Para utilizar la teledetección para registrar y evaluar el comportamiento de la vida silvestre y las condiciones ambientales, la Iniciativa GAIA desarrolló un algoritmo de inteligencia artificial (IA) que clasifica de manera confiable y automática el comportamiento del buitre de lomo blanco utilizando datos de etiquetas de animales. Como carroñeros, los buitres siempre están buscando el siguiente cadáver. Con animales etiquetados y segundos algoritmos de IA, los científicos ahora pueden localizar automáticamente cadáveres en vastos paisajes. Algoritmos descritos en un artículo publicado recientemente Revista de ecología aplicada Por lo tanto, son componentes clave de un sistema de alerta temprana que puede usarse para reconocer de manera rápida y confiable cambios o eventos ambientales importantes como sequías, brotes de enfermedades o matanza ilegal de vida silvestre.
La Iniciativa GAIA es una coalición de institutos de investigación, organizaciones conservacionistas y empresas que tiene como objetivo desarrollar un sistema de alerta temprana de alta tecnología para cambios ambientales y eventos ambientales críticos. Los nuevos algoritmos de IA fueron desarrollados por el Instituto Leibniz para la Investigación de Zoológicos y Vida Silvestre (Leibniz-IJW) en colaboración con el Instituto Fraunhofer de Circuitos Integrados IIS y Tierpark Berlin.
La mortalidad de la vida silvestre es un proceso ecosistémico importante, ya sea que se trate de un suceso regular, como una cacería exitosa por parte de un depredador, o un evento excepcional causado por un brote de enfermedad en la vida silvestre, como la contaminación del paisaje por toxinas ambientales. o asesinatos ilegítimos por parte de seres humanos. Registrar y analizar sistemáticamente estos eventos de mortalidad regulares y excepcionales es importante para la investigación de las comunidades y ecosistemas de especies de mamíferos. Para lograrlo, la Iniciativa GAIA utiliza las habilidades naturales del buitre dorsiblanco (yeso africano) combinando biotecnologías e inteligencia artificial muy avanzadas. “Esta combinación de tres tipos de inteligencia (animal, humana y artificial) es el núcleo de nuestra nueva yo³ Nuestro objetivo es aprovechar el impresionante conocimiento que la vida silvestre tiene sobre los ecosistemas”, afirmó el Dr. Jörg Melzheimer, jefe del proyecto GAIA y científico del Leibniz-IJW.
Los buitres están perfectamente adaptados tras millones de años de evolución para localizar cadáveres en vastos paisajes de forma rápida y fiable. Tienen una vista excelente y una comunicación sofisticada que les permite monitorear áreas de tierra muy grandes mientras muchos individuos trabajan juntos. Por lo tanto, los buitres desempeñan un papel ecológico importante al limpiar el paisaje de carroña y contener la propagación de enfermedades de la vida silvestre. “Para nosotros, como científicos de la conservación de la vida silvestre, el conocimiento y las habilidades de los buitres como centinelas son muy útiles para identificar rápidamente eventos excepcionales con mortalidad problemática e iniciar respuestas apropiadas”, dijo el Dr. Ortwin Aschenborn, jefe del proyecto GAIA con Melzheimer en Leibniz. IZW. “Para utilizar el conocimiento de los buitres, necesitamos una interfaz, y en GAIA, esta interfaz se construye combinando etiquetas de animales con inteligencia artificial”.
Las etiquetas para animales que GAIA colocó en buitres de lomo blanco en Namibia registraron datos de dos grupos. El sensor GPS proporciona la ubicación exacta de la persona etiquetada en un momento determinado. El llamado sensor ACC (ACC es la abreviatura de aceleración) almacena el perfil de movimiento detallado de la etiqueta y, por tanto, del animal, simultáneamente a lo largo de tres ejes espaciales. Ambos grupos de datos son utilizados por algoritmos de inteligencia artificial desarrollados en Leibniz-IJW. “Cada comportamiento está representado por patrones de aceleración específicos y, por lo tanto, crea firmas específicas en los datos ACC de los sensores”, explica Wanja Rast, bióloga de vida silvestre y experta en inteligencia artificial de Leibniz-IJW. “Para reconocer estas firmas y asignarlas de manera confiable a comportamientos específicos, entrenamos una IA usando datos de referencia. Estos datos de referencia provienen de dos buitres de lomo blanco que marcamos en Tierpark Berlín y 27 buitres salvajes marcados en Namibia”. Además de los datos ACC de las etiquetas, los científicos registraron datos del comportamiento animal, observando a los animales en zoológicos y en el campo a través de grabaciones de video después de ser etiquetados. “De esta manera obtuvimos alrededor de 15.000 puntos de datos de la firma ACC responsables de un comportamiento específico y verificado de los buitres. Estos incluyen vuelo activo, planeo, acostado, alimentación y estar de pie. Este conjunto de datos nos permitió realizar el llamado entrenamiento . Máquina de vectores de soporteUn algoritmo de IA que asigna datos de ACC a comportamientos específicos con un alto grado de confiabilidad”, explica Rust.
