Южная Америка

Изобретение двух молодых уругвайских инженеров, позволяющее слушать пингвинов, не мешая им

Изобретение двух молодых уругвайских инженеров, позволяющее слушать пингвинов, не мешая им
На (очень) ветреном побережье Фолклендских островов две молодые инженерки из Уругвая установили небольшое устройство, которое незаметно вписывается в ландшафт. Но внутри его пластикового корпуса скрывается система, способная на удивительные вещи: различать голос пингвина среди рева ветра. Это устройство, работающее на солнечной энергии и оснащенное искусственным интеллектом, является единственным в своем роде в мире: оно записывает только тогда, когда обнаруживает значимые звуки. Он был разработан и построен на инженерном факультете Университета Республики Йозефиной Лема и Джулией Аззис в качестве дипломного проекта в сотрудничестве с исследователями Регионального университетского центра Востока (CURE), которые проводят кампании в Антарктиде для изучения воздействия человека на ее экосистемы. Протестированное в колониях пингвинов папуа (Gentoo) на Фолклендских островах — того же вида, что гнездится на острове Рей-Хорхе, где находится Антарктическая научная база Артигас — устройство зарегистрировало в шесть раз больше звуков, чем традиционные диктофоны, и всего четыре минуты ветра за 72 часа записи. «Одним из самых удивительных моментов было то, насколько надежным оказалось устройство. При порывах ветра более 60 км/ч он не сбивался с толку и записывал только то, что было важно», — рассказывает Аззис газете El País. Система, получившая название AURORA, включает в себя встроенную модель машинного обучения, селективную запись, Bluetooth Low Energy и солнечное питание. Все это в небольшой пластинке, рассчитанной на автономную работу в течение нескольких месяцев, даже в суровые антарктические зимы. Ее создатели представляют ее как эффективное, автономное и недорогое решение, которое можно адаптировать к различным видам и условиям применения. Запись звуков экосистем — это мощный способ изучения биоразнообразия без вмешательства в него. Каждый звук, каждое молчание, каждая вибрация в воздухе могут раскрыть модели поведения, миграции, сезонные изменения или влияние человека на природу. Поэтому ученые устанавливают диктофоны в отдаленных местах, таких как антарктические пляжи или тропические леса, на несколько недель или даже месяцев, собирая тысячи часов аудиозаписей. Проблема в том, что большая часть этого материала бесполезна. «В основном это записи ветра или тишины», — объясняет Аззис. Чтобы сделать его более удобным в использовании, коммерческие устройства обычно программируются на запись только пяти или десяти минут в час, что заставляет выбирать между сбором слишком большого количества бесполезной информации и потерей важных событий. Другими словами, это означает потерю части звуковой истории места. «Нам пришла в голову идея использовать возможности искусственного интеллекта для разработки устройства, способного определять, представляет ли звук интерес, и самостоятельно решать, когда его записывать», — рассказывает инженер, которая в эти выходные представляет проект на научно-технической выставке Ingeniería deMuestra, организованной факультетом инженерии. AURORA меняет эту логику: оно само решает, когда записывать, на основе модели, обученной на тысячах реальных звуков. «Если оно обнаруживает интересный звук, устройство активируется; если нет, оно остается в режиме ожидания. Таким образом, оно оптимизирует заряд батареи, объем памяти и время анализа», — объясняет Аззис. Сердцем устройства является микроконтроллер, способный выполнять модель искусственного интеллекта в режиме реального времени, не завися от подключения к Интернету. Такая автономность необходима в удаленных местах, таких как Антарктида. Аппаратное обеспечение сочетает в себе единую плату, которая включает микрофон, солнечную батарею и перезаряжаемую батарею, — все это разработано с учетом холода, ветра и солености. Его энергопотребление, составляющее всего несколько миллиампер, позволяет работать бесконечно с помощью небольшой солнечной панели. Кроме того, оно было разработано так, чтобы легко адаптироваться к другим видам: достаточно обучить модель звукам, представляющим интерес, а аппаратное обеспечение остается прежним. После установки на Фолклендских островах инженеры произвели точную настройку модели с использованием местных записей, что улучшило распознавание голосов и еще больше сократило количество ложных срабатываний, вызванных ветром. В марте инженеры отправились на Фолклендские острова, чтобы проверить прототип в реальных условиях. В течение нескольких недель они жили вместе с колониями папуасских пингвинов, записывая их голоса и сравнивая результаты с традиционными диктофонами. «Наше устройство обнаружило в шесть раз больше голосов пингвинов и за 72 часа записало только четыре минуты ветра», — говорит Аззис. Следующим шагом будет испытание в условиях антарктической зимы. Если устройство сможет пережить месяцы темноты и крайнего холода, оно сможет впервые зафиксировать точный момент, когда пингвины возвращаются, чтобы сформировать новую колонию, — событие, о котором не существует никаких записей. «Мы могли бы оставить его на всю зиму и зафиксировать, как формируется колония с момента появления первых особей», — отмечает инженер. Кроме того, команда планирует использовать AURORA для измерения воздействия шума, создаваемого человеком — кораблями, генераторами, самолетами — на фауну белого континента. «Мы могли бы количественно оценить, как меняется звуковой ландшафт с присутствием человека», — добавляет она. Параллельно с этим проект стремится к расширению: AURORA является открытым исходным кодом, а проекты аппаратного обеспечения, прошивки и машинного обучения доступны на GitLab. Любая научная группа в мире могла бы адаптировать его к другим видам и средам обитания, от птиц тропических лесов до млекопитающих на отдаленных побережьях. Потенциал огромный: каждый вид, каждая экосистема могли бы рассказать свою историю с помощью звука, не завися от постоянного присутствия людей и дорогостоящих последующих анализов.