Schau mal, das ist ein „Streifenpferd“, das kannst du fegen!

Dies ist ein 1D-Code (Barcode).

Dies ist ein QR-Code.

Dies ist ein „QR-Code“.

Bilderkennung durch StripeSpotter | Referenzen [4]

Das ist richtig, dieser „QR-Code“ ist das Muster auf dem Körper eines Grevyzebras (Equus grevyi). Das Grevyzebra kommt in Kenia und Äthiopien in Afrika vor und ist das größte aller Wildpferde. Allerdings werden Grevyzebras in großer Zahl von Wilderern wegen ihres Fells gejagt. Aufgrund des Lebensraumverlusts gibt es in freier Wildbahn nur noch etwa 2.800 Grevyzebras, die als gefährdete Art eingestuft wurden.

Grevyzebras sind größer, haben größere Ohren und schmalere Streifen als andere Zebras | Wikipedia

Um diese Zebras besser zu schützen, haben mehrere Wissenschaftler viele Hürden genommen und sind schließlich auf eine Idee gekommen: Sie wollen mithilfe von KI die „Codes“ der Zebras „scannen“ .

Wie führt man eine „Pferdepopulationszählung“ durch?

Dr. Tanya Berger-Wolf, heute Direktorin des Translational Data Analytics Institute an der Ohio State University, ist eine der ersten Forscherinnen auf dem Gebiet der Computerökologie. Ihre ursprüngliche Idee war einfach: Grevyzebras zu schützen.

Berger-Wolf studiert Informatik, war aber bereits während ihres Studiums als wissenschaftliche Mitarbeiterin im Fachbereich Ökologie tätig. Sie war tief beeindruckt vom Kontrast zwischen der großen Datenmenge im Computerbereich und der Anzahl gefährdeter Arten im wirklichen Leben . Als sie kurz vor ihrem Doktortitel stand, war sie vom Grevyzebra fasziniert.

Können meine Computerkenntnisse zum Schutz bedrohter Arten beitragen?

Im Gespräch mit Ökologen stellte sie fest, dass das Zählen der Zebras ein schwieriger Punkt sei . Ökologen haben versucht, Kenia dazu zu drängen, Maßnahmen zum Schutz der Grevyzebras einzuführen. Die lokale Regierung befürchtete jedoch möglichen Widerstand und forderte die Ökologen auf, eine genaue Zählung der Zebrapopulation durchzuführen.

Die Volkszählung in Malaysia ist schwierig｜Wikimedia Commons

Damals gab es noch keine fortschrittlichen Methoden zur Zählung der Wildtiere. Entweder werden die Zebras eingefangen und markiert oder sie werden betäubt und mit Ortungsgeräten ausgestattet . Diese Methoden sind jedoch teuer und zeitaufwändig. Außerdem verursacht das Implantieren der Geräte bei Zebras Wunden und setzt die Zebras einem Infektionsrisiko aus.

Durch das „Scannen von Code“ entstand eine neue Disziplin

Da hilft nur noch ein dummer Weg: Fotos machen und dann die Streifen auf dem Zebra manuell vergleichen . Dies brachte Berger-Wolff auf die Idee für einen neuen Ansatz: das Scannen eines QR-Codes.

Genau wie menschliche Fingerabdrücke sind die Streifen eines Zebras einzigartig . Ökologen machen Fotos und vergleichen sie manuell, aber die Bilderkennung kann diesen Prozess automatisieren .

Berger-Wolf und ihre Studenten erkundeten diesen Weg und bald wurde ein maschineller Lernalgorithmus namens StripeSpotter entwickelt. Wissenschaftler können ihre Kameras in Barcode-Scanner verwandeln, indem sie einfach ein Foto von einem Zebra machen und den Algorithmus auf einem Computer ausführen. Nachdem der Algorithmus das Bild gelesen hat, extrahiert er Merkmale aus dem Bild und gleicht sie mit Informationen in einer Datenbank ab, um zu bestätigen, ob das Tier zuvor markiert wurde.

Genau wie das Scannen von Barcodes mit Scannern in Supermärkten | TuChong Creative

Obwohl diese Art der Bilderkennung einfach klingt, kann selbst dasselbe Zebra auf den Bildern sehr unterschiedlich aussehen, da Beleuchtung, Winkel und Position verschiedener Fotos stark variieren. Beim Trainieren des Algorithmus verwendeten die Forscher Tausende von Zebrafotos, um ein stabiles Übereinstimmungsmuster zu erhalten.

Da wir den Code mithilfe von Zebrastreifen scannen können, können wir eine ähnliche Methode für andere Tiere mit Mustern verwenden?

