Новейшие инновации

Интеллектуальная подводная система камер для спасения морских животных от вымирания

Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) создали систему камер с искусственным интеллектом на базе модуля Intel Edison, которая может стать основой автономных систем для мониторинга и отслеживания исчезающих видов животных.

Экосистемам мирового океана угрожает серьезная опасность. В связи с повышением температуры воды в мировом океане, закислением, чрезмерным выловом рыбы и разрушением среды обитания многочисленные виды морских животных находятся под угрозой вымирания. Животные вроде калифорнийской морской свиньи, которой угрожает наиболее высокая опасность вымирания среди всех морских млекопитающих, находятся на грани исчезновения из-за хищнического рыболовства и браконьерства, и огромное множество других видов подвергается опасности из-за больших промысловых нагрузок и разрушения среды обитания. Многие популяции морских животных плохо изучены биологами и экологами, поскольку в большинстве случаев им не хватает технологий, которые помогли бы эффективно наблюдать за видами, обитающими в глубинных водах океана.

Группа студентов из Калифорнийского университета создала интеллектуальную подводную систему камер, которая призвана в лучшую сторону изменить ситуацию для морских животных, находящихся под угрозой исчезновения. «Мы разработали автономную подводную камеру с акустическим триггером, — рассказывает Антонелла Уилби (Antonella Wilby), кандидат наук, изучающая информационные технологии в Калифорнийском университете, а также ведущий исследователь проекта. —

spherecam_components_web-e1485280534265

Изначально мы планировали создать систему камер, чтобы биологи смогли наблюдать за калифорнийской морской свиньей, которую прежде никогда не фотографировали под водой. Однако после обсуждений с разными биологами и экологами мы поняли, что эту систему можно использовать для изучения большего количества видов морских обитателей помимо калифорнийской морской свиньи».

Ученые из Калифорнийского университета надеются, что камера не только позволит делать снимки калифорнийской морской свиньи, но и поможет в изучении огромного количества других видов.

Подводная система потенциально способна предоставлять данные о видах и характерном для них поведении, за которым раньше не было возможности наблюдать в дикой природе. При этом стоит отметить высокую эффективность и низкую стоимость цифровой камеры.

Обитатели океана на грани исчезновения

Экологи говорят о том, что в мировом океане наблюдается чрезмерный вылов рыбы, и многим видам не оказывается должной защиты. В результате большому количеству экосистем угрожает серьезная опасность разрушения. Некоторые виды, например калифорнийская морская свинья, могут исчезнуть с лица земли в течение следующих нескольких лет. Экосистемы других видов все больше изменяются, и эти виды попадают в список животных, находящихся под угрозой исчезновения. По словам Уилби, многие виды животных слишком мало изучены, и ученым не хватает данных, чтобы определить, находится ли тот или иной вид под угрозой вымирания.

Ученые Калифорнийского университета работают над созданием инновационных технических средств, которые позволят специалистам наблюдать за мало изученными видами. Так, исследователи создали SphereCam — систему камер с гидрофоном на базе вычислительного модуля Intel Edison, которая начинает записывать видео после регистрации звуковых сигналов, издаваемых морскими животными.

fieldteam_web-e1485280602897

Изначально Национальное географическое общество США предоставило Уилби грант для молодых исследователей (Young Explorers Grant) на изучение калифорнийской морской свиньи в Калифорнийском заливе с использованием SphereCam. Теперь же группа ученых использует эту систему камер для изучения различных видов груперов, обитающих близ Каймановых островов и в зарослях водорослей у берегов Сан-Диего.

Уилби считает систему SphereCam уникальной, поскольку она может определить, насколько далеко животное находится от камеры, измерив силу зарегистрированного гидрофоном сигнала. Данное устройство имеет значительное преимущество перед камерами для интервальной съемки, которые на протяжении длительного времени снимают практически только одну воду. Когда гидрофон SphereCam регистрирует звуковые сигналы животных в определенном диапазоне частот, камера начинает снимать.

