Ciencia, conocimiento indígena e IA forman el tejido de la magia ambiental

Amanece en los humedales de Kakadu; el oscuro silencio de la noche da paso al canto de las aves conforme los primeros rayos revelan la magia esmeralda del paisaje.

El Parque Nacional Kakadu, declarado Patrimonio de la Humanidad, en el Territorio Norte de Australia es uno de los lugares más hermosos en la Tierra y un recurso precioso para sus dueños tradicionales que han cazado, pescado y vivido en esa tierra durante unos 65 mil años.

También es el sitio de un innovador proyecto, que entrelaza el conocimiento indígena, la investigación científica y la inteligencia artificial en una solución de cogestión pionera y adaptiva, para crear un nuevo marco de trabajo para una manera en la que las comunidades indígenas pueden proteger el medio ambiente y preservar la biodiversidad.

La biodiversidad enfrenta numerosas amenazas en el mundo, lo que causa extinciones de especies y pérdidas en el ecosistema a una tasa alarmante.

Análisis revelan que la mayoría de los ecosistemas vitales y especies amenazadas del planeta están gestionadas en tierras que son propiedad de los indígenas. Cuarenta y cinco por ciento de las áreas protegidas en Australia están gestionadas por las poblaciones indígenas.

El proyecto Healthy Country, en curso en Kakadu, reúne al Consejo de Administración de Kakadu, a los coinvestigadores y guardas indígenas Bininj, CSIRO, Microsoft, Parks Australia, al Programa Nacional de Ciencias del Medio Ambiente del Norte de Australia (NESP, por sus siglas en inglés), a la Universidad de Australia Occidental (UWA, por sus siglas en inglés) y a la Universidad Charles Darwin (CDU, por sus siglas en inglés). Juntos, tienen una prueba en marcha que ha comenzado a transformar la manera en que el medio ambiente es gestionado.

Los humedales de Kakadu son uno de los últimos refugios para una cantidad de especies australianas protegidas, como los gansos urraca que son considerados un indicador clave de un ‘país saludable’ por los dueños tradicionales. Pero las especies invasivas como el pasto pará, un cultivo de forraje introducido que se ha convertido en una agresiva hierba de rápido crecimiento en Kakadu, han comenzado a desplazar a las plantas nativas y a reducir el hábitat para los gansos urraca, patos y tortugas.

El proyecto Healthy Country se ha enfocado en identificar las mejores maneras de controlar, luego erradicar al pasto pará y traer de vuelto al país a los gansos urraca, patos y tortugas. Y ha comenzado a funcionar.

La IA acelera la cogestión adaptiva

El norte de Australia puede ser uno de los lugares más asombrosos del planeta – pero es un entorno desafiante donde los ciclones y las inundaciones cambian a la sequía durante la mitad del año. Los guardas del parque y los científicos cuyo trabajo es viajar a Kakadu para obtener datos ambientales también están conscientes por completo de que las vías fluviales están llenas de cocodrilos, que los búfalos y los cerdos salvajes deambulan por el lugar, y que sólo hay recursos limitados para apoyarlos.

Los que los datos han recolectado en el pasado ha sido de alguna manera limitado, y ponerlos en las manos de las personas que pueden actuar sobre ellos es un proceso que consume mucho tiempo.

En cambio, el proyecto Healthy Country obtiene grandes cantidades de datos de drones, controlados por los dueños tradicionales. Luego, la inteligencia artificial que combina el conocimiento indígena y la investigación científica interpreta esos datos, para brindar información de valor casi en tiempo real a los guardas que manejan el parque.

El profesor Michael Douglas, líder del centro NESP de Recursos Ambientales del Norte de Australia y miembro de la junta directiva de Kakadu recalca que; “La necesidad por buena información para ayudarnos a manejar estos paisajes se incrementa. Los desafíos del cambio climático y las amenazas de hierbas e incendios y los animales salvajes empeoran cada año. Los recursos con los que contamos para responder a esto cada vez son menos. Así que tenemos que trabajar de manera más inteligente”.

“Tenemos que hacer más con los limitados recursos que tenemos, y Microsoft AI puede hacer en verdad una enorme diferencia ahí”.

Pero el proyecto se ha decidido a garantizar que la IA sea en verdad responsable y ética.

Douglas explica que antes de embarcarse en el proyecto Healthy Country, el equipo pasó 18 meses en identificar lo que los dueños tradicionales vieron como altas prioridades por investigar en el Parque Nacional Kakadu, enfocados en los indicadores del conocimiento indígena para un país saludable en referencia a hierbas, incendios y animales salvajes, y basados en trabajos que ya estaban en curso para manejar la zonas ribereñas de Kakadu, que incluyen ríos y llanuras aluviales.

De acuerdo con el doctor Justin Perry, científico de investigación en CSIRO, los valores indígenas son primordiales para el proyecto. Dirigen todas las acciones de monitoreo y gestión.

Los datos recolectados y la información de valor resultante revelan a los guardas y científicos qué tan bien funcionan sus respuestas a los problemas ambientales, lo que permite una mejora continua.

