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.