Umělá inteligence dokáže pomoci i s ochranou životního prostředí

Tato oblast oceánu je také klimatickým útočištěm ikonického mořského savce, který se pohybuje na pokraji vyhynutí, kriticky ohrožené velryby severoatlantické. V době, kdy se na východním pobřeží rozjíždí boom větrných farem na moři, by mohla nová technologie umělé inteligence a počítačového vidění pomoci chránit velryby před prudkým nárůstem lodní dopravy.

Smrtelné srážky v posledních letech decimují populaci velryb, protože změna klimatu mění jejich migrační vzorce. Vědci odhadují, že přežívá jen asi 340 jedinců a zbývá méně než 100 rozmnožujících se samic. To vedlo federální vládu k zavedení rozsáhlých požadavků na developery, aby zajistila, že projekty větrných elektráren nepřispějí k úhynu velryb.

Společnost Vineyard Wind, která staví první rozsáhlou komerční větrnou farmu na moři, proto testuje systém počítačového vidění s umělou inteligencí vyvinutý společností Charles River Analytics na plavidlech převážejících materiál na staveniště 15 mil jižně od Martha’s Vineyard. 62 větrných turbín společnosti General Electric, které mají začít vystupovat z oceánu letos v létě, bude po dokončení projektu v roce 2024 vyrábět dostatek elektřiny pro napájení více než 400 000 domácností. 

Technologie detekce velryb, nazvaná Awarion, je jedním z několika systémů s umělou inteligencí, které byly v posledních letech vyvinuty k identifikaci velryb a upozornění kapitánů lodí, aby zpomalili a vyhnuli se srážkám s těmito zvířaty, která podle zjištění vědců hrají důležitou roli v boji proti změně klimatu. (Konzervativní komentátoři a další se snažili spojit nedávný úhyn keporkaků v New Jersey a New Yorku s průzkumnými pracemi pro větrné elektrárny na moři, ačkoli federální úředníci tvrdí, že neexistuje žádný důkaz o souvislosti.)

„Celým cílem je integrovat tyto technologie pro budoucí větrné projekty,“ říká Elizabeth Marsjaniková, manažerka pro záležitosti životního prostředí ve společnosti Vineyard Wind, společném podniku společností Copenhagen Infrastructure Partners a Avangrid, dceřiné společnosti Iberdrola, S.A.

Poznamenává, že společnost Vineyard Wind již k detekci mořských savců využívá lidské pozorovatele, letecký průzkum a akustický monitoring, ale Awarion pomůže zaplnit mezery v tomto dohledu. „Tento software s umělou inteligencí pracuje s infračervenými videokamerami a je schopen detekovat malé změny teploty a díky tomu je možné odhalit velryby za snížené viditelnosti,“ říká.

Federální vláda rozhodla, že plánované větrné elektrárny u Massachusetts by měly „mírný“ dopad na mořské savce, jako je velryba pravá. V době největšího rozmachu výstavby by tyto projekty znamenaly až 230 dalších plavidel, která by brázdila již tak přeplněné vody.

Společnost Charles River Analytics se sídlem v Cambridge ve státě Massachusetts vyvíjí technologie pro americké vládní agentury a Awarion vznikl na základě její práce na detekci lodí a dalších potenciálních překážek pro autonomní plavidla námořnictva. Mezi ně patří i mořští savci.

Brzy začala společnost dostávat dotazy od developerů větrných farem. „Uvědomili jsme si, že máme potenciálně cenné řešení; pokud dokážeme detekovat a klasifikovat lodě a zjistit, kde se nacházejí, můžeme dělat spoustu stejných věcí s velrybami,“ říká Ross Eaton, hlavní vědecký pracovník společnosti a ředitel námořních systémů.

Kamery Awarion, které dokáží snímat viditelné a infračervené světlo, jsou namontovány na lodi a provádějí 360stupňový průzkum okolního oceánu. Když kamera na hladině zaznamená nějaký objekt, algoritmus určí, zda se jedná o plavidlo, rybářské náčiní, ptáky nebo mořského savce. Podle Eatona je obzvláště obtížné odhalit velryby na dálku. Dospělá velryba může být dlouhá až 52 stop a vážit 70 tun, ale Awarion musí být vycvičen, aby rozpoznal kousek těla velryby, který je vidět, když se vynoří.

