Naukowcy z Politechniki Wrocławskiej we współpracy z pracownikami ZOO Wrocław rozwijają system sztucznej inteligencji do rozpoznawania pingwinów przylądkowych. Projekt ma wspomóc opiekę nad zwierzętami w ogrodzie zoologicznym oraz monitoring dzikiej populacji tego zagrożonego gatunku.
W tym artykule przeczytasz:
- Jak sztuczna inteligencja pomaga w ochronie pingwinów przylądkowych.
- Co to jest projekt Politechniki Wrocławskiej i ZOO Wrocław z AI do rozpoznawania zwierząt.
- Jak rozpoznać pingwiny po indywidualnych plamkach na ciele.
Opis gatunku
Pingwiny przylądkowe, znane również jako tońce, stanowią jedyny afrykański gatunek pingwina. Ich kolonie rozrodcze znajdują się na południu kontynentu, u wybrzeży Afryki Południowej, od Namibii do Mozambiku.
Dorosłe osobniki osiągają średnią wagę około trzech kilogramów, długość ciała około czterdziestu pięciu centymetrów i w warunkach naturalnych dożywają blisko trzydziestu lat.
Gatunek jest zagrożony wyginięciem z powodu zmian klimatycznych, zanieczyszczeń środowiska oraz nadmiernego rybołówstwa. W ciągu ostatnich stu lat populacja zmniejszyła się o dziewięćdziesiąt osiem procent.
Obecnie liczebność dorosłych osobników w środowisku naturalnym wynosi około piętnastu tysięcy i nadal spada, podczas gdy kilka tysięcy przebywa w ogrodach zoologicznych na świecie.
– Status tońców został podniesiony do kategorii krytycznie zagrożone, a to już tylko jeden krok od kategorii wymarły w środowisku naturalnym. Zostało nam zatem około dziesięciu lat, żeby spróbować uratować ten gatunek – mówi Paweł Borecki, specjalista do spraw badań i współpracy naukowej w ZOO Wrocław oraz doktorant na Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu.
Współpraca z organizacjami ochronnymi
Wrocławski ogród zoologiczny współpracuje z fundacją SANCCOB, działającą na rzecz ochrony pingwinów przylądkowych. Hodowla zachowawcza tego gatunku we Wrocławiu rozpoczęła się w 2014 roku, a obecnie kolonia liczy sto zwierząt, co czyni ją drugą największą w Europie i trzecią na świecie.
Takie jednostki umożliwiają odbudowę populacji, wzbogacanie różnorodności genetycznej oraz badania zachowań gatunkowych. Warunki w zoo są dostosowane do potrzeb zwierząt, w tym duży basen uznawany za jeden z największych na świecie.
– Pingwiny mają we Wrocławiu naprawdę dobre warunki. Na pewno możemy być dumni z basenu, który jest jednym z największych na świecie. Ich duża liczba jest też wyzwaniem dla opiekunów, których mamy obecnie pięcioro. Bardzo trudno jest codziennie zidentyfikować i policzyć wszystkie osobniki, dlatego posiadanie zautomatyzowanego systemu byłoby dla nas dużym ułatwieniem – przyznaje Paweł Borecki.
Technologia sztucznej inteligencji
Projekt wykorzystania sztucznej inteligencji do identyfikacji i monitorowania pingwinów przylądkowych prowadzą doktor inżynier Paweł Zyblewski i magister inżynier Weronika Borek-Marciniec z Katedry Systemów i Sieci Komputerowych na Wydziale Informatyki i Telekomunikacji Politechniki Wrocławskiej.
Identyfikacja opiera się na indywidualnych wzorach czarnych plamek na brzuchu i stopach zwierząt, podobnych do odcisków palców u ludzi. W początkowej fazie badań wykorzystano ponad sto zdjęć dziewięciu pingwinów, analizowanych za pomocą sieci konwolucyjnych, czyli algorytmów uczenia maszynowego do przetwarzania obrazów.
– W pierwszym etapie naszego projektu chcemy udowodnić, że rozpoznawanie wzorów na brzuchach i stopach jest wystarczające do identyfikacji zwierząt. Od opiekunów otrzymaliśmy już ponad sto zdjęć dziewięciu pingwinów, które teraz przepuszczamy przez sieci konwolucyjne, czyli zaawansowane algorytmy uczenia maszynowego przeznaczone do analizy obrazów – wyjaśnia doktor inżynier Paweł Zyblewski.
Dziesięć zdjęć jednego pingwina wystarczy do wstępnego treningu modelu, jednak do pełnego systemu potrzebne są dodatkowe dane, uwzględniające czynniki takie jak zabrudzenia.
Przyszłe plany
W przypadku sukcesu badań planowana jest publikacja wyników oraz wniosek o grant na kontynuację. Środki umożliwiłyby instalację systemu wizyjnego obejmującego cały wybieg i basen.
System mógłby służyć do liczenia zwierząt, śledzenia ich ścieżek oraz monitorowania zachowań kolonii, w tym tworzenia bazy wszystkich pingwinów we Wrocławiu. Mógłby również alertować o nieobecności osobników lub obecności drapieżników.
– Jeśli uda nam się zdobyć grant na badania, to wyzwań na pewno nam nie zabraknie. Zintegrowanie i przetwarzanie informacji rejestrowanych przez wszystkie kamery, które w pewnych obszarach będą się pokrywały, będzie sporym wyzwaniem. Osobną kwestią będzie też prowadzenie monitoringu pingwinów w basenie. Być może do tego zadania będziemy musieli przygotować nasz model sztucznej inteligencji od podstaw – wskazuje doktor inżynier Paweł Zyblewski.
W przyszłości planowana jest współpraca z organizacjami monitorującymi dzikie kolonie w Afryce, z możliwością dostosowania rozwiązań do warunków naturalnych.
Projekt realizowany jest na podstawie umowy o współpracy podpisanej w grudniu między Politechniką Wrocławską a ZOO Wrocław. Umowa obejmuje wspólne prace badawcze, wymianę informacji oraz możliwość przygotowywania prac dyplomowych przez studentów we współpracy ze specjalistami z ogrodu zoologicznego.
