ИИ спасает зубчатоголового голубя от вымирания

Искусственный интеллект помогает спасти почти вымерший вид птиц. Фонд Колосс (Colossal Foundation) разработал алгоритм ИИ, который может распознавать сигналы критически вымирающего зубчатоголового голубя, помогая экологам находить этот пропавший вид. В партнерстве с Обществом охраны природы Самоа (Samoa Conservation Society, SCS) некоммерческое крыло Колосс надеется, что эта технология приведет к большему числу наблюдений за этой потерянной птицей — а в конечном итоге поможет спасти и другие виды, находящиеся под угрозой исчезновения.

Зубчатоголовый голубь — это крупная птица, обитающая только в тропических лесах Самоа, и, соответственно, нигде больше ее не встречается. Также известная как манумеа или "маленький додо", эта национальная птица Самоа является одним из ближайших современных родственников знаменитого вымершего додо. Увы, генетика — не единственная параллель между этими двумя видами. Международный Союз Охраны Природы (IUCN) считает зубчатоголового голубя критически вымирающим — таких птиц осталось менее 250, и последняя известная фотография вида была сделана в 2012 году.

На данный момент этот голубь занимает первую строчку в списке приоритетных видов, составленном Группой специалистов по голубям и горлицам (Pigeon and Dove Specialist Group, PDSG) IUCN. Сооснователь группы Джо Вуд рассказал изданию Mashable, что это связано с "отсутствием близких родственников, необычным внешним видом и генетическим сходством с додо" и тем, что он "крайне редок и плохо изучен".

Надеемся, что это не продлится долго. Новый алгоритм биоакустического ИИ Колосса предназначен для помощи экологам в идентификации сигналов зубчатоголового голубя, что, в свою очередь, поможет им находить и охранять оставшиеся экземпляры. Хотя организация чаще всего попадает в заголовки из-за усилий по возврату вымерших видов, таких как генетически модифицированные "ужасные волки" или шершавая мамонтовая мышь, Колосс считает, что такие работы идут рука об руку с проектами по охране окружающей среды.

"[Спасение] потерянных видов является одной из основных стратегий охраны природы," — заявил Мэтт Джеймс, исполнительный директор Фонда Колосс. "У нас возникла идея: можем ли мы искать и находить виды, которые не наблюдались 10 лет и более? Это почти, в своем роде, форма возврата к жизни."

Проект по биоакустике зубчатоголового голубя начал развиваться в 2023 году. Хотя PDSG и SCS на протяжении многих лет старались спасти зубчатоголового голубя, они испытывали трудности с финансированием новой экспедиции. Обширные поиски не только не принесли результатов, но и обнажили наличие высоких популяций диких кошек, которые могут охотиться на птиц.

"Существовало реальная обеспокоенность тем, что, faced with an undeniably bleak situation, наши доноры могут прийти к выводу, что их средства лучше вложить в другие проекты, и мы не сможем продолжать," — рассказ Вуд из Mashable.

К счастью, Колосс предложил средства для продолжения поиска, и в марте 2024 года команда полевых исследователей, членом которой является Виликеса Масибалаву, сделала первое четкое и однозначное наблюдение за зубчатоголовым голубем за много лет.

Заметно, что Колосс также предложил использовать биоакустику, чтобы облегчить некоторые технические задачи в поиске, что, надеемся, сделает такие наблюдения более частыми. Одним из больших препятствий является сходство сигналов зубчатоголового голубя с более распространенным тихоокеанским императорским голубем, с чем может помочь машинное обучение.

"Специфически для таких вещей, как птицы, биоакустика просто отличное [средство]," — сказал бен Ламм, сооснователь и генеральный директор Колосс. "Когда у вас есть маленькие животные, которые могут преодолевать большие расстояния очень быстро и также не легко найти, так как они находятся на деревьях или в кустах с листьями и тому подобным, наличие биоакустики для поиска и классификации птиц — это, вероятно, одно из лучших применений для этой технологии."

