Strażnicy planety
W środkowej Dolinie Magdaleny (MMV) w północno-środkowej Kolumbii znajduje się jedno z najbardziej niezwykłych miejsc na świecie pod względem różnorodności biologicznej.
Ta rozciągająca się między środkową a wschodnią częścią Andów dolina ma kluczowe znaczenie dla dobrego stanu naszej planety. Jednak region ten, pełen lasów, terenów podmokłych i równin zalewowych, stoi w obliczu wielu problemów. Wylesianie i inne działania człowieka zagrażają unikatowym ekosystemom, z których wiele nie występuje w żadnym innym miejscu na Ziemi. Kolumbia jest drugim pod względem różnorodności biologicznej krajem na świecie, a w środkowej Dolinie Magdaleny występuje ponad 630 gatunków ptaków, 120 gatunków gadów, 120 gatunków ryb, 50 gatunków płazów, 50 gatunków ssaków i 4000 gatunków roślin naczyniowych. Jest to również miejsce zimowania wielu gatunków ptaków wędrownych z Ameryki Północnej.
Od poszycia po najwyższe korony drzew – kamery i mikrofony zasilane energią słoneczną wykorzystują sztuczną inteligencję do monitorowania i ochrony zagrożonych ekosystemów.
Zdjęcie: Santiago Rosado
Rezerwat przyrody i stacja badawcza El Silencio, położone na terenie środkowej Doliny Magdaleny w Kolumbii, służą jako centrum operacyjne Fundación Biodiversa Colombia – organizacji non-profit zajmującej się ochroną dziedzictwa biologicznego i kulturowego Kolumbii. W stacji badawczej, stanowiącej bazę wypadową, zespół biologów pracuje na świeżym powietrzu w wysoko położonej kabinie składającej się z drewnianych konstrukcji i ekranów. Nieustannie obserwują i monitorują dziką przyrodę, zarówno w sposób aktywny, jak i pasywny. Grupa strażników przyrody zajmuje się aktywnym monitorowaniem, które obejmuje konserwację i nadzór na terenie rezerwatu, a sieć małych fotopułapek i mikrofonów odpowiada za monitorowanie pasywne.
Największym wyzwaniem związanym z monitorowaniem pasywnym jest analiza ogromnych ilości danych gromadzonych przez kamery i mikrofony. Od 2010 roku informacje z El Silencio Natural Reserve są zbierane co 40 dni do trzech miesięcy – w wyniku tego zarejestrowano tysiące godzin nagrań, które wymagają odsłuchania i zidentyfikowania określonych gatunków przez specjalistów, co wykracza poza zakres możliwości. Ponieważ wiele kamer i mikrofonów znajduje się w odległych lokalizacjach, częste sprawdzanie ich działania nie zawsze jest wykonalne, co często powoduje utratę ogromnych ilości danych. Zespół nie był również w stanie obserwować dzikiej przyrody ani nasłuchiwać jej w czasie rzeczywistym. Jeśli zaś przed kamerą wyrośnie roślina, wyczerpie się bateria lub owad utknie w mikrofonie, nikt tego nie zauważy przez wiele miesięcy.
„Dysponujemy ogromną ilością informacji historycznych, które moglibyśmy przeanalizować, aby lepiej poznać ten ekosystem. Robimy wszystko, co w naszej mocy, aby zbadać posiadane dane, ale jest to bardzo czasochłonne. Wymaga to również pomocy ekspertów w identyfikacji dźwięków i niektórych gatunków, a to jest niezwykle skomplikowane” – mówi Fernando Arbeláez, dyrektor generalny Fundación Biodiversa Colombia.
Ale to się zmieniło – na lepsze. Fundación Biodiversa została bowiem pierwszym pilotażowym partnerem projektu SPARROW.
Zachowanie i ochrona różnorodności biologicznej
Projekt SPARROW (Solar-Powered Acoustic and Remote Recording Observation Watch) to rozwiązanie komputerowe oparte na sztucznej inteligencji, opracowane przez laboratorium Microsoft AI for Good Lab, którego celem jest ochrona bioróżnorodności poprzez obserwację. Wyobraź sobie emocje związane z obserwowaniem przyrody w najodleglejszych zakątkach planety przy użyciu sieci niewielkich kamer i mikrofonów przekazujących informacje w czasie rzeczywistym. W połączeniu ze sztuczną inteligencją narzędzia te umożliwiają wykrywanie dzikich zwierząt i zagrożeń na żywo, co pozwala na szybsze i bardziej świadome reagowanie w zakresie ochrony przyrody.
W bazie wypadowej zespół Fundacion Biodiversa wykorzystuje rozwiązania projektu SPARROW do gromadzenia danych dotyczących bioróżnorodności pozyskanych przy użyciu z fotopułapek, monitorów akustycznych i innych detektorów środowiskowych zasilanych energią słoneczną, które są wyposażone w zaawansowane czujniki. Dane te są przetwarzane przy użyciu najbardziej zaawansowanych modeli AI Microsoftu opartych na strukturze PyTorch, które wykorzystują energooszczędne procesory graficzne. Następnie dane są przesyłane bezpośrednio do chmury za pośrednictwem satelitów znajdujących się na niskiej orbicie okołoziemskiej, co pozwala naukowcom uzyskać dostęp do przydatnych aktualnych informacji z dowolnego miejsca. Łączność satelitarna ma kluczowe znaczenie dla naukowców, którzy w przeciwnym razie musieliby fizycznie pozyskiwać dane z odległych lokalizacji.
