Алгоритм раскрывает таинственные пищевые привычки нарвалов
Алгоритм может предсказывать, когда нарвалы охотятся — задача, ранее считавшаяся почти невозможной для изучения. Математики и компьютерные ученые из Копенгагенского университета вместе с морскими биологами в Гренландии добились прогресса в сборе знаний об этом загадочном арктическом ките в то время, когда изменение климата оказывает на вид давление.
Небольшой кит, известный своим характерным спиральным бивнем, испытывает растущее давление из-за потепления вод и последующего увеличения судоходства в Арктике. Чтобы лучше заботиться о нарвалах, нам нужно больше узнать об их пищевом поведении — и о том, как оно может измениться в результате деятельности человека и глобального потепления. Биологи почти ничего об этом не знают. Поскольку нарвалы живут в изолированных арктических регионах и охотятся на глубинах до 1000 метров, получить какое-либо представление об этом очень сложно, а иногда и невозможно.
Иронично, но искусственный интеллект может стать ответом на загадку их естественного поведения. Междисциплинарное сотрудничество между математиками, компьютерными учеными и морскими биологами из Копенгагенского университета и Гренландского института природных ресурсов показывает, что алгоритмы можно использовать для картирования пищевого поведения этого загадочного кита.
«Мы показали, что наш алгоритм действительно может предсказывать, что когда нарвалы издают определенные звуки, они охотятся на добычу. Это открывает совершенно новые возможности для понимания жизни нарвалов», — объясняет Сюзанна Дитлевсен, профессор факультета математических наук Копенгагенского университета.
«Крайне важно получить больше информации о том, где и когда нарвалы ищут пищу по мере отступления морского льда. Если их потревожит судоходство, важно, происходит ли это в середине важной кормовой зоны. Однако выяснить это невероятно сложно. Здесь искусственный интеллект, похоже, может сыграть огромную роль и в значительной степени предоставить нам знания, которые иначе было бы невозможно получить», — говорит исследователь китообразных Мадс Питер Хейде-Йоргенсен, профессор Гренландского института природных ресурсов.
Алгоритм картирует щелчки и жужжание
До сих пор лучшим способом изучения охотничьих паттернов нарвалов был сбор акустических данных с помощью измерительных приборов, прикрепленных к их телам. Как и летучие мыши, нарвалы ориентируются с помощью эхолокации. Издавая щелкающие звуки, они исследуют окружающую среду и ориентируются. Когда они начинают охоту, интервалы между этими щелчками сокращаются, превращаясь в жужжание.
Хотя звуки жужжания, следовательно, интересны исследователям, собрать акустические данные во многих местах невозможно. Кроме того, запись этих звуков требует больших объемов данных и трудоемка для ручного анализа.
В результате исследователи решили выяснить, могут ли они с помощью искусственного интеллекта найти закономерность в том, как киты двигаются и какие жужжащие звуки издают. В будущем это позволит им полагаться только на измерения движений животных с помощью акселерометра — простой в использовании технологии, знакомой нам по смартфонам.
«Основная сложность заключалась в том, что у этих китов очень сложные модели движения, которые трудно анализировать. Это становится возможным только с использованием глубокого обучения, которое могло научиться распознавать как различные модели плавания китов, так и их жужжащие звуки. Затем алгоритм обнаружил связи между ними», — объясняет доцент Рагхавендра Селван с факультета компьютерных наук.
Исследователи обучили алгоритм, используя большие объемы данных, собранных от пяти нарвалов во фьорде Скорсби-Саунд в Восточной Гренландии.
Теперь исследователи надеются дополнить алгоритм, охарактеризовав различные типы жужжащих звуков, чтобы идентифицировать точные звуки, которые приводят к поимке добычи. Этого можно достичь, собирая данные, в которых биологи дают китам температурную таблетку, которая обнаруживает падение температуры в их желудках, когда они потребляют холодную рыбу или кальмаров.