"Биоакустикой пользовались несколько исследователей для поиска манумеа в последние годы," — сообщил Моеуму Уили, сотрудник SCS по охране. Уили — последний человек, который сфотографировал зубчатоголового голубя, запечатлев кадр в 2013 году. "Однако этот метод не был широко распространен в Самоа для мониторинга дикой природы и был только недавно введен SCS в наших полевых исследованиях… [С]ущественный пробел оставался в навыках анализа данных, ограничивая нашу способность эффективно обрабатывать результаты и информировать о принятии решений."

Колосс помог заполнить этот пробел. Разработанный специально для этого проекта, алгоритм ИИ Колосса был использован для анализа аудио, записанного в местах, где исторически могли находиться зубчатоголовые голуби, идентифицируя 47 потенциальных сигналов от птиц в начале этого месяца. Учитывая, что вид не наблюдался более десяти лет, это — ценное свидетельство того, что он еще не вымер.

"Теперь, когда мы можем окончательно сказать, что идентифицировали сигналы зубчатоголового голубя, мы видим, что финансирование возвращается к этому проекту," — сказал Джеймс. "Теперь появилась новая увлеченность."

"И это лучшее использование средств," — добавил Ламм. "Потому что теперь они могут сказать: 'О, вот четыре района, куда мы можем пойти', вместо поиска повсюду, и мы знаем… они все еще существуют и не вымерли, в отличие от того, что мы не знаем, существуют ли они вообще и ищем повсюду.'"

У Колосса было крайне ограниченное количество данных для обучения своего классификатора сигналов зубчатоголового голубя. Исследователи имели всего пяти минутный аудиофайл, который содержал всего три сигнала зубчатоголового голубя, записанные от каптивированной птицы в зоопарке Берлина в 80-х годах.

Несмотря на это ограничение, Колосс смог использовать этот аудиофайл для создания алгоритма машинного обучения, который мог отличать сигналы зубчатоголового голубя от более общих звуков птичьей жизни в Самоа. Это было осуществлено путем взятия аудиозаписей из прилегающей Американской Самоа, где зубчатоголовый голубь не обитает, и использования их в качестве контроля для фильтрации нерелевантного шума.

Разработанный параллельно с программой биоакустики волков, Колосс утверждает, что алгоритм классификации зубчатоголового голубя был создан всего за две недели и может идентифицировать сигналы птицы с точностью 95 процентов.

"Есть только несколько экскурсов, которые алгоритм знает, и затем он может extrapolate from that, и сказать, что, во-первых, я не думаю, что это что-то, что ви мне показывали из Американской Самоа, и это часть процесса denoising," — объяснил Джеймс. "Затем он может сказать, с относительной уверенностью, что это звучит очень похоже на другие проекты, другие сигналы, которые вы мне показали, и когда мы стали маркировать этот набор данных, как мы идем, да, это правильное предположение, оно усиливается, пока мы не достигнем этой 95 процентов."

Сначала экологи SCS загружали аудио данные с микрофонов, расположенных вокруг потенциальной среды обитания зубчатоголового голубя. Затем они передавали его Колоссу, который обрабатывал аудио через свой классификатор ИИ для идентификации потенциальных сигналов зубчатоголового голубя. Местоположение микрофонов, которые поймали сигналы, таким образом, информировало SCS, где следует сосредоточить усилия поиска.

Колосс все еще собирает данные для повышения точности алгоритма. Тем не менее, теперь классификатор был переведен и в приложение, что позволяет экологам загружать аудио и немедленно анализировать его на своих телефонах за считанные минуты.

"С немедленной обратной связью наша команда может быстро планировать посещения мест и следовать за потенциальными обнаружениями, что увеличивает шансы на нахождение и охрану манумеа в дикой природе," — сообщил Уили из Mashable.

