Как AI помага на учените да защитават птиците?

Всяка пролет учените поставят повече от 1600 записващи устройства с размер на кутия за обяд в буйните гори на Сиера Невада в западната част на САЩ.

Докато не бъдат прибрани в края на лятото, тези устройства записват милион часа аудио със звуците на калифорнийската петниста улулица – ценна информация за това къде прекарва времето си застрашеният вид. Но това са твърде много записи за преслушване от човек.

„Няма начин да изслушаме всичко това?“ казва Конър Ууд, научен сътрудник, който ръководи проекта за улулицата в Центъра за консервационна биоакустика К. Лиза Янг, част от Лабораторията по орнитология на Корнел в Итака, Ню Йорк.

Но се оказва, че екипът всъщност може да обработи целия поток от данни – те просто се нуждаят от малко помощ от BirdNET, система, базирана на изкуствен интелект, стартирана през 2018 г., която може да идентифицира повече от 6000 вида птици по целия свят само по техните звуци.

„Нуждаем се от инструменти, които са наистина гъвкави и способни да идентифицират възможно най-много акустично активни животни“, казва Ууд, чиято лаборатория е разработила BirdNET съвместно с Техническия университет в Кемниц, Германия.

През последното десетилетие се появяват няколко приложения, които се възползват от силата на изкуствения интелект, за да идентифицират различни птичи звуци, които се използват както от учени, така и от любители на птици.

Но тези инструменти имат своите недостатъци: понякога могат да идентифицират погрешно видове, например. Но повече изследвания показват, че AI може да идентифицира поведението и разпространението на птиците, което е от съществено значение за опазването.

През 2016 г. Корнел се свързва с Щефан Кал, компютърен учен от Техническия университет в Кемниц, за да помогне за създаването на алгоритъм, който обработва звуците на птици, записани в дивата природа.

Две години по-късно екипът стартира официално приложението BirdNET, което позволява на хората по целия свят да качват свои собствени записи от различни устройства, включително лаптопи и смартфони. Оттогава BirdNET е натрупал приблизително 150 милиона висококачествени птичи звуци.

Като добавим към тази съкровищница от данни, другото птиче акустично приложение на Cornell, задвижвано от AI, Merlin, има повече от три милиона активни потребители, подаващи акустични данни в системата. Но как работят тези привидно магически инструменти?

Приложението преобразува птича песен в изображение на звукови вълни, известно като спектрограма. След това изображението се подава към алгоритъма на приложението, който може да определи уникалните честотни промени, времето и амплитудата на конкретния птичи повик.

„Тези модели, които алгоритмите откриват, са много по-фини от това, което всеки човек би могъл да направи“, казва Кал, който също така е изследовател в Центъра за консервационна биоакустика на Cornell Lab.

С финансиране от Службата по горите на САЩ и Службата за национални паркове, Ууд и неговият екип наскоро използват BirdNET, за да създадат първата оценка за цялата екосистема на популациите на петнистите улулици в Сиера Невада, които все повече се сблъскват със заплахи от инвазивни видове или горски пожари. Тази информация показва тенденции в популацията им, които могат да подпомогнат усилията за възстановяването и опазването им, казва той.

Въпреки това, като повечето технологии, базирани на AI, тези приложения не са лишени от недостатъци.

В своето проучване от 2023 г. в International Journal of Avian Science, екологът Кристиан Перес-Гранадос преглежда набор от научна литература за BirdNET. Изследването му установява, че BirdNET не винаги регистрира песента на птица и понякога я идентифицира погрешно като друг вид, което води до „фалшиви положителни резултати“, казва Перес-Гранадос, който работи в Университета в Аликанте, Испания.

Потребителите на Merlin също съобщават за случаи на погрешна идентификация, което може да има отрицателни последици за изследователски проекти, според Audubon Society и други организации.

„BirdNET и някои други софтуери направиха голяма стъпка напред през последните две или три години, но трябва да продължат да се развиват и подобряват“, казва Перес-Гранадос.

Все пак има начини за намаляване на тези рискове.

„Гледайте на тези данни като на прогнозни“, докато не ги потвърдите, казва Ууд. „Радвам се, че имам някои от тези проблеми с грешната класификация, защото поне това означава, че имаме данни за общността на птиците, които никога преди не сме имали.“

За проучване от 2022 г. Ууд и неговият екип оценяват точността на подадените данни от BirdNET и откриват, че техните данни могат успешно да възпроизведат известните миграционни маршрути на няколко северноамерикански и европейски птици.

Приложенията за звукова идентификация на птици правят наблюдението на птици по-достъпно за много хора, особено за тези със загуба на слуха.

Преди около пет години Ерин Ролинс-Плетч се събужда една сутрин и открива, че е загубила приблизително 80% от слуха си поради рядко заболяване. Отначало тя се бори да се ориентира в новия — и много по-тих — свят около нея. След това открива пътя към птиците.

„Когато съм навън и съм съсредоточена върху птиците, нищо от другите неща няма значение“, казва Ролинс-Плетш, учителка, която живее на около 40 минути източно от Сан Франциско.

Въпреки това, тя не може да чуе повечето от високочестотните птичи звуци, които помагат на други птици да проследят даден вид, когато е извън полезрението им. Ето защо сега тя взема смартфона си навън и стартира приложението Merlin.

„Когато работя в градината или се грижа за всичките си хранилки за птици в задния двор, просто натискам “Запис” на телефона си“, казва Ролинс-Плетш.

„Тогава, докато птиците пеят, те просто изскачат на телефона ми една по една. [Приложението] ми чете тяхното пеене. Дори не мога да ви опиша колко много го обичам.“