كيف يساعد الذكاء الاصطناعي على حماية الطيور من الانقراض؟
أوس ستار الغانمي
2024-04-24 05:52
هل يمكن للتكنولوجيا أن تلعب دورا في الحفاظ على البيئة. وكيف يمكن للذكاء الاصطناعي أن يسهم في الحفاظ على جمال وتنوع عالمنا. دعونا نستكشف كيف يمكن للذكاء الاصطناعي أن يكون الحل الذي ننتظره للتحديات البيئية في المستقبل.
يتجه عدد متزايد من الباحثين إلى تقنيات الذكاء الاصطناعي لمراقبة التنوع البيولوجي وتعزيز جهود حماية الأنواع الحية المهددة بالانقراض. وبعكس الوسائل التقليدية التي قد تعرقل عمل الأنظمة البيئية أو تتطلب قدرا كبيرا من الوقت والجهد والموارد، يستطيع الذكاء الاصطناعي تحليل كميات ضخمة من البيانات اللازمة في مجالات حماية البيئة مع تحقيق عنصري السرعة والكفاءة.
مع انخفاض أعداد الطيور في جميع أنحاء العالم، يستخدم العلماء ومربي الطيور تطبيقات تعتمد على الخوارزميات لجمع بيانات قيمة حول أنواع الطيور، في كل ربيع، يخفي العلماء أكثر من 1600 جهاز تسجيل بحجم صندوق الغداء عبر الغابات الخضراء في سلسلة جبال سييرا نيفادا في غرب الولايات المتحدة.
وإلى أن يتم استعادتها في نهاية الصيف، تسجل هذه الأجهزة مليون ساعة من التسجيلات الصوتية، والتي غالبًا ما تحتوي على صيحات ونباح وصفارات بومة كاليفورنيا المرقطة، وهي معلومات قيمة حول المكان الذي تقضي فيه الأنواع المهددة بالانقراض وقتها. لكن هناك الكثير من التسجيلات التي يجب على الإنسان التدقيق فيها.
"لا توجد طريقة يمكننا من خلالها الاستماع إلى ذلك، ولا حتى قريبًا، أليس كذلك؟" يقول كونور وود، الباحث المشارك الذي شارك في قيادة مشروع البومة في مركز K. Lisa Yang للحفظ الصوتي الحيوي، وهو جزء من مختبر كورنيل لعلم الطيور في إيثاكا، نيويورك.
اتضح أن هذا الفريق يمكنه بالفعل معالجة هذا الطوفان من البيانات، فهو يحتاج فقط إلى القليل من المساعدة من BirdNET، وهو نظام مدعوم بالذكاء الاصطناعي تم إطلاقه في عام 2018 ويمكنه التعرف على أكثر من 6000 نوع من الطيور في جميع أنحاء العالم من خلال نداءاتهم فقط.
يقول وود، الذي قام مختبره بتطوير BirdNET بالتعاون مع جامعة كيمنتس للتكنولوجيا في ألمانيا: "نحن بحاجة إلى أدوات مرنة حقًا وقادرة على تحديد أكبر عدد ممكن من الحيوانات النشطة صوتيًا". "لا أستطيع المبالغة في تقدير مدى التحول الذي أحدثه برنامج BirdNET في مجال الصوتيات الحيوية."
على مدى العقد الماضي، ظهرت العديد من التطبيقات التي تستفيد من قوة الذكاء الاصطناعي لتحديد أصوات الطيور المختلفة، والتي يستخدمها العلماء ومربي الطيور على حد سواء.
ولهذه الأدوات عيوبها: فقد تخطئ أحيانًا في التعرف على الأنواع، على سبيل المثال. لكن المزيد من الأبحاث تظهر أن الذكاء الاصطناعي يمكنه تحديد سلوكيات الطيور وتوزيعها، وهو أمر بالغ الأهمية للحفاظ على البيئة.
كيف يعمل؟
في عام 2016، تواصل كورنيل مع ستيفان كال، عالم الكمبيوتر في جامعة كيمنتس للتكنولوجيا، للمساعدة في إنشاء خوارزمية تعالج أصوات الطيور المسجلة في البرية.
