Новий прорив у робототехніці: як штучний інтелект відстежує поведінку риб та захищає коралові рифи

Дослідники розробили автономну систему для пошуку та мапування гарячих точок біорізноманіття на коралових рифах із безпрецедентною точністю, запропонувавши новий потужний інструмент для вивчення й захисту океанічних екосистем.

Джерело: phys.org

Робота, опублікована в журналі Science Robotics, демонструє, як поєднання аудіо- та візуальних даних в одній автономній системі виявляє місця концентрації морського життя. Фахівці використав робота CUREE, створеного в межах Ініціативи рифових рішень Океанографічного інституту Вудс-Гоул. Роботизований апарат використовує камери, гідрофони та потужні бортові комп'ютери для аналізу сигналів у режимі реального часу, що дозволяє автономно визначати ділянки з вищою біологічною активністю.

Ця система поєднує прямі спостереження, такі як мапування тварин за допомогою відео й аудіо, та непрямі дані, отримані з екологічних звукових ландшафтів або поведінки індикаторних видів. Розробка є проривом у здатності ідентифікувати, мапувати та контролювати дрібномасштабну структуру біорізноманіття рифів, що є ключовим для розуміння їхнього здоров'я та стійкості. Робототехнік з Океанографічного інституту Вудс-Гоул і провідний автор дослідження Сет Маккеммон зазначив, що дотепер науковці не мали змоги надійно кількісно оцінити ці фрагментарні гарячі точки, мапувати їх на сантиметровому рівні та вимірювати ступінь їхньої активності. Коралові рифи займають менше 0,01% океану, але підтримують приблизно чверть усіх морських видів, наражаючись на стрес через потепління води, хвороби, надмірний вилов риби та прибережний розвиток.

На відміну від традиційних рифових досліджень за участю навчених водолазів, які є дорогими, обмеженими за охопленням і потенційно небезпечними, апарат CUREE може працювати автономно протягом кількох годин, точно визначати своє місцезнаходження та збирати багаті набори даних. Головний дослідник проєкту Йогеш Гірдхар, який очолював розробку робота в Лабораторії WARP Океанографічного інституту Вудс-Гоул, підкреслив, що апарат призначений не замінити людські спостереження, а розширити ці можливості та виконувати завдання, які людина просто не здатна зробити. Робот використовує нову структуру, що об'єднує кілька методів сприйняття через чотири взаємодоповнювальні типи поведінки: візуальний облік риб, акустичне мапування, наведення за звуком та відстеження ключових індикаторних видів.

Під час польових випробувань у межах трьох експедицій між 2022 і 2024 роками на здоровому рифі під назвою Джоелс Шоал в Американських Віргінських Островах робот стабільно виявляв ту саму гарячу точку навколо великої колонії стовпчастого корала. Візуальний облік цього рифу, названого на честь біолога Океанографічного інституту Вудс-Гоул Джоела Ллопіза, який відкрив його і пішов із життя в січні, показав, що щільність риб біля цього об'єкта майже у 25 разів вища порівняно з рештою рифу, а акустичні дані підтвердили підвищену біологічну активність на значно більшій території. Пасивний акустичний моніторинг може фіксувати активність тварин на відстані десятків метрів, навіть коли організми приховані, але галасливе рифове середовище ускладнює створення точних карт лише за допомогою звуку.

Камери надають детальну інформацію на рівні видів, але лише на коротких відстанях, тому, поєднуючи ці потоки даних, робот виявляє віддалену активність за допомогою звуку, а потім перевіряє її за допомогою візуальних спостережень зблизька. Система також може наводитися на конкретні біологічні звуки, такі як клацання креветок або специфічні крики риб, що дозволяє їй рухатися безпосередньо до цікавих ділянок без попередніх знань про риф. У контрольованих експериментах підводний апарат успішно відстежував джерела звуку з відстані до 80 метрів і автономно виходив на природні гарячі точки рифу з відстані 30 метрів. В іншій демонстрації робот слідував за баGroupракудою — головним хижаком, критично важливим для здоров'я екосистеми — під час її переміщення, щоб виявити нову точку.

Дослідники пропонують цей метод автономного спостереження за місцями, куди неодноразово повертаються індикаторні види, як ще один спосіб визначення екологічно важливих локацій. У майбутньому вчені планують розгортати флотилії таких роботів по всьому світу для дослідження та моніторингу рифів, які залишаються переважно не нанесеними на карти. Швидке виявлення та опис гарячих точок біорізноманіття допоможе спрямувати природоохоронні рішення, визначити пріоритети для захисту та відстежувати зміни в екосистемах. Йогеш Гірдхар підсумував, що оскільки коралові рифи стикаються з безпрецедентними викликами, екологам та менеджерам ресурсів потрібні розумніші й швидші способи розуміння місць збереження життя, і подібні автономні системи здатні допомогти знайти й захистити найважливіші частини цих екосистем.