Najciekawszą cechą projektu SPARROW jest możliwość uzyskania wszystkich informacji w czasie rzeczywistym. Niezależnie od tego, czy jestem tutaj, w rezerwacie, czy w moim domu w Bogocie, czy dosłownie gdziekolwiek indziej – możemy zobaczyć, co dzieje się w rezerwacie, a to jest niezwykle przydatne.
Obserwacja z wysokości
„W mojej pracy najbardziej podoba mi się to, że mogę wspiąć się na korony drzew, skąd podziwiam Kolumbię z zupełnie nowej perspektywy. Bardzo cenię sobie to, że wykonujemy pracę, która nie tylko pogłębia wiedzę naukową, ale także niesie ze sobą ogromny wpływ”.
Susana Rodrigez-Buritica
badacz, Instytut Globalnych Badań Społeczno-Ekologicznych im. Humboldta
Naukowa supermoc
„Naszym największym ograniczeniem były stałe ramy czasowe, w których musieliśmy analizować dane. Sztuczna inteligencja naprawdę daje naszym naukowcom supermoce, dzięki czemu mogą przetwarzać kolosalne ilości danych oraz poświęcić więcej czasu na najważniejsze aspekty swojej pracy”.
Pablo Arbelaez
Profesor nadzwyczajny w Centrum Sztucznej Inteligencji Uniwersytetu Los Andes
Zrównoważone innowacje
„Projekt SPARROW wykorzystuje energię słoneczną i może działać w terenie bez potrzeby konserwacji. Innowacyjność polega na tym, że możemy komunikować się z chmurą Azure za pomocą satelity”.
Juan Lavista Ferres
Główny analityk danych, Microsoft AI for Good Lab
Image carousel
Zdjęcie: Santiago Rosado
Zdjęcie: Santiago Rosado
Projekt SPARROW wykorzystuje również sztuczną inteligencję do identyfikacji gatunków poprzez automatyczną klasyfikację oraz nieustannie je identyfikuje. Ponieważ wzory zwierząt takich jak zebry i żyrafy są niczym odciski palców, sztuczna inteligencja jest w stanie ponownie identyfikować te same osobniki, pomagając badaczom mierzyć wskaźniki przeżywalności i dane o populacji. Aby zapewnić bezpieczeństwo tym zwierzętom i ich siedliskom, projekt SPARROW jest w stanie dostrzegać zagrożenia, takie jak pojawienie się pożaru, ostrzegając ekologów o potencjalnym niebezpieczeństwie, zanim wymknie się ono spod kontroli.
Kluczowym elementem tej pracy są pomiary – zrozumienie, czy podejmowane działania przynoszą zamierzone efekty, a także wskazanie obszarów wymagających poprawy. Aby przywrócić siedliska, chronić zagrożone gatunki i zapewnić długoterminową równowagę biologiczną, konieczne jest dokładne zbadanie środowiska i zamieszkujących je organizmów. Obecnie dane te są dostępne szybciej niż kiedykolwiek wcześniej.
Każdego dnia naukowcy otrzymują dane z projektu SPARROW, które zmieniają cały potok informacji.
Naukowcy nie muszą już spędzać wielu godzin na analizowaniu i porządkowaniu danych, bo zadanie to przejęła sztuczna inteligencja. Dzięki temu zyskują więcej czasu na lepsze zrozumienie zjawisk zachodzących w przyrodzie – zarówno tych pozytywnych, jak i negatywnych. Działania na rzecz ratowania i ochrony zagrożonych gatunków, takich jak czepiaki, rzekotki i czubacz niebieskodzioby, są wspierane przez połączenie najnowocześniejszych technologii i głębokiego zaangażowania społeczności.
Fundación Biodiversa Colombia wspomaga również lokalne społeczności poprzez programy edukacyjne, zatrudnienie i programy na rzecz zrównoważonego rozwoju, dbając o to, aby ochrona przyrody nie tylko przyczyniała się do chronienia gatunków, ale także do zachowania kulturowego i ekologicznego charakteru regionu.
Oczy i uszy w lesie deszczowym
Na południowy wschód od rzeki Magdaleny rozciąga się spowity mgłą las deszczowy Amazonii, kolejny zagrożony ekosystem Ameryki Południowej. Tutaj naukowcy z zespołu Project Guacamaya również wykorzystują fotopułapki i bioakustykę do monitorowania bogactwa bioróżnorodności, ale napotkali wiele identycznych problemów, z jakimi boryka się zespół Fundación Biodiversa Colombia.
Według projektu Monitoring of the Andean Amazon Project, w latach 2022–2023 Amazonia straciła około 3 miliony hektarów lasów w wyniku wylesiania, co odpowiada średnio 10 000 akrów dziennie. Obecnie dzięki zdjęciom satelitarnym, fotopułapkom i bioakustyce jesteśmy w stanie monitorować miliony gatunków w tym złożonym ekosystemie, co pomaga odwrócić szkody i uniknąć dalszych.
Ponad 18 000 badaczy dzikiej przyrody i organizacji na całym świecie – w tym Project Guacamaya – korzysta z zaawansowanych modeli AI, które ułatwiają analizę ogromnych ilości zebranych danych. Guacamaya to projekt Microsoft AI for Good Lab realizowany we współpracy z organizacjami takimi jak Instytut Humboldta i Instytut SINCHI, które zajmują się ratowaniem i ochroną lasów deszczowych Amazonii. Na terenie Kolumbii znajduje się 10% obszaru Amazonii, a postępy w dziedzinie sztucznej inteligencji przyczyniają się do walki z wylesianiem, poprawy klimatu i ochrony tego bujnego środowiska biologicznego przed zniszczeniem.
