新聞?消息 2023年10月27日 人工智能如何幫助拯救瀕危物種 科學(xué)家們正在使用人工智能，通過分析大量數(shù)據(jù)、監(jiān)控生態(tài)系統(tǒng)和發(fā)現(xiàn)長期趨勢來對抗生物多樣性的喪失。 托辛·湯普森
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以幫助從捕捉雨林聲音的錄音中識別鳥類。信用:烏爾里希
越來越多的研究人員轉(zhuǎn)向人工智能(AI)來監(jiān)測生物多樣性，并支持幫助瀕危物種的努力。與可能破壞生態(tài)系統(tǒng)或需要大量時間、勞動力和資源的傳統(tǒng)方法不同，人工智能具有快速有效地分析大量現(xiàn)實世界數(shù)據(jù)的潛力。 “沒有人工智能，我們永遠(yuǎn)無法實現(xiàn)聯(lián)合國保護(hù)瀕危物種的目標(biāo)，”卡爾·查爾莫斯說，他在總部位于英國利物浦的非營利組織Conservation AI研究機(jī)器學(xué)習(xí)，該組織將人工智能技術(shù)用于各種生態(tài)項目。
物種消失的速度比幾百萬年前快幾百到幾千倍，多達(dá)一百萬種物種瀕臨滅絕。作為回應(yīng)，聯(lián)合國在2020年設(shè)定了一個目標(biāo)，到2020年保護(hù)至少30%的地球陸地和海洋。 國際非營利組織未來社會(Future Society)的創(chuàng)始人尼古拉斯·米埃爾赫(Nicolas Miailhe)表示，人工智能“不完美”，但可以加速重大發(fā)現(xiàn)，未來社會旨在更好地管理人工智能?！拔覀兎浅Ｐ枰祟悘臉I(yè)者在循環(huán)中設(shè)計模型，以及收集、標(biāo)記、質(zhì)量檢查和解釋數(shù)據(jù)，”他說。
聲景分析 德國維爾茨堡大學(xué)的生態(tài)學(xué)家約克·米勒和他的同事已經(jīng)證明，人工智能工具可以通過從音頻記錄中識別動物物種來幫助量化熱帶森林的生物多樣性。 在10月17日發(fā)表在《自然通訊》2上的一項研究中，研究人員使用人工智能分析了厄瓜多爾Chocó地區(qū)的動物“聲音景觀”,該地區(qū)以其豐富的物種多樣性而聞名。他們在代表不同恢復(fù)階段的43塊土地上放置了記錄器:未被砍伐的森林，被砍伐后廢棄并開始重新生長的區(qū)域，以及被砍伐后積極用于可可種植園和牧場的土地。他們將音頻文件交給專家，這些專家能夠識別183種鳥類、41種兩棲動物和3種哺乳動物。
研究人員還將他們的記錄輸入到一種稱為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)的人工智能模型中，該模型已經(jīng)被開發(fā)用于識別鳥類的聲音。美國有線電視新聞網(wǎng)能夠挑出專家們擁有的75種鳥類，但該模型的數(shù)據(jù)集有限，只包含該地區(qū)可能出現(xiàn)的77種鳥類?！拔覀兊慕Y(jié)果表明，人工智能已經(jīng)準(zhǔn)備好通過聲音在熱帶地區(qū)進(jìn)行更全面的物種識別，”穆勒說?！艾F(xiàn)在需要的只是人類收集的更多訓(xùn)練數(shù)據(jù)?！?該團(tuán)隊表示，使用人工智能精確測量再生森林的生物多樣性對于評估生物多樣性項目可能至關(guān)重要，這些項目必須證明成功才能確保持續(xù)的資金。