وبعد عامين، أطلق الفريق تطبيق BirdNET الرسمي، والذي يسمح للأشخاص في جميع أنحاء العالم بتحميل تسجيلاتهم الخاصة من مجموعة متنوعة من الأجهزة، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية. ومنذ ذلك الحين، جمعت BirdNET ما يقرب من 150 مليون صوت عالي الجودة للطيور.
إضافة إلى هذه المجموعة من البيانات، فإن تطبيق كورنيل الصوتي الآخر الذي يعمل بالذكاء الاصطناعي، وهو Merlin، لديه أكثر من ثلاثة ملايين مستخدم نشط يقومون بتغذية البيانات الصوتية في النظام. ولكن كيف تعمل هذه الأدوات التي تبدو سحرية؟
يقوم التطبيق بتحويل أغنية الطائر إلى صورة للموجات الصوتية المعروفة باسم المخطط الطيفي. بعد ذلك، يتم إدخال الصورة في خوارزمية التطبيق، والتي يمكنها تحديد التغييرات الفريدة في التردد والتوقيت وسعة مكالمة معينة.
يقول كاهل، الذي يعمل أيضًا كباحث ما بعد الدكتوراه في مركز حفظ الصوتيات الحيوية التابع لمختبر كورنيل: "إن هذه الأنماط التي تجدها الخوارزميات أكثر دقة ودقة مما يمكن أن يفعله أي إنسان".
وبتمويل من خدمة الغابات الأمريكية وخدمة المتنزهات الوطنية، استخدم وود وفريقه مؤخرًا BirdNET لإنشاء أول تقييم على مستوى النظام البيئي لمجموعات البوم المرقطة عبر سييرا نيفادا، والتي تواجه بشكل متزايد تهديدات من الأنواع الغازية أو حرائق الغابات. ويقول إن هذه المعلومات توضح اتجاهات أعداد البوم التي يمكن أن تعزز جهود الترميم والحفظ.
يقول وود: "لا تقتنع الوكالات بهذا الأمر كأداة مراقبة لإخبارهم عن السكان فحسب، بل لتسهيل العمل على أرض الواقع على وجه التحديد، وهو أمر مثير للغاية".
سلبيات الذكاء الاصطناعي
ومع ذلك، مثل معظم التقنيات المعتمدة على الذكاء الاصطناعي، فإن هذه التطبيقات لا تخلو من المخاطر.
في دراسته لعام 2023 في المجلة الدولية لعلوم الطيور، قام عالم البيئة كريستيان بيريز-جرانادوس بمراجعة مجموعة من المؤلفات العلمية حول BirdNET. توصل بحثه إلى أن BirdNET لم يسجل دائمًا تغريد الطيور، وفي بعض الأحيان أخطأ في تعريفه على أنه نوع آخر، مما أدى إلى "نتائج إيجابية كاذبة"، كما يقول بيريز جرانادوس، الذي يعمل في جامعة أليكانتي في إسبانيا.
أبلغ مستخدمو ميرلين أيضًا عن حالات خطأ في التعرف، والتي قد يكون لها آثار سلبية على المشاريع البحثية التي تتضمن بيانات علمية للمواطنين، وفقًا لجمعية أودوبون ومنظمات أخرى.
يقول بيريز-جرانادوس: "لقد أحدثت BirdNET وبعض البرامج الأخرى فرقًا كبيرًا في العامين أو الثلاثة أعوام الماضية، لكنها تحتاج إلى مواصلة النمو والتحسن".
هناك بعض الطرق لتقليل هذه المخاطر، بما في ذلك حساب عدم اليقين باستخدام النماذج الإحصائية أو المرور يدويًا عبر عمليات التحديد للتحقق مرة أخرى من البيانات، وهي العملية الحالية لعمل وود في مجال البومة المرقطة.
يقول وود: "عليك التعامل مع الأمر كتنبؤ" حتى تتحقق منه. "أنا سعيد بوجود بعض مشكلات التصنيف الخاطئ هذه، لأنها على الأقل تعني أن لدينا بيانات عن مجتمع الطيور، وهو ما لم يكن لدينا من قبل".