SphereCam приблизительно в 1,5 раза больше футбольного мяча. Уилби начала разрабатывать SphereCam в 2014 году.

Поиск подходящих технологий для изучения подводного мира

Доктор Райан Кестнер (Ryan Kastner), профессор информационных технологий и инженерного дела Калифорнийского университета, а также руководитель данного проекта, рассказал, что самым главным в процессе создания SphereCam было найти технологию, которая сможет работать на большой глубине и предоставлять ученым необходимые данные.

«Проблема в том, что для съемки требуется большое количество электроэнергии, и при этом производятся большие объемы данных», — объясняет Кестнер. Профессор искал технологию, которая не только будет потреблять мало электроэнергии, но и будет понимать, когда нужно включить или выключить съемку, чтобы ученые получили только те данные и изображения, которые им действительно необходимы.

spherecam_web

Исследователи выбрали модуль Intel Edison, потому что он обеспечивает гибкость, энергоэффективность и вычислительную мощность в соответствии с потребностями ученых. Модуль может работать от аккумулятора в течение недели и легко помещается внутрь камеры SphereCam, что предохраняет его от намокания. При этом модуль можно запрограммировать для конкретных потребностей исследователей, например для обработки звука.

Используя акустические и оптические датчики, камера регистрирует звуковые сигналы определенных видов морских животных и использует их в качестве триггера для включения видеосъемки. Камера оснащена ультразвуковым гидрофоном (триггером) и встроенным компьютером, который создает образцы звуков, регистрирует данные и обрабатывает звуковые сигналы. А шесть камер позволяют снимать панорамное видео на 360° в формате 1080p.

Однако чтобы запрограммировать Edison для обработки сигналов калифорнийской морской свиньи, потребовалось разработать сложный алгоритм, который бы регистрировал ультразвуковые колебания, прежде чем определять звуковые сигналы с частотой 139 кГц. По словам Кестнера, исследователи, в конечном итоге, хотят использовать машинное обучение, чтобы система SphereCam могла выделять эхолокационные сигналы среди всего множества звуков подводного мира.

shutterstock_169125239-e1485280697735

«Нам не нужно, чтобы устройство регистрировало песни китов», — объясняет Эндрю Хостлер (Andrew Hostler), студент факультета электротехники Калифорнийского политехнического университета в округе Сан-Луис-Обиспо. Вместе с Итаном Слэттери (Ethan Slattery), студентом факультета вычислительной техники Калифорнийского университета в Санта-Крусе, они присоединились к Уилби и Кестнеру для совместной разработки алгоритмов для обработки звуковых сигналов.

«Нам не нужно слышать гидролокатор бокового обзора. Нужен только ультразвук, эхолокационные сигналы. Затем эти сигналы необходимо усилить и преобразовать в цифровой формат», — объясняет Хостлер.

И хотя данная система камер не является идеальным решением, ученые Калифорнийского университета заявляют, что это первое устройство, с помощью которого была предпринята попытка съемки калифорнийской морской свиньи под водой. SphereCam разместили в Калифорнийском заливе в сентябре прошлого года, однако ее пришлось извлечь уже через две недели в связи с незаконной рыболовной деятельностью в заповеднике. Исследователи планируют возобновить попытку весной.

«Нам потребуется еще немало времени, — говорит Уилби. — Но мы не оставляем попыток. Вымирание угрожает бесчисленным видам морских обитателей, и я надеюсь, что данное устройство пополнит арсенал биологов и поможет лучше изучить экосистемы планеты и остановить вымирание».

Примечание редактора.С более подробной информацией можно ознакомиться в следующих статьях: «Autonomous Acoustic Trigger for Distributed Underwater Visual Monitoring Systems» (Автономный акустический триггер для распределенных подводных систем для визуального мониторинга) и «Design of a Low-Cost and Extensible Acoustically-Triggered Camera System for Marine Population Monitoring» (Конструкция недорогой программируемой системы камер с акустическим триггером для наблюдения за морскими животными).

За помощь при написании этой статьи благодарим Кена Каплана (Ken Kaplan).

Read This Next

Read Full Story