Die Fortschritte bei der Entwicklung künstlicher Intelligenz (KI) machen Einsatzszenarien möglich, die vor wenigen Jahren noch undenkbar waren. Mit der Initiative AI for Earth setzen wir uns dafür ein, dass diese Fortschritte auch dem Erhalt unserer Umwelt und dem Schutz gefährdeter Arten zugutekommen. Über die Initiative bieten wir Cloud-Technologien und KI-Tools für alle, die an der Lösung weltweiter, ökologischer Herausforderungen arbeiten. Davon profitieren zum Beispiel Wissenschaftler wie Erin Moreland und Manuel Castellote, die mit KI-Technologien von Microsoft direkt zum Erhalt gefährdeter Arten in Alaska beitragen.
Als sich Erin Moreland vor ein paar Jahren dazu entschied, Zoologin zu werden, hatte sie noch eher romantische Vorstellungen von ihrer Arbeit: auf den Klippen an Alaskas Küste sitzen und Daten über die vielen Meeresbewohner zu sammeln, um ihre natürlichen Lebensräume besser verstehen und schützen zu können. Später saß Erin Moreland – wenig romantisch – vor allem am Computer und musste sich durch Tausende von Luftaufnahmen von der Küste Alaskas klicken. Aber immerhin suchten sie und ihr Team in den Bildern nach bedrohten Tierarten. Das dauerte allerdings so lange, dass die Informationen bereits während dieser Recherchearbeit hoffnungslos veraltet waren.
So suchte Moreland gemeinsam mit ihren Kolleginnen und Kollegen vom National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) nach einer effizienteren Lösung, um die Bestände von Kegelrobben zu überwachen.
Dabei kam ihr die Idee, die Analysen mit künstlicher Intelligenz zu unterstützen. Und so statteten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ihre Propellermaschinen zunächst mit verbesserten Kameras aus, um an der Küste Alaskas hochauflösende Luftbilder der Meeresbewohner aufzunehmen. Zudem trainierte ihr Team Algorithmen in der Fähigkeit, die Tiere im Detail zu erkennen und zum Beispiel eine Robbe von einem Stein zu unterscheiden. So kann das Forscherteam der NOAA die Bestände an Robben heute innerhalb weniger Stunden erfassen, statt wie früher in Monaten.
Die Daten teilt das Team um Erin Moreland direkt mit den Forscherinnen und Forschern des NOAA, die auf Basis der genauen Einschätzung der Populationsbestände heute fast in Echtzeit Aktionen für den Artenschutz der Tiere und den Erhalt der Bestände ableiten können. Das ist auch dringend notwendig, denn bereits heute gelten zum Beispiel zwei der vier Robben-Arten in Alaska als akut gefährdet; ein Aussterben ohne erfolgreiche Schutzmaßnahmen gilt als wahrscheinlich.
Microsoft entwickelt künstliche Intelligenz für das NOAA-Projekt
Auch wenn der Job von Erin Moreland nur selten aus romantischen Blicken übers Wasser besteht: Ausgerechnet einer dieser Blicke führte sie mit ihrem Projekt direkt zu Microsoft – als sie im Laboratorium für Meeressäugetiere der NOAA am Lake Washington in Seattle saß, von dem aus sie direkt auf das Microsoft-Hauptquartier im benachbarten Redmond blickte. Über Umwege kam sie dann in Kontakt mit Dan Morris, der als leitender Wissenschaftler für Microsoft Research das Programm „AI for Earth“ betreut.
Mit der Umsetzung der Idee, die Bestände an Meeressäugern mit KI zu erfassen und zu analysieren, mussten die Forscherinnen und Forscher beider Institutionen echtes Neuland betreten: Während es bereits zahlreiche Modelle zur Erkennung von Menschen in Bildern gab, existierten damals noch keine Technologien, um Bilder von Robben, Bären oder Walen identifizieren zu können. Zwar halfen die mehreren hunderttausend Bilder aus dem Bestand der NOAA, die Algorithmen mit den notwendigen Informationen zu füttern und zu trainieren. Allerdings mussten für das weitere Training mit aktuellen Bildern zusätzlich große Datenmengen zwischen der NOAA und Microsoft transferiert werden – rund 20 Terabyte von Eisbergen, Wasser und ein paar Tieren. „Zu viel, um sie auf einem normalen Laptop zu bearbeiten“, erinnert sich Dan Morris. Und so wurden zunächst regelmäßig Festplatten zwischen den Hauptquartieren in Seattle und Redmond ausgetauscht. Am Ende hat Microsoft Azure geholfen, dieses Problem zu lösen, die Daten in Echtzeit zu verarbeiten und die Algorithmen kontinuierlich mit ihnen zu trainieren. Heute unterscheidet die KI zuverlässig, auf welchen Bildern die Meeressäuger zu erkennen sind und auf welchen nicht.
Künstliche Intelligenz erkennt die Klänge der Wale
Manuel Castellote, Wissenschaftler am Joint Institute for the Study of the Atmosphere and Ocean (JISAO) an der Universität in Seattle, hält ebenfalls im Golf von Alaska Ausschau nach Meeresbewohnern. Anders als Erin Moreland sucht der Wissenschaftler aber speziell nach Belugawalen und nutzt akustische Methoden, um die Bewegungsmuster der weißen Meeressäuger zu analysieren. Dabei kommt ihm zugute, dass die weißen Wale untereinander über akustische Signale kommunizieren.Dafür nutzen sie ein erstaunlich reichhaltiges Repertoire: von Brummgeräuschen über Quieklaute bis zu sehr hohen Zwitscherlauten, in einem sehr breiten Frequenzbereich zwischen 0,7 bis über 20 Kilohertz. Auch Manuel Castellote landete, auf Empfehlung seiner Kollegin Erin Moreland, am Ende bei KI-Technologien von Microsoft.
Für die Erkennung von Walmelodien in den Audiodaten wurde ein robustes Set von Algorithmen entwickelt, das mit einer Trefferquote von 99 Prozent die früher manuelle Auswertung mittlerweile um Längen übertrifft.
Die Beispiele von Erin Moreland und Manuel Castellote zeigen, welchen Nutzen künstliche Intelligenz auch bei sehr speziellen wissenschaftlichen Fragestellungen haben kann. Am Ende leisten die Forscherinnen und Forscher im Zusammenspiel mit Technologien von Microsoft einen wichtigen Beitrag zum Artenschutz und damit zu einer nachhaltigen Gestaltung unserer Umwelt.
Weitere Details zu den Projekten gibt es im englischsprachigen Blog unter „Artificial intelligence makes a splash in efforts to protect Alaska’s ice seals and beluga whales“
Ein Beitrag von Pina Meisel
Communications Manager AI & Innovation
