Früher bedeutete die Erforschung von Korallenriffen stundenlange sorgfältige manuelle Analysen, aber künstliche Intelligenz verändert das Spiel. Ein neues neuronales Netzwerk kann Meeresgeräusche in Echtzeit verarbeiten und Fischaktivitäten 25-mal schneller als Menschen identifizieren. Diese Technologie wird die Art und Weise revolutionieren, wie Wissenschaftler die Gesundheit von Korallenriffen überwachen und Meeresökosysteme schützen.
Korallenriffe gehören zu den vielfältigsten Ökosystemen der Erde. Obwohl Korallenriffe weniger als 1 % des Ozeans bedecken, bieten sie irgendwann in ihrem Lebenszyklus Lebensraum für etwa 25 % der Meeresarten. Da so viel Artenvielfalt an einem Ort konzentriert ist, stehen Wissenschaftler vor der Herausforderung, genau zu bestimmen, welche Arten und wie viele es gibt.
Um dieses Problem zu lösen, haben Forscher der Woods Hole Oceanographic Institution eine neue Methode entwickelt, die akustische Überwachung mit neuronalen Netzen kombiniert, um die Fischaktivität anhand von Geräuschen zu analysieren. Ihr Forschungsbericht wurde heute (11. März) in JASA, der Zeitschrift der Acoustical Society of America, veröffentlicht von AIP Press.
Seit Jahren verlassen sich Wissenschaftler bei der Untersuchung von Korallenriffen auf passive akustische Überwachung. Dabei wird ein Unterwasserrekorder mehrere Monate lang am Riff platziert, um Umgebungsgeräusche aufzuzeichnen. Zwar können vorhandene Signalverarbeitungstools große Mengen an Audiodaten analysieren, sie sind jedoch nicht für die Erkennung bestimmter Geräusche ausgelegt. Um einzelne Fischrufe oder artspezifische Geräusche zu identifizieren, müssen Forscher noch immer stundenlange Aufzeichnungen manuell durchsehen.
Der Autor Seth McCammon sagte: „Ehrlich gesagt ist es ein schrecklicher Job für die Leute, die ihn machen. Es ist eine unglaublich mühsame Arbeit. Es ist so schmerzhaft.“
Ebenso wichtig ist, dass diese manuelle Analyse für praktische Anwendungen zu langsam ist. Viele Korallenriffe auf der Welt sind durch den Klimawandel und menschliche Aktivitäten bedroht. Daher ist es für Schutzbemühungen von entscheidender Bedeutung, Veränderungen in Korallenriffpopulationen schnell erkennen und verfolgen zu können.
„Menschen haben Jahre gebraucht, um Daten in diesem Umfang zu analysieren. Daten auf diese Weise zu analysieren, funktioniert im großen Maßstab einfach nicht“, sagte McCammon.
Alternativ trainierten die Forscher ein neuronales Netzwerk, um große Mengen akustischer Daten automatisch zu sortieren und Audioaufnahmen in Echtzeit zu analysieren. Ihr Algorithmus ist bei der Entschlüsselung akustischer Trends an Korallenriffen genauso genau wie menschliche Experten, ist jedoch mehr als 25-mal schneller und könnte die Art und Weise verändern, wie Ozeane überwacht und untersucht werden.
„Welche anderen Arten von Geräten können wir außer Rekordern verwenden, nachdem wir keinen Menschen mehr brauchen? Zu den Arbeiten meines Co-Autors Aran Mooney gehört die Integration dieses neuronalen Netzwerks in einen schwimmenden Liegeplatz, der die Anzahl der Fischgeräusche in Echtzeit aktualisiert. Wir arbeiten auch daran, unser neuronales Netzwerk in unser autonomes Unterwasserfahrzeug CUREE zu integrieren, damit es Fischgeräusche hören und Hotspots biologischer Aktivität kartieren kann“, sagte McCammon.
Die Technologie hat auch das Potenzial, ein seit langem bestehendes Problem in der Meeresakustikforschung zu lösen: die Zuordnung jedes einzelnen Klangs zu einem Fisch.
„Bei der überwiegenden Mehrheit der Arten sind wir noch nicht an dem Punkt angelangt, an dem wir mit Sicherheit sagen können, dass ein bestimmtes Geräusch von einem bestimmten Fisch kommt“, sagte McCammon. „Das ist, zumindest für mich, der Heilige Gral, nach dem wir suchen. Indem wir Fischgeräusche in Echtzeit erkennen, können wir damit beginnen, Geräte zu bauen, die die Geräusche automatisch hören und dann sehen können, welche Fische sich in der Nähe befinden.“
McCammon hofft, dass solche neuronalen Netze Forschern irgendwann die Möglichkeit geben werden, Fischpopulationen in Echtzeit zu überwachen, problematische Arten zu identifizieren und auf Katastrophen zu reagieren. In einer Zeit, in der Korallenriffe jede Hilfe brauchen, die sie bekommen können, wird diese Technologie Naturschützern helfen, sich ein klareres Bild von ihrer Gesundheit zu machen.
Zusammengestellt von /ScitechDaily