„Výzvou je najít reprezentativní data, která ukazují velryby za extrémně nezajímavých okolností,“ říká.

Není nouze o dramatické záběry velryb vyskakujících z vody, které pořizují turisté, ale jen málokdo zveřejňuje fotografie velrybího hřbetu. Eatonův tým se proto vydal na výlety za pozorováním velryb, aby natočil videa velryb vynořujících se na hladinu a vytvořil tak vizuální knihovnu pro trénink algoritmů Awarionu. Systém dokáže určit velrybu nebo stříkat z jejího výduchu na vzdálenost více než jednoho kilometru. Když se mu to podaří, zmapuje polohu zvířete a vyšle upozornění.

Systém Awarion se stále testuje a zdokonaluje, ale podle společnosti Eaton by měl být tento systém, který během zkoušek odhalil 80 % velryb, připraven ke komerčnímu uvedení na trh v tomto nebo příštím roce.

Podle Matuse Hodula, doktoranda Ottawské univerzity, který se podílel na vedení nedávné studie, jež dokázala identifikovat jednotlivé velryby z vesmíru, tato technologie sice nedokáže identifikovat jednotlivé druhy velryb, ale může být vhodná pro velryby pravé. Nyní pracuje na programu poháněném umělou inteligencí, který je vycvičen k rozpoznávání velryb ze satelitních snímků s vysokým rozlišením a určuje jejich polohu. Satelitní detekce velryb umožňuje vědcům posoudit mnohem větší oblast oceánu, než jakou lze pokrýt nákladnými leteckými průzkumy.

„Velryby pravé se plaví podél oceánu, aby ulovily potravu, a to pro nás vytváří dobrou příležitost k jejich snímkování, protože poměrně spolehlivě tráví hodně času na hladině,“ říká Hodul.

Lokalizace velryb pravých je podle vědců stále důležitější pro přežití těchto zvířat. Pronájem stovek tisíc akrů oceánu pro větrné elektrárny jižně od Martha’s Vineyard federální vládou se časově shoduje s výskytem velryb pravých v této oblasti, protože rychle se oteplující oceán nutí tyto mořské savce pronásledovat migrující kořist.

„Potřebujeme tyto nové detekční technologie, abychom pochopili, které části oceánu jsou pro velryby nejdůležitější,“ říká Douglas McCauley, ředitel Benioff Ocean Science Laboratory na Kalifornské univerzitě v Santa Barbaře. „To není statická odpověď, protože chudákům velrybám každý rok klimatické změny hází klacky pod nohy, takže přizpůsobují své historické migrační trasy.“

McCauleyho laboratoř spolupracovala s Woods Hole Oceanographic Institution a dalšími organizacemi na vývoji iniciativy Whale Safe, která u kalifornského pobřeží rozmisťuje podmořské mikrofony zvané hydrofony, aby naslouchaly vokalizaci modrých velryb v blízkosti rušných lodních tras. Jakmile jsou velrybí zvuky zachyceny, program s umělou inteligencí je porovná s katalogem známých velrybích zpěvů a identifikuje druh, aby mohli být kapitáni kontejnerových lodí upozorněni, že mají zpomalit.

Na východním pobřeží vyslal vedoucí vědec z Woods Hole Mark Baumgartner podvodní roboty zvané kluzáky, aby naslouchali velrybám, které proplouvají Mainským zálivem.

Každá technologie detekce velryb má svá slepá místa. Kamery Awarionu nevidí pod hladinu a špatné počasí může narušit jejich schopnost skenovat oceán. Totéž platí pro satelitní detekci velryb. Naproti tomu systém Whale Safe nedokáže najít velryby pod vodou, když jsou tiché.

„Integrovaný systém, který čerpá ze silných stránek každé jednotlivé metody detekce velryb, je to, kam bychom měli skutečně směřovat, protože nechceme, aby nám unikla byť jediná velryba,“ říká Jessica Redfernová, zástupkyně viceprezidenta pro vědu o ochraně oceánů v New England Aquarium.