Джеймс также сообщил Mashable, что программа биоакустики Колосса помогла разработать 360-градусную камеру с пространственным звуком, которая может удаленно загружать видео в реальном времени, и говорит с SCS о том, как это может быть использовано для поиска зубчатоголового голубя также.

"Амбициозная цель состоит в том, чтобы мы могли даже поймать несколько оставшихся диких [зубчатоголовых голубей], чтобы помочь поместить их в условия, где мы могли бы убедиться, что они не вымрут, размножить животное и начать повторное выпускание в дикую природу, как только можем решить некоторые проблемы с инвазивными видами и потерей местообитаний, которые происходят в Самоа," — сказал Джеймс.

Помимо захвата живых экземпляров, Вуд заявил, что биобанкинг стал новым приоритетом с помощью Колосса. Биобанкинг — это сбор и хранение биологических образцов для научных исследований и охраны.

"Учитывая скорость прогресса, который сейчас достигается в области генной инженерии и репродуктивной технологии, [биобанкинг] кажется ключевым способом сохранения будущих вариантов," — сказал Вуд. "Для манумеа и, действительно, для многих других видов, может быть так, что традиционные методы охраны просто неадекватны. Эти передовые подходы могут предложить единственный проблеск надежды."

Способность алгоритма биоакустики Колосса помогать в поиске зубчатоголового голубя Самоа является благом для охранников природы. Тем не менее, использование ИИ для спасения исчезающего вида может показаться ироничным. Утрата местообитаний — это значительная проблема, способствующая такой угрозе, а искусственный интеллект известен высокой эмиссией парниковых газов.

Что касается этой проблемы, Ламм отметил, что биоакустический алгоритм Колосса отличается от генеративных ИИ моделей тем, что он работает с гораздо меньшим объемом данных и является гораздо более целенаправленным, требуя меньше ресурсов.

"У нас имеется очень маленькие наборы образцов," — сказал Ламм. "И мы также внедряем это в приложения, мы также внедряем это локально. Таким образом, нам не нужно создавать систему, где мы используем огромное количество распределенной облачной инфраструктуры. Нам не нужно выходить и очищать и обучать все эти различные модели."

Хотя модель ИИ Колосса специально направлена на зубчатоголового голубя, она имеет потенциальный масштаб за пределами этого. Со временем ее можно будет использовать для поиска других видов, поскольку Колосс выпустил алгоритм как открытый исходный код, чтобы другие экологи могли извлечь из этого выгоду.

"Зубчатоголовый голубь имеет некоторые из самых ограниченных данных о своих сигналах в мире среди всех видов птиц," — сказал Джеймс. "Таким образом, мы могли бы начать загружать дополнительные данные других видов, находящихся под угрозой исчезновения, или, действительно, большинства птиц, которые мы могли бы использовать для помощи в идентификации других потерянных видов."

"Думаю, со временем вы увидите все больше и больше этих проектов акустического мониторинга, исходящих из этого, поскольку мы построили эту основную систему ИИ," — сказал Ламм, отметив, что Колосс "удваивает свои усилия в ресурсах ИИ." "Теперь мы накладываем различные классификаторы на это, что довольно мощно, и все это открыто для мира."

Такие инструменты, возможно, не будут ограничены только исследователями. В будущем Колосс надеется позволить гражданским ученым загружать собственное приложение по биоакустике, чтобы они тоже могли помогать в поиске потерянных видов по их сигналам.

"Вот мечта," — сказал Ламм. "Хотя у нас есть 48 партнеров по охране, Колосс не может спасти каждый вид, правильно? Даже если у нас был триллион долларов, просто не можем. И даже не все наши партнеры могут, не все партнеры по охране… нам нужна помощь гражданских ученых."

Еще осталось много работы, пока такое общедоступное приложение как это станет реальностью. Алгоритм ИИ Колосса все еще фактически находится на этапе бета-тестирования, и SCS продолжает проверять его в действии. Тем не менее, модель биоакустики Колосса имеет захватывающий потенциал для будущего охраны.