攝像鏡頭 Conservation AI的研究人員開發(fā)了一些模型，可以通過無人機(jī)或相機(jī)陷阱的鏡頭和圖像來識別野生動物——包括極度瀕危物種——并跟蹤動物的運動。 他們建立了一個免費的在線平臺，利用該技術(shù)自動分析圖像、視頻或音頻文件，包括來自實時攝像鏡頭和其他傳感器的數(shù)據(jù)，經(jīng)批準(zhǔn)的用戶可以上傳這些數(shù)據(jù)。用戶可以選擇在上傳的視頻中發(fā)現(xiàn)感興趣的物種時收到電子郵件通知。 到目前為止，Conservation AI已經(jīng)處理了超過1250萬張圖像，并檢測到68個物種的400多萬個動物個體，包括烏干達(dá)的瀕危穿山甲、加蓬的大猩猩和馬來西亞的猩猩。“該平臺每小時可以處理數(shù)萬張圖像，相比之下，人類最多只能處理幾千張圖像，”Conservation AI的首席研究員之一保羅·弗格斯(Paul Fergus)說?！叭斯ぶ悄芴幚頂?shù)據(jù)的速度可以讓自然資源保護(hù)主義者快速保護(hù)脆弱的物種免受突然的威脅——如偷獵和火災(zāi)，”他補(bǔ)充道。人工智能保護(hù)組織已經(jīng)通過實時分析錄像當(dāng)場抓獲了一名穿山甲偷獵者。
保護(hù)人工智能的工具可以從攝像機(jī)鏡頭中識別物種。鳴謝:卡爾·查爾莫斯，保羅·弗格斯(人工智能保護(hù)組織)
除了實時監(jiān)測生物多樣性，人工智能還可以用于模擬人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響，并重建歷史變化。研究人員利用人工智能發(fā)現(xiàn)了淡水生態(tài)系統(tǒng)中長達(dá)一個世紀(jì)的環(huán)境退化是如何導(dǎo)致生物多樣性喪失的。 雖然有充分的文件證明人類活動導(dǎo)致了河流和湖泊中生物多樣性的喪失，但對哪些環(huán)境因素的影響最大卻知之甚少?！伴L期數(shù)據(jù)是將生物多樣性變化與環(huán)境變化聯(lián)系起來并確定可實現(xiàn)的保護(hù)目標(biāo)的關(guān)鍵，”在英國伯明翰大學(xué)研究進(jìn)化生物系統(tǒng)的路易莎·奧爾西尼說。 Orsini和她的同事利用人工智能開發(fā)了一個將生物多樣性與歷史環(huán)境變化聯(lián)系起來的模型。在今年早些時候發(fā)表在eLife上的一項研究中，研究小組獲得了植物、動物和細(xì)菌在上個世紀(jì)遺留在湖泊沉積物中的遺傳物質(zhì)。對沉積層進(jìn)行年代測定，并提取環(huán)境DNA進(jìn)行測序。
然后，科學(xué)家們將這些數(shù)據(jù)與來自氣象站的氣候信息以及來自直接測量和國家調(diào)查的化學(xué)污染數(shù)據(jù)相結(jié)合，使用一種旨在處理不同類型信息的人工智能。奧爾西尼說，目的是在“混亂”的數(shù)據(jù)中找出相關(guān)性。 他們發(fā)現(xiàn)殺蟲劑和殺真菌劑的存在，加上極端溫度事件和降水，可以解釋該湖高達(dá)90%的生物多樣性損失?！皬倪^去學(xué)習(xí)，我們展示了基于人工智能的方法對于理解生物多樣性喪失的過去驅(qū)動因素的價值，”該研究的合著者周家瑞說。 Orsini說，使用人工智能的主要好處是它不受假設(shè)限制，由數(shù)據(jù)驅(qū)動?！叭斯ぶ悄軓倪^去的數(shù)據(jù)中'學(xué)習(xí)’，并以前所未有的精確度預(yù)測生物多樣性的未來趨勢?！?Miailhe希望在不久的將來，人工智能可以常規(guī)應(yīng)用于現(xiàn)實世界的保護(hù)工作?！斑@顯然是應(yīng)該走的路，”他說。但他警告說，人工智能消耗計算能力和物質(zhì)資源，最終會對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響?！碍h(huán)境影響評估應(yīng)該是人工智能風(fēng)險管理的核心，”他說。doi:https://doi.org/10.1038/d41586-023-03328-4
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