وفي الواقع، يساهم فريق قوامه الملايين من العلماء المواطنين بكميات وفيرة من البيانات لتطبيقات مثل Merlin وBirdNET. بالنسبة لدراسة أجريت عام 2022، قام وود وفريقه بتقييم دقة تقديمات BirdNET، ووجدوا أن بياناتهم يمكن أن تحاكي بنجاح مسارات الهجرة المعروفة للعديد من الطيور في أمريكا الشمالية وأوروبا.
أذن مساعدة
جعلت تطبيقات التعرف على صوت الطيور الطيور أكثر سهولة بالنسبة للكثيرين، وخاصة أولئك الذين يعانون من فقدان السمع.
منذ حوالي خمس سنوات، استيقظت إيرين رولينز بليتش ذات صباح واكتشفت أنها فقدت ما يقرب من 80 بالمائة من سمعها بسبب مرض نادر. في البداية، كافحت للتنقل في العالم الجديد – والأكثر هدوءًا – من حولها. ثم وجدت طريقها إلى الطيور.
يقول رولينز بليتش، وهو مدرس يعيش على بعد حوالي 40 دقيقة شرق سان فرانسيسكو: "عندما أكون بالخارج وأركز على الطيور، لا يهم أي من الأشياء الأخرى". (اقرأ ما يحدث لعقلك عندما ترى طائرًا في الطبيعة.)
ومع ذلك، فهي لا تستطيع سماع معظم الصفارات والتغريدات والغردات عالية التردد التي تساعد الطيور الأخرى على تتبع أحد الأنواع عندما تكون بعيدة عن الأنظار. ولهذا السبب تقوم الآن بإحضار هاتفها الذكي إلى الخارج وتشغيل تطبيق Merlin.
يقول رولينز بليتش: "عندما أكون بالخارج في أعمال البستنة أو أعتني بجميع مغذيات الطيور في الفناء الخلفي، سأقوم فقط بتسجيل الرقم القياسي على هاتفي".
"بعد ذلك، بينما تغرد الطيور، تظهر على هاتفي واحدًا تلو الآخر. يقرأ لي [التطبيق] غناءها. ولا أستطيع حتى أن أخبرك بمدى حبي لهذا التطبيق."
هل ستفلح هذه القدرات؟
هذا سؤال في محله. ثبتت تقنية أيدينتيتي فلايت في أكثر من 150 مزرعة توربينات رياح في أمريكا الشمالية، وأستراليا، وأوروبا. وتستقر 8 كاميرات واسعة المجال على أعلى البرج، وتبث مقاطع إلى برنامج مُدرّب على رصد الطيور المشمولة بالحماية وتصنيفها.
وإذا تنبأت الخوارزميات بطائر على وشك الاصطدام بتوربين، تتباطأ أذرعه في غضون ثوانٍ معدودة للحد من خطر الاصطدام القاتل. وللنظام نطاق رصد يصل إلى كيلومتر واحد، حسب الشركة.
وتتراوح التقديرات لعدد الطيور التي تموت في أمريكا بعد اصطدامها بتوربينات الرياح كل عام بين مئات الآلاف والملايين.
ولا يكلف مسؤولو تشغيل مزارع الرياح أنفسهم عناء حماية أنواع الطيور، ويحرصون فقط على حماية الأنواع الأكثر عُرضة للانقراض، والمحمية بموجب قوانين بيئية.
وأقرت شركة "إي إس أي إنيرجي" بانتهاك قانون معاهدة الطيور المُهاجِرة 3 مرات في وقت سابق العام الجاري، واعترفت بأن نحو 150 نسراً أصلع وذهبياً قُتِل في 50 مزرعة توربينات رياح من 154 مزرعة في أمريكا في 2012.
وتستخدم أيدينتيتي فلايت مزيجاً من تقنيات الرؤية الحاسوبية والشبكات العصبية الالتفافية، تحاول رصد أشكال الحياة الطائرة المحميّة.
ويعتمد عدد الطيور التي تُنقَذ كل عام على موقع مزرعة الرياح، فبعضها قد يكون على مقربةٍ من مسارات هجرة أنواع بعينها أو قرب مواقع تعشيش.