En un segundo paso, los científicos combinaron el comportamiento clasificado con los datos GPS de las etiquetas. Utilizando algoritmos de agrupamiento espacial, identificaron lugares donde ciertos comportamientos ocurrían con mayor frecuencia. De esta manera, obtuvieron ubicaciones espacial y temporalmente finamente resueltas donde se alimentan los buitres. “Los científicos de campo de GAIA y sus socios en el campo pudieron verificar más de 500 ubicaciones sospechosas de cadáveres derivadas de datos de sensores, así como más de 1300 grupos de otros comportamientos no relacionados con los cadáveres”, dijo Aschenborn. Las ubicaciones de los cadáveres verificadas en el campo sirven en última instancia para establecer firmas de los sitios de alimentación de los buitres en el conjunto de datos final de entrenamiento de IA de los científicos: el algoritmo señala con alta precisión dónde probablemente murió un animal y dónde se encuentra el cadáver en el suelo. “Podemos predecir la ubicación de los cadáveres con una impresionante probabilidad del 92 por ciento y, por lo tanto, demostrar que un sistema que combina el comportamiento de los buitres, las etiquetas de los animales y la IA es muy eficaz para el seguimiento a gran escala de la mortalidad animal”, afirmó Aschenborn.
Esta clasificación de comportamiento basada en IA, la detección y localización de cadáveres son componentes clave del sistema de alerta temprana GAIA para cambios críticos o incidentes en el medio ambiente. “Hasta ahora, este paso sistemático se ha llevado a cabo en GAIA yo³ laboratorio de datos del Leibniz-IJW en Berlín”, afirma Melzheimer. “Pero con la nueva generación de etiquetas para animales desarrollada por nuestro consorcio, los análisis de IA se aplican directamente a las etiquetas. Proporcionará información confiable sobre dónde se encuentra el cadáver de un animal en tiempo real sin transferencia previa de datos y sin perder tiempo”. Ya no se requieren todas las transferencias de datos brutos GPS y ACC, lo que permite la comunicación de datos con un ancho de banda significativamente menor. Intercambio de información relevante. Esto permite utilizar una conexión satelital en lugar de una red GSM terrestre, que es completamente independiente de la infraestructura local incluso en áreas silvestres remotas, lo que garantiza cambios graves en el medio ambiente o eventos, como enfermedades Brotes, sequías o matanzas ilegales de animales salvajes pueden reconocerse sin demora.
En las últimas décadas, las poblaciones de muchas especies de buitres han disminuido rápidamente y ahora están seriamente amenazadas de extinción. Las principales causas son la pérdida de hábitat y alimentos en paisajes modelados por el hombre, así como la incidencia directa o indirecta de intoxicaciones masivas. Las poblaciones de buitres de lomo blanco, por ejemplo, han disminuido casi un 90 por ciento en sólo tres generaciones, lo que equivale a una disminución promedio del 4 por ciento por año. “Dada su importancia ecológica y su rápido declive, es esencial mejorar significativamente nuestro conocimiento y comprensión de los buitres para poder protegerlos”, afirmó Aschenborn. “Nuestra investigación utilizando métodos de análisis basados en IA no sólo nos proporcionará información sobre los ecosistemas. También nos ayudará a comprender cómo los buitres se comunican, interactúan y cooperan, buscan alimento, se reproducen, crían a sus crías y transmiten conocimientos de generación en generación. Aumentará nuestro conocimiento al respecto más adelante”. Hasta ahora, GAIA ha colocado etiquetas a más de 130 buitres en diferentes partes de África, la mayoría de ellos en Namibia. Hasta la fecha, los científicos han analizado más de 95 millones de puntos de datos GPS y 13 mil millones de registros ACC.