Eine neue Zukunft durch Bürgerwissenschaft

Im Jahr 2013 veröffentlichten Berger-Wolf und seine Mitarbeiter einen neuen Algorithmus: HotSpotter. Dieser Algorithmus kann nicht nur zur Identifizierung von Zebras verwendet werden, sondern auch zur Erstellung biologischer Datenbanken wie Giraffen, Leoparden und Rotfeuerfischen eingesetzt werden.

Nach der Veröffentlichung von HotSpotter kommunizierte Berger-Wolf weiter mit der kenianischen Regierung, um diesen Algorithmus in der Praxis anzuwenden, und führte eine beispiellose Zebradatenerhebung in der Region durch. In den folgenden Jahren wurde die Richtigkeit dieser Daten kontinuierlich überprüft.

Theoretisch könnte der Algorithmus erweitert werden, um mehr Arten zu identifizieren, aber Berger-Wolf fehlte eine Schlüsselkomponente: ein leistungsfähiges Datenmanagementsystem .

Eine zufällige Begegnung führte sie zu einer Lösung.

So wie Berger-Wolf versuchte, sich vorzustellen, wie man durch „Scannen des Codes“ die Anzahl der Zebras zählen könnte, fühlte sich ein anderer Physiker, Zaven Arzoumanian, stark zu Walhaien hingezogen.

Walhai mit weit geöffnetem Maul | Tuchong Creative

Obwohl der Walhai der größte lebende Fisch der Welt ist, ist wenig über ihn bekannt. Azoumanian und sein Programmierpartner Jason Holmberg entwickelten außerdem einen Algorithmus zur Identifizierung von Walhaien und nahmen Kontakt mit Walhai-Biologen auf, um einen weltweiten Aufruf zu starten, in dem sie Amateur-Walhai-Beobachter auf der ganzen Welt baten, Fotos über das Internet hochzuladen. Der Algorithmus kann einzelne Walhaie innerhalb von Sekunden identifizieren .

Anhand von Fotos, die von über 8.000 Bürgerwissenschaftlern hochgeladen wurden, und aus YouTube-Videos konnten die Forscher bei über 75.000 Sichtungen mehr als 12.000 Walhaie identifizieren. Die Daten ermöglichten es der Roten Liste bedrohter Arten der IUCN , Walhaie als gefährdet neu einzustufen und festzustellen, dass ihr Populationstrend rückläufig ist und nicht, wie bisher angenommen, stabil bleibt.

Nach ihrem anfänglichen Erfolg mit Walhaien wollten Azoumanian und Holmberg expandieren. Allerdings ist ihr Algorithmus nicht leistungsfähig genug, sie verfügen aber über ein vollständiges Datenmanagementsystem – auch das fehlt Berger-Wolf.

Die drei Parteien arbeiteten zusammen, um den ursprünglichen Algorithmus durch HotSpotter zu ersetzen und das vorhandene Datenverwaltungssystem zu nutzen, um ein ehrgeiziges Projekt zu starten – den Aufbau von Wildbook, der Tierversion von Facebook . Durch die Kombination von Wildtierforschung, Bürgerwissenschaft und Computervision besteht das ultimative Ziel darin, Individuen von Tierarten auf der Erde identifizieren zu können. Auf diese Weise sind Walhaie, Zebras und viele andere Tiere nicht nur vage Namen, sondern Individuen mit einer Vergangenheit und einer Zukunft, voller Geschichten.

Wildbook nutzt KI, um einzigartige Merkmale einzelner Tiere zu unterscheiden, wie beispielsweise die Krümmung der Schwanzflosse eines Wals | Wildme

Einer der Geldgeber von Wildbook ist die Initiative „AI for Earth“ von Microsoft . Microsoft hat im Rahmen dieses Projekts 50 Millionen US-Dollar investiert, um Initiativen zur Nutzung von KI-Technologie zur Lösung von Umweltproblemen zu unterstützen. „Bis heute haben Wissenschaftler nur etwa 1,5 Millionen Arten entdeckt, von insgesamt schätzungsweise 10 Millionen Arten“, sagte Josh Henretig, der das Projekt leitet. „Von diesen 1,5 Millionen Arten wurden weniger als 5 % im Detail analysiert. Einige Arten verschwinden von unserem Planeten, ohne dass wir es überhaupt merken.“

KI kann Menschen bei mehr helfen, als nur E-Mails zu schreiben, Bilder zu zeichnen und als unsere persönliche Sekretärin zu fungieren. Bill Gates sagte einmal, dass KI dazu beitragen werde, Ungleichheit in vielen Bereichen zu beseitigen, darunter Bildung, Gesundheitswesen und Klimawandel. Die Entwicklung der KI zum Guten ist darauf ausgerichtet, der menschlichen Gesellschaft zu nützen und den Planeten zu schützen, von dem unser Überleben abhängt.

Autor: Plath G

Bearbeitet von: Gelbschwanz-Seelachs

Dieser Artikel stammt von GuokrNature (ID: GuokrNature)