Новейшие инновации

Поможет ли выдыхаемый китами пар разгадать тайны морских экосистем?

Используя дроны и сложные программы искусственного интеллекта, ученые изучают китов, мировой океан и даже человеческий организм.

Так же как и многим другим обитателям мирового океана, сегодня китам угрожает больше опасностей, чем когда-либо. Загрязнение воды, шум, столкновение с судами, рыболовные сети и охота, а также стресс из-за сокращения ареала обитания и нехватки пищи в связи с изменением климата — все это наносит вред крупным млекопитающим океана.

Раньше для изучения состояния здоровья китов необходимо было производить вскрытие трупа животного или гоняться за живым китом и подбираться к нему на достаточно близкое расстояние, чтобы взять образцы ткани или фекалий для изучения ДНК, гормонов, а также для взятия других проб. Это была довольно непростая работа.

На помощь пришли дроны Parley SnotBot.

Во время недавней экспедиции на Юго-Восточную Аляску ученые использовали дроны, оснащенные чашками Петри и технологией искусственного интеллекта для сбора пара, выдыхаемого китом. Изучение выдыхаемого из легких пара позволяет получить важные данные, которые могут помочь спасти этих глубоководных левиафанов от вымирания.

Кроме того, полученные результаты можно применять и для изучения состояния здоровья людей, поскольку люди сталкиваются со многими экологическими проблемами, угрожающими китам.

«Мы собираем биологический материал, образцы ДНК, гормоны беременности, гормоны стресса и микробиом», — рассказывает доктор Иэн Керр (Iain Kerr), генеральный директор организации Ocean Alliance. Эта организация занимается сбором различных данных (например, данных о содержании токсичных веществ, поведении, биоакустических и генетических данных) о китах и других видах морских животных для отслеживания состояния экосистемы мирового океана.

«Благодаря этому инновационному дрону у нас есть возможность получить огромное количество информации», — говорит Керр.

Дрон Parley SnotBot, разработанный организацией Ocean Alliance совместно с организацией Parley for the Oceans и корпорацией Intel, полностью меняет подход к изучению китов в естественной среде.

Данные, собранные в рамках проекта, дают бесценный для биологии материал. Дрон не только делает фотографии китов, но и собирает информацию об их местоположении, размере, социальном окружении и семейных связях.

Дрон SnotBot
Дроны Parley SnotBot позволяют собирать данные о китах неинвазивно. Фотография Кристиана Миллера (Christian Miller)

Дрон Parley SnotBot уже использовался для изучения синих, южных, серых и горбатых китов, а во время недавней экспедиции на Юго-Восточную Аляску также изучались и косатки.

Фонтан на горизонте!

Ученые начали свое исследование с поиска китов. Они передвигались на лодке, которую главный инженер и директор лаборатории Mind’s Eye Lab корпорации Intel, Тед Уиллке (Ted Willke), назвал «авианосцем для дронов».

Уиллке вместе со своей командой разработали программы ИИ, которые использовались для сбора и анализа данных во время недавней экспедиции на Аляску.

«Наши капитаны — настоящие профессионалы, — рассказывает Уиллке. — Они хорошо знают эти бухты и проливы, и им известны места обитания определенных видов китов. Так что мы совершаем экспедиции в отдаленные места».

Уиллке рассказывает, что ученые находят китов по фонтану выдыхаемого ими пара.

«Киты выпускают струю пара, которая хорошо заметна на фоне зеленоватого океана и синего неба», — объясняет Уиллке.

Ученые запускают дроны с «авианосца» на расстоянии примерно 3 км от животных. Дрон пролетает над животным на высоте 30 м, поэтому кит не знает, что за ним наблюдают. Дрон непрерывно снимает видео в высоком разрешении, и когда приближается к киту, он снижается и собирает образцы пара — или конденсата выдыхаемого воздуха (КВВ) — в чашку Петри, прикрепленную к поверхности дрона.