وفي أوروبا، تُدير الشركة ما يتراوح بين 5 و6 نماذج لاقتفاء أثر أنواع مُختلفة من الطيور.
تمييز أنواع الطيور
يصعب في كثير من الأحيان التمييز بين أنواع الطيور المختلفة، لكن التكنولوجيا الحديثة وجدت حلاً لهذه المشكلة. وقام الباحثون بتدريب برنامج للذكاء الاصطناعي على التمييز بين الطيور بدقة متناهية تصل إلى 90%، ويعمل هذا البرنامج بطريقة مماثلة لتقنية التعرف على الوجوه المستخدمة لتحديد الأشخاص بين الحشود.
وقال الدكتور أندريه فيريرا، من مركز علم البيئة الوظيفية والتطورية في فرنسا "يمكن لأجهزة الكمبيوتر التعرف باستمرار على عشرات الطيور المنفردة، على الرغم من أننا لا نستطيع أن نفرق هذه الطيور عن بعضها البعض".
وأضاف "من خلال القيام بذلك، توفر دراستنا وسائل للتغلب على واحدة من أكبر القيود في دراسة الطيور البرية التعرف بشكل موثوق على الأفراد. والحل الشائع لتحديد الطيور هو ربط العصابات الملونة بأرجلها، لكن ذلك يستغرق وقتًا طويلاً ويمكن أن يسبب لها التعب والإجهاد". ولتجربة الذكاء الاصطناعي، استخدم الباحثون مجموعة برية من الطيور من جنوب إفريقيا ومن جنوب ألمانيا، وتم تدريب برنامج الذكاء الاصطناعي باستخدام الآلاف من الصور للطيور التي تم وضع علامة عليها للتعرف عليها بشكل فردي. وأظهرت الدراسة التي نُشرت في مجلة جمعية الأساليب البيئية البريطانية، أن الذكاء الاصطناعي حقق دقة أكثر من 90% للطيور البرية و 87% للعصافير المهجنة. وتعد هذه المرة الأولى التي يتم فيها استخدام التكنولوجيا لاكتشاف الطيور بهذه الطريقة، وفي بعض الحالات تطلبت أقل من ساعتين من التدريب لتحديد الأنماط المختلفة من الطيور، حيث أن القدرة على التمييز بين الطيور الفردية أمر مهم للرصد على المدى الطويل، وحماية الأنواع المهددة بالانقراض من بعض التهديدات مثل تغير المناخ، بحسب صحيفة ديلي ميل البريطانية.
حماية الأنواع المهددة بالانقراض
ويقول كال تشالمرز الباحث في مجال التعلم الاصطناعي في مؤسسة Conservation AI وهي منظمة غير ربحية معنية بحماية البيئة عبر تقنيات الذكاء الاصطناعي، ومقرها في مدينة ليفربول البريطانية إنه "بدون الذكاء الاصطناعي، لن نستطيع مطلقا تحقيق أهداف الأمم المتحدة فيما يخص حماية الأنواع المهددة بالانقراض".
وفي الوقت الحالي، اصبحت الأنواع الحية تنقرض بوتيرة أسرع بمئات بل بآلاف المرات عما كان عليه الوضع قبل ملايين السنين، حيث يوجد الآن قرابة مليون فصيلة حية على حافة الانقراض.
ومن جانبها، حددت الأمم المتحدة في عام 2020 هدفا لحماية 30% من مساحات اليابسة والمحيطات على كوكب الأرض من خطر الانقراض بحلول نهاية العقد الحالي.
ويقول نيكولاس مايلي من مؤسسة Future Society، وهي منظمة دولية غير ربحية مقرها باريس تهدف إلى حوكمة تقنيات الذكاء الاصطناعي إنه بالرغم من أن هذه التقنيات "ليست مثالية"، فإنها يمكن أن تسرع وتيرة الاكتشافات المهمة.
وأضاف في تصريحات للموقع الإلكتروني American Scientific المعني بالأبحاث العلمية: "نحن بحاجة بالغة لمتخصصين من البشر من أجل تصميم النماذج الحوسبية وجمع البيانات وتحليلها وتفسيرها".
