Esculls de corall: mapeig 3D gràcies a la Intel·ligència Artificial

Les extensions de corall que formen el teló de fons de les imatges submarines més boniques són grans colònies d'invertebrats marins molt petits amb un esquelet calcari, anomenats pòlips.

També coneguts com a Anthozoa, els corals han viscut al fons marí durant mil·lennis i tenen a paper fonamental en la salut del planeta: Tot i que cobreixen menys del 0,1% de la superfície dels oceans, aquestes enormes i antigues colònies agrupades en esculls de pedra calcària proporcionen refugi i hàbitat per a gairebé un terç de les espècies marines conegut.

Seriament amenaçat peraugment de la temperatura i des dePol · lució d'origen antròpic, els coralls pateixen un perillós fenomen conegut com blanqueig. Els de la Mar RoigTanmateix, semblen més resistents a l'estrès relacionat amb el clima.

Així, el Centre Transnacional del Mar Roig (TRSC) va decidir explorar els seus secrets, començant per una mirada acurada Cartografia 3D dels esculls de corall. Va pensar a fer possible tot això DeepReefMap, un sistema d'Intel·ligència Artificial desenvolupat per investigadors de l'EPFL.

La intel·ligència artificial i la crisi climàtica: oportunitat o amenaça?
La intel·ligència artificial ens ajudarà a netejar els oceans de plàstic

La intel·ligència artificial entra immediatament en acció per protegir els corals

L 'importància ecològica dels corals és tal que l'impacte de la seva salut s'estén també a les poblacions humanes de diferents països del món. Segons la investigació de l'Administració Nacional Oceànica i Atmosfèrica dels Estats Units, mig milió de persones depenen dels esculls de corall per Seguretat alimentària i els ingressos per activitats turístiques.

Però quan augmenta la temperatura del mar, la algues simbiòtiques que alimenten els coralls (i els donen els seus colors característics) són expulsats, i la colònia de pòlips blanquejat està destinada a morir.

En resposta a aquest fenomen dramàtic, organitzacions com el TRSC estan duent a terme estudis en profunditat per intentar desbloquejar els secrets de espècies de corall presents al Mar Roig, que semblen especialment resistents a l'estrès climàtic.

La iniciativa, liderada pel Laboratori de Geoquímica Biològica de la Politècnica Federal de Lausana i el TRSC, va servir com a banc de proves per a DeepReefMap, un sistema de Intel · ligència artificial desenvolupat al Laboratori de Ciències Ambientals Computacionals i Observació de la Terra (ECEO) de l'EPFL.

La nova IA és capaç de produir centenars de metres de mapes en 3D en pocs minuts a partir d'imatges captades amb càmeres disponibles normalment al mercat, i és capaç de classificar els diferents coralls.

"Amb aquest nou sistema qualsevol persona pot participar en la cartografia dels esculls de corall del món“, Explica Samuel Gardaz, coordinadora de projectes TRSC, “això estimularà realment la investigació en aquest camp, reduint la càrrega de treball, la quantitat d'equips i la logística i els costos relacionats amb les TI.".

L'efecte... camaleó dels sensors i pantalles 3D biodegradables
La Gran Barrera de Corall pateix. El problema? Els éssers humans…

Cartografia de centenars de metres d'esculls de corall en minuts

Tal com llegim a l'estudi que acabem de publicar el "Mètodes en ecologia i evolució”, "una secció de vídeo de 100 metres adquirida en 5 minuts de busseig amb a càmera assequible per al consumidor es pot transformar de forma totalment automàtica en un núvol de punts semàntics 5 minuts".

Una autèntica revolució per cartografia dels esculls de corall, que tradicionalment requereix grans recursos, molt de temps i la feina d'un especialista. Aquestes limitacions limiten severament i, en alguns casos, eviten completament seguiment dels esculls de corall per països que no disposen dels recursos i de l'experiència tècnica necessaris.

Gràcies al nou sistema Intel · ligència artificial desenvolupat per investigadors de l'EPFL, en el futur les dades les pot recollir qualsevol, fins i tot per submarinistes recreatius, sempre que estiguin equipats amb càmera.

L'únic que han de fer és nedar lentament per sobre d'un escull de corall, fent fotos mentre avancen. Serviran justament bons tancs i una bateria molt duradora, per cartografiar centenars de metres d'esculls de corall.

Per poder fotografiar àrees més grans, investigadors suïssos han desenvolupat a Estructura de PVC equipat amb sis càmeres (tres al davant i tres al darrere) que pot ser accionada per la mateixa persona. I aquest dispositiu també existeix a versió de baix cost, per incloure també equips de busseig que operen amb pressupostos limitats.

"Una autèntica revolució en el món de la conservació dels ecosistemes", ell reclama Guilhem Banc-Prandi, investigador del Laboratori de Geoquímica Biològica de la Universitat Politècnica de Lausana i director científic del TRSC.

El Santuari Marí al cor del Pacífic amenaça... pescar?
Tractat de l'Oceà de l'ONU: Xile és el primer país a signar

Un bessó digital de l'escull de corall per facilitar-ne la protecció

A diferència dels antics programes de mapes en 3D, DeepReefMap no té cap problema poca il·luminació i difracció típica de les imatges submarines: le xarxes neuronals profundesde fet, poden adaptar-se a aquestes condicions. A més, els programes existents només funcionen amb imatges d'alta resolució.

"També són limitats pel que fa a l'escala: a una resolució on es poden identificar corals individuals, els mapes 3D més grans tenen diversos metres de llarg, i requereixen ungran quantitat de temps de processament“, Explica Devis Tuia, professor de l'ECEO. “Amb DeepReefMap, només estem limitats pel temps que el bussejador pot romandre sota l'aigua".

"El nostre objectiu era desenvolupar un sistema que fos útil per als científics que treballessin en el camp i que es pogués desplegar de manera ràpida i àmplia.“, Explica Jonathan Sauder, que va treballar en el desenvolupament de DeepReefMap per a la seva tesi doctoral.

"El nostre mètode no requereix maquinari car", subratlla l'investigador, "n'hi ha prou amb un ordinador amb una unitat bàsica de processament gràfic. La segmentació semàntica i la reconstrucció 3D tenen lloc a mateixa velocitat que la reproducció de vídeo".

"El sistema és tan fàcil d'implementar que ho podrem fer controlar el canvi dels esculls de corall al llarg del temps, per tal d'identificar àrees de conservació prioritàries“, afegeix Banc-Prandi.

Els nous mapes en 3D s'enriquiran amb altres dades, que van des de la genètica de poblacions fins al potencial adaptatiu dels corals. Aquest procés, explica el director científic del TRSC, “podria conduir a la creació de un autèntic bessó digital de l'escull de corall".

Un atles inèdit d'hàbitats marins per a la protecció dels oceans
Tanja Zimmermann: "Estem intentant 'materialitzar' l'energia"