Запуск дрона SnotBot с лодки
Дроны запускаются с лодки на достаточно большом расстоянии от китов, чтобы их не тревожить. Фотография Кристиана Миллера (Christian Miller)

«Это же настоящее безумство, — говорит Уиллке. — Вы стоите на краю лодки. К вам приближается дрон для совершения посадки. Вам нужно дотянуться до него и взять его в руки (не задев вращающиеся лопасти), в то время как вы находитесь в открытом море и раскачиваетесь в разные стороны, как и дрон. Риск остаться без пальцев очень велик».

В помощь исследованию — аналитика в реальном времени

Анализ образцов пара ученые проводят позднее, однако видео просматривают в реальном времени.

«Мы создали программу для кадрирования видео в реальном времени и еще одну программу для нарезки и моментальной отправки видео для анализа», — рассказывает Уиллке.

Дрон отправляет видео по беспроводной связи с частотой 60 кадров в секунду и в полном разрешении на ноутбуки MacBook Pro. Затем материал обрабатывается с помощью двух программ для анализа данных. Одна из них определяет китов по их хвостовым плавникам, а другая измеряет количество подкожного жира, объем и длину туловища китов, чтобы определить, находится ли вес животных в пределах нормы.

Благодаря этим ценным данным у исследователей появляется возможность получить информацию, которую они могут сразу же использовать для проведения своих полевых исследований.

«Если бы мы поняли, что тот или иной кит представляет для нас большой интерес, то можно было бы изучать его жизнь на протяжении продолжительного периода времени, — рассказывает Уиллке. — Можно было бы сосредоточиться на изучении этого конкретного животного, зная, что мы сделали правильный выбор».

Разгадка научных тайн

«Киты представляют интерес по двум причинам. Во-первых, эти млекопитающие находятся на вершине пищевой цепи океана, а, во-вторых, они обитают в океанах по всему миру, — объясняет Керр. — Так, можно сказать, что киты — это природные барометры состояния морских экосистем, как канарейки для угольных шахт».

Дрон летит сквозь выдыхаемый китом пар
Дроны SnotBot собирают образцы выдыхаемого китами пара с помощью чашек Петри. Фотография Кристиана Миллера (Christian Miller)

Керр объясняет, что результаты наблюдения за состоянием здоровья китов можно использовать и для отслеживания здоровья людей. Этот факт привлекает внимание к проблеме. По словам Керра, 30 лет назад самой серьезной опасностью для китов был коммерческий китобойный промысел. А сегодня в океаны сбрасывается огромное количество отходов, содержащих химические и другие загрязняющие вещества, и наблюдается сокращение ареала обитания и количества пищи в связи с изменением климата, а также повышение уровня шумового загрязнения.

«С тем, с чем сталкиваются киты, с большой вероятностью могут столкнуться и люди, — проводит аналогию ученый. — Как минимум 50 % опасностей, угрожающих китам, угрожают и человечеству тоже».

Керр рассказал, что те методы изучения китов, которые использовались раньше, были в основном ориентированы на изучение особенностей самих млекопитающих, что искажало получаемые данные. «Мы столкнулись с одной проблемой, которую называют «эффектом наблюдателя», когда сбор и изучение данных приводит к изменению данных».

Ученый считает, что SnotBot способен изменить правила проведения исследований.

«Нас окружает огромное количество данных», — говорит Керр, добавляя, что искусственный интеллект и алгоритмы машинного обучения, разработанные корпорацией Intel, могут помочь исследователям объединить эти данные.

Керр уверен, что SnotBot упростит работу ученых по всему миру.

Для большинства исследований требуются крупные дорогие суда, которые многие страны просто не могут себе позволить. Поэтому дроны станут оптимальным решением благодаря своей сравнительно небольшой стоимости.

«Я думаю, сейчас для науки настал переломный момент — вместо 10 больших исследовательских кораблей по всему миру, мы можем использовать 1000 маленьких дронов, которые способны собрать все эти данные», — рассуждает Керр.

Команды будут продолжать работать над совершенствованием дрона SnotBot, а также изучать важнейшие факторы, которые должны помочь сохранить китов.

«Кремниевая долина не просто создает инновационные решения. Искусственный интеллект призван помочь сохранить нашу планету и разгадать научные тайны», — подытожил Керр.

Поделиться этой статьей

Read Full Story