وفي إطار دراسة نشرتها الدورية العلمية Nature Communication، استخدم الباحثون الذكاء الاصطناعي في تحليل "المشهد الصوتي" في غابات تشوكو بالاكوادور التي تشتهر بتنوع الأنواع الحية التي تعيش فيها.
ووضع الباحثون أجهزة تسجيل في 43 بقعة في مناطق تمثل مختلف مراحل التعافي البيئي، بدءا من غابات بكر لم تتعرض لأنشطة القطع الجائر للأشجار، مرورا بمناطق تم إزالة الكساء الشجري فيها بالكامل ثم أعيد تشجيرها، وأخيرا مناطق تم اجتثاث الأشجار منها بالكامل ثم تحويلها إلى مساحات لزراعة أشجار الكاكاو أو أراضي للرعي.
واستطاع الفريق البحثي التعرف على 183 من الطيور و41 من الزواحف وثلاث فصائل حيوانية من خلال التسجيلات الصوتية.
وقام الباحثون بتغذية التسجيلات الصوتية في نموذجللذكاء الاصطناعي يطلق عليه إسم "الشبكة العصبية الاصطناعية"، وكان قد تم تطويره في وقت سابق للتعرف على أصوات الطيور. واستطاع هذا النموذج التعرف على 75 من أصوات الطيور، علماً بأنه لم يكن يحتوي في ذاكرته سوى على 77 تسجيلا صوتيا للطيور التي ربما تعيش في هذه المنطقة.
ويقول مولر إن "هذه النتائج تظهر أن الذكاء الاصطناعي مستعد للمزيد من أنشطة التعرف على الأنواع الطبيعية في المناطق الاستوائية من خلال أصواتها، وكل ما نحتاجه الآن هو توفير المزيد من البيانات التي يجمعها البشر لتغذية النماذج الحوسبية".
ويؤكد الفريق البحثي أن استخدام الذكاء الاصطناعي لقياس التنوع البيولوجي في الغابات التي أعيد تشجيرها ربما يلعب دورا مهما في تقييم مشروعات الحفاظ على البيئة، التي لابد أن تحقق نجاحا من أجل ضمان استمرار تمويلها.
وأقام الباحثون منصة مجانية على شبكة الإنترنت تستخدم تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي فيتحليل الصور ومقاطع الفيديو والتسجيلات الصوتية، بما في ذلك مقاطع حية يتم تسجيلها بواسطة كاميرات أو وحدات استشعار، بحيث يقوم المستخدم بتحميلها مباشرة على المنصة، مع إتاحة خيار للمستخدم أن يقوم بإرسال رسالة إلكترونية في حالة رصد فصيلة مهددة بالانقراض مع تحميل مقطع مصور خاص بها مع هذه الرسالة.
وحتى الآن، قامت المنظمة بمعالجة أكثر من 5ر12 مليون صورة، ورصدت أكثر من أربعة ملايين حيوان من 68 فصيلة حية، بما في ذلك غوريلات في الجابون، وقردة انسان الغاب في ماليزيا، وحيوان آكل النمل في أوغندا، وكلها أنواع مهددة بالانقراض.
ويرى الباحثون أيضا أنه من الممكن استخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي في دراسة تأثير الأنشطة البشرية على الأنظمة البيئة مع إعداد هياكل لعمل تسلسل زمني للتغيرات التي تطرأ على البيئات المختلفة، حيث نجحت فرق بحثية في اكتشاف حجم التدهور البيئي الذي حدث على مدار قرن من الزمان على أنظمة المياه العذبة مما ادى إلى تدهور التنوع البيولوجي في هذه الانظمة.
وترى مؤسسة هاينريش بول شتيفتونغ على موقعها الإلكتروني أنه مع تزايد استخدام الذكاء الاصطناعي في مختلف مجالات الحياة، أصبح من المهم بشكل متزايد فهم كيفية مساهمة الذكاء الاصطناعي في حماية المناخ. وكيف يمكن للمجتمع السيطرة على التطورات.
وبحسب المؤسسة الألمانية يمكن ذلك طريق دعم العديد من المجالات، على سبيل المثال في قطاع الطاقة، في إنتاج السلع، في الزراعة والغابات ومكافحة الكوارث.