Korallrev: 3D-kartlegging takket være kunstig intelligens

Utstraktene av korall som danner bakteppet for de vakreste undervannsbildene er store kolonier av svært små marine virvelløse dyr med et kalkholdig skjelett, kalt polypper.

Også kjent som Anthozoa, har koraller levd på havbunnen i årtusener og har en avgjørende rolle i helsen til planeten: Til tross for at de dekker mindre enn 0,1 % av havets overflate, gir disse enorme og eldgamle koloniene samlet på kalksteinsrev tilflukt og habitat for nesten en tredjedel av marine arter kjent.

Seriøst truet avaumento delle temperatur og fraforurensning av antropisk opprinnelse lider koraller av et farlig fenomen kjent som bleking. De av rød sjøImidlertid virker de mer motstandsdyktige mot klimarelatert stress.

Så det transnasjonale Rødehavssenteret (TRSC) bestemte seg for å utforske sine hemmeligheter, og startet med et nøye blikk 3D-kartlegging av korallrev. Han tenkte på å gjøre alt dette mulig DeepReefMap, et kunstig intelligenssystem utviklet av EPFL-forskere.

Kunstig intelligens og klimakrisen: mulighet eller trussel?
Kunstig intelligens vil hjelpe oss å rense havene for plast

Kunstig intelligens går umiddelbart i aksjon for å beskytte koraller

L 'korallers økologiske betydning det er slik at virkningen av deres helse også strekker seg til menneskelige befolkninger i forskjellige land rundt om i verden. I følge forskning fra USAs nasjonale oseaniske og atmosfæriske administrasjon, en halv milliard mennesker er avhengige av korallrev for matsikkerhet og inntekter fra reiselivsaktiviteter.

Men når sjøtemperaturen økerden symbiotiske alger som gir næring til korallene (og gir dem deres karakteristiske farger) blir utstøtt, og den blekede polyppkolonien er skjebnebestemt til å dø.

Som svar på dette dramatiske fenomenet gjennomfører organisasjoner som TRSC dybdestudier i et forsøk på å låse opp hemmelighetene til korallarter som finnes i Rødehavet, som virker spesielt motstandsdyktige mot klimatisk stress.

Initiativet, ledet av Biological Geochemistry Laboratory ved Federal Polytechnic of Lausanne og TRSC, fungerte som en testseng for DeepReefMap, un system di Kunstig intelligens utviklet ved EPFLs Laboratory of Computational Environmental Sciences and Earth Observation (ECEO).

Den nye AI er i stand til å produsere hundrevis av meter med 3D-kart på noen få minutter fra bilder tatt med kameraer som normalt er tilgjengelige på markedet, og er i stand til å klassifisere de forskjellige korallene.

"Med dette nye systemet kan hvem som helst delta i kartleggingen av verdens korallrev“, Forklarer han Samuel Gardaz, koordinator for TRSC-prosjekter, "dette vil virkelig stimulere forskning på dette feltet, redusere arbeidsmengden, mengden utstyr og logistikk og kostnader knyttet til IT".

Effekten ... kameleon av biologisk nedbrytbare 3D-sensorer og skjermer
Great Barrier Reef lider. Problemet? Menneskene…

Kartlegging av hundrevis av meter med korallrev på minutter

Som vi leste i studien nettopp publisert på "Metoder i økologi og evolusjon""en 100 meter videoseksjon ervervet på 5 minutters dykking med en rimelig forbrukerkamera kan transformeres helautomatisk til en semantisk punktsky 5 minutter".

En sann revolusjon for kartlegging av korallrev, som tradisjonelt krever enorme ressurser, mye tid og arbeidet til en spesialist. Disse begrensningene begrenser og i noen tilfeller fullstendig forhindrer overvåking av korallrev av land som ikke har nødvendige ressurser og tekniske ekspertise.

Takket være det nye systemet Kunstig intelligens utviklet av EPFL-forskere, i fremtiden dataene kan samles inn av hvem som helst, selv av fritidsdykkere, forutsatt at de er utstyrt med kamera.

Alt de trenger å gjøre er å svømme sakte over et korallrev, og ta bilder mens de går fremover. De vil tjene akkurat gode tanker og et svært slitesterkt batteri, for kartlegging av hundrevis av meter med korallrev.

For å kunne fotografere større områder har sveitsiske forskere utviklet en PVC-struktur utstyrt med seks kameraer (tre foran og tre bak) som kan betjenes av samme person. Og denne enheten finnes også i lavprisversjon, for også å inkludere dykkerteam som opererer på begrensede budsjetter.

"En sann revolusjon i verden av bevaring av økosystemer", han påstår Guilhem Banc-Prandi, stipendiat ved Laboratory of Biological Geochemistry ved Polytechnic University of Lausanne og vitenskapelig leder for TRSC.

Marine Sanctuary i hjertet av Stillehavet truer... fiske?
FNs havavtale: Chile er det første landet som signerer

En digital tvilling av korallrevet for å lette beskyttelsen

I motsetning til eldre 3D-kartprogrammer, har DeepReefMap ingen problemer med dårlig belysning og diffraksjon typisk for undervannsbilder: le dype nevrale nettverkfaktisk kan de tilpasse seg disse forholdene. Videre fungerer eksisterende programmer kun med høyoppløselige bilder.

"De er også begrenset når det kommer til skala: ved en oppløsning der individuelle koraller kan identifiseres, er de største 3D-kartene flere meter lange, og krever enenorm mengde tid av behandlingen“, Forklarer han Devis Tuia, professor ved ECEO. "Med DeepReefMap er vi kun begrenset av hvor lenge dykkeren kan holde seg under vann".

"Målet vårt var å utvikle et system som ville være nyttig for forskere som jobber i feltet, og som kunne distribueres raskt og bredt.“, Forklarer han Jonathan Sauder, som jobbet med utviklingen av DeepReefMap for sin doktorgradsavhandling.

"Metoden vår krever ikke dyr maskinvare", understreker forskeren, "en datamaskin med en grunnleggende grafikkbehandlingsenhet er tilstrekkelig. Semantisk segmentering og 3D-rekonstruksjon finner sted kl samme hastighet som videoavspilling".

"Systemet er så enkelt å implementere at vi vil kunne overvåke endringer i korallrev over tid, for å identifisere prioriterte verneområder", legger Banc-Prandi til.

De nye 3D-kartene vil bli beriket med andre data, alt fra populasjonsgenetikk til korallers adaptive potensial. Denne prosessen, forklarer den vitenskapelige direktøren for TRSC, "kan føre til opprettelsen av en ekte digital tvilling av korallrevet".

En upublisert Atlas of Marine Habitats for beskyttelse av havene
Tanja Zimmermann: "Vi prøver å 'materialisere' energi"