„Wir haben so viele historische Informationen, die wir analysieren könnten, um mehr über dieses Ökosystem zu erfahren. Wir tun unser Bestes bei der Analyse der Daten, die wir haben, aber es ist wirklich zeitaufwändig. Es erfordert auch Experten und Expertinnen, um Geräusche und bestimmte Arten zu identifizieren, und das ist sehr kompliziert“, sagt Fernando Arbeláez, Generaldirektor der Fundación Biodiversa Colombia.
Doch das hat sich geändert – zum Besseren. Denn die Fundación Biodiversa ist das erste Pilotprojekt des Projekts SPARROW.
Erhalt und Schutz der Artenvielfalt
Project SPARROW (Solar-Powered Acoustic and Remote Recording Observation Watch) ist eine KI-gestützte Computerlösung, die vom AI for Good Lab von Microsoft entwickelt wurde und sich für den Erhalt der Artenvielfalt durch Beobachtung einsetzt. Stellen Sie sich den Nervenkitzel vor, die Natur in den entlegensten Ecken der Welt durch ein Netzwerk von kleinen Kameras und Mikrofonen zu betrachten, die in Echtzeit berichten. Diese Tools, gepaart mit KI, ermöglichen die Live-Erkennung von Wildtieren und Bedrohungen und ermöglichen so schnellere, fundiertere Naturschutzmaßnahmen.
Im Basislager sammelt das Team der Fundación Biodiversa mithilfe von SPARROW Biodiversitätsdaten von Kamerafallen, akustischen Monitoren und anderen Umweltdetektoren, die solarbetrieben und mit fortschrittlichen Sensoren ausgestattet sind. Diese Daten werden mit den fortschrittlichsten PyTorch-basierten Wildtier-KI-Modellen von Microsoft verarbeitet, die auf energiesparenden Edge-GPUs ausgeführt werden. Anschließend werden die Daten über Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn direkt in die Cloud übertragen, sodass die Forschenden auf neue, konkrete Erkenntnisse zugreifen können, unabhängig davon, wo sie sich befinden. Diese Satellitenkonnektivität ist von entscheidender Bedeutung für Forschende, die sonst Daten an abgelegenen Orten physisch abrufen müssten.
Das Spannendste an Project SPARROW ist die Möglichkeit, alle Informationen in Echtzeit zur Verfügung zu haben. Wenn ich hier im Reservat oder in meinem Haus in Bogotá sitze, oder buchstäblich überall, kann ich sehen, was im Reservat passiert, und das ist sehr nützlich.
Optimierte Beobachtung
„Was ich bei meinem Job liebe, ist, dass er mich in die Baumkronen führt und ich Kolumbien aus einer neuen Perspektive sehen kann. Ich finde es toll, dass wir eine Arbeit machen, die nicht nur wissenschaftlich tiefgründig, sondern auch wirkungsvoll ist.“
Susana Rodrigez-Buritica
Researcher, Humboldt-Institut für Globale Sozialökologische Studien
Wissenschaftliche Superkraft
„Unsere größte Einschränkung war, dass wir nur eine festgelegte Zeitspanne für die Analyse unserer Daten hatten. KI verleiht unseren Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen wirklich Superkräfte, damit sie riesige Datenmengen verarbeiten und mehr Zeit für die wichtigsten Teile ihrer Arbeit aufwenden können.“
Pablo Arbelaez
Associate Professor an der Universidad de los Andes Center for AI
Nachhaltige Innovation
„SPARROW ist solarbetrieben und kann im Feld eingesetzt werden, ohne gewartet werden zu müssen. Die Innovation besteht darin, dass wir über einen Satelliten mit der Azure-Cloud kommunizieren können.“
Juan Lavista Ferres
Chief Data Scientist, Microsoft AI for Good Lab
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Foto: Santiago Rosado
Foto: Santiago Rosado
SPARROW verwendet KI auch, um Arten durch automatische Klassifizierung zu identifizieren und einzelne Tiere wiederzuerkennen. Da Tiere wie Zebras und Giraffen unterschiedliche Muster haben, ähnlich wie beim Menschen Fingerabdrücke, kann KI dieselben Tiere erneut identifizieren und so Forschenden helfen, Überlebensraten und Populationen zu messen. Und um diese Tiere und ihre Lebensräume zu schützen, ist SPARROW in der Lage, Bedrohungen wie den Ausbruch eines Waldbrandes zu erkennen und Naturschützende vor potenziellen Gefahren zu warnen, bevor sie außer Kontrolle geraten.
Ein entscheidendes Element dieser Arbeit ist die Messung – zu verstehen, ob die Bemühungen die beabsichtigte Wirkung erzielen, und festzustellen, wo Verbesserungen erforderlich sind. Um Lebensräume wiederherzustellen, gefährdete Arten zu schützen und die langfristige Gesundheit der biologischen Vielfalt zu gewährleisten, müssen genaue Einblicke in die Umwelt und die Lebewesen, die sie bewohnen, gemessen werden. Diese Daten sind jetzt schneller als je zuvor verfügbar.
Jeden Tag erhalten Forschende Daten von SPARROW, was die gesamte Informationspipeline verändert.
Anstatt unzählige Stunden mit der Analyse und Organisation zu verbringen, haben Forschende diese Aufgabe an die KI übergeben. Das gibt ihnen mehr Zeit, um zu untersuchen, was in der Natur passiert. Die Bemühungen, gefährdete Arten wie den bunten Klammeraffen, den Laubfrosch und den Blauschnabel-Hokko zu schützen, werden durch eine Kombination aus modernster Technologie und starkem Engagement der Gemeinschaft verstärkt.
Die Fundación Biodiversa Colombia stärkt außerdem die lokalen Gemeinschaften durch Bildung, Beschäftigung und Programme für nachhaltige Entwicklung und sorgt so dafür, dass Naturschutz nicht nur Arten schützt, sondern auch das kulturelle und ökologische Gefüge der Region bewahrt.
Augen und Ohren im Regenwald
Südöstlich des Magdalena-Flusses erstreckt sich das neblige Baumkronendach des Amazonas-Regenwaldes, ein weiteres gefährdetes Ökosystem in Südamerika. Auch hier setzen die Forschenden des Projekts Guacamaya Kamerafallen und Bioakustik ein, um die üppige Artenvielfalt zu überwachen. Aber sie sind auf viele der gleichen Probleme gestoßen, die das Team der Fundación Biodiversa Colombia hat.
Von 2022 bis 2023 verlor der Amazonas etwa 3 Millionen Hektar durch Abholzung, durchschnittlich 10.000 Hektar pro Tag, so das Monitoring of the Andean Amazon Project. Satellitenbilder, Kamerafallen und Bioakustik überwachen nun die Millionen von Arten in diesem komplexen Ökosystem, um Schäden rückgängig zu machen und künftig zu verhindern.
Über 18.000 Wildtierforschende und -organisationen weltweit – darunter auch Project Guacamaya – verlassen sich auf leistungsstarke KI-Modelle, um die riesigen Datenmengen zu analysieren, die sie sammeln. Guacamaya ist ein Projekt von Microsoft AI for Good Lab, das in Zusammenarbeit mit Organisationen wie dem Humboldt-Institut und dem SINCHI-Institut durchgeführt wird, die sich der Rettung und dem Schutz des Amazonas-Regenwaldes verschrieben haben. 10 % des Amazonasgebiets befinden sich in Kolumbien, und Fortschritte im Bereich der KI tragen dazu bei, die Abholzung der Wälder zu bekämpfen, das Klima zu verbessern und diese üppige biologische Umwelt vor Schäden zu schützen.