Douglas agrega; “Para mí, este proyecto reúne 20 años de estudiar al pasto pará, y la amenaza que representa para las llanuras aluviales, pero por primera vez en verdad hemos comenzado a hacer algo al respecto. Así que, hemos logrado eliminar por completo el pasto pará de una parte muy importante de las llanuras aluviales de Kakadu”, comentó.

Y los gansos urraca, los patos y las tortugas han comenzado a regresar

Douglas menciona; “Microsoft AI va a revolucionar la manera en que realizamos la investigación y la gestión de los ambientes del norte de Australia. Significa que podemos recolectar más datos de los que habíamos podido recolectar en el pasado. Podemos acceder a ubicaciones, y en algunas épocas del año que antes no lo podíamos hacer. Pero también significa que podemos recolectar esos datos de manera mucho más segura de lo que antes podíamos hacer”.

Microsoft AI también ha removido la necesidad de que las personas revisen de manera física miles de horas de video para contar animales e identificar pasto pará en sus diferentes estados (quemado, húmedo, en crecimiento, muerto). En su lugar, CustomVision AI, entrenado con aprendizaje automático, interpreta el material filmado por los drones.

Los resultados y análisis luego son puestos a disposición de los guardas a través de un tablero en un dispositivo móvil para apoyar su toma de decisiones en el lugar.

La doctora Cathy Robinson es científica de investigación en CSIRO y destaca que no es sólo la velocidad a la que se puede transmitir la información lo que es crítico, también lo es el enfoque ético que ha sido adoptado con los pueblos indígenas que lideran el proceso, lo que garantiza que su conocimiento es manejado de una manera apropiada y produce resultados que son apoyados por los pueblos indígenas en un entorno de cogestión adaptiva.

“Esta es la esencia de la IA responsable… garantizar que beneficiamos a los pueblos indígenas, y a su conocimiento, a través de cada paso del camino”.

“Este es un proyecto en verdad único. Hemos permitido que la IA se siente junto al conocimiento indígena, para informar enfoques adaptivos para el cuidado de esta tierra”.

“La IA ha tomado una vista desde el cielo, a través de los drones. Hemos entrelazado esto y hemos pensado sobre ese diseño de plataforma, para que sea de utilidad para los pueblos indígenas. En cada parte de ese proceso, nos hemos asegurado que el conocimiento indígena está protegido de manera apropiada. Que el conocimiento indígena es utilizado de manera apropiada para guiar a las decisiones de gestión, y que entrelazamos la ciencia, incluida la IA, para que podamos hacer esto juntos, para entregar resultados de un país saludable”.

Trabajar con el pueblo Bininj en el proceso de investigación del proyecto liderado por los indígenas fusiona la IA con el conocimiento indígena para guiar una cogestión adaptiva. Robinson comenta; “¿Entonces qué significa la cogestión adaptiva? Significa que construimos la base de evidencia, para tomar mejores decisiones. Tenemos que tomar esas decisiones juntos, y tenemos que construir una base de evidencia diferente para ayudar en eso”.

Robinson también está convencido del potencial global del trabajo en curso en Kakadu. “En el mundo, los pueblos indígenas se enfrentan a preguntas bastante desafiantes. Su planeta está bajo presión y mucho de ese planeta es propiedad de los pueblos indígenas, en particular áreas que tuvieron altos recursos de biodiversidad. Especies amenazadas, ecosistemas importantes, fabulosos lugares de herencia cultural”, todos los cuales necesitan una gestión efectiva y sensible.

Con esto en mente, el marco de trabajo de cogestión adaptiva es de código abierto y está disponible en GitHub para permitir que la solución sea utilizada a nivel internacional.

IA responsable, gobierno ético de datos

La IA que interpreta los datos recolectados por los drones ha sido construida con el consejo y guía de los dueños tradicionales en referencia a lo que es importante para ellos desde una perspectiva de la gestión de la tierra.

Podría ser Información sobre la presencia o ausencia de los animales. Podría ser información sobre la condición de diferentes tipos de pastos o árboles. Eso luego alimenta a los modelos de IA desarrollados para interpretar los datos.

Los resultados y análisis son entregados a los guardas a través de un tablero de Power BI que fue diseñado en asociación con los dueños tradicionales basados en sus valores culturales y la temporada. Los guardas pueden utilizar el tablero para apoyar su toma de decisión sin importar dónde estén ubicados.

La solución ha sido construida con varias capas de privacidad, dado que los sitios donde los drones recolectan datos son sitios sagrados para los dueños tradicionales, y por lo mismo, las imágenes y los datos de esos sitios necesitan ser protegidos de manera apropiada.

La plataforma cuenta con tres anillos de gestión de datos y gobierno de datos. El anillo de datos más interno está restringido a los dueños tradicionales, guardas y ancianos indígenas que identifica qué datos pueden estar disponibles para el segundo anillo.

Los datos en el segundo anillo pueden ser accedido por investigadores y socios de colaboración. El anillo más externo está conformado por datos que pueden estar a disposición para un consumo más público.

Steve van Bodegraven, ingeniero de aprendizaje automático en Microsoft Australia, comenta que la plataforma Healthy Country es un ejemplo de IA responsable y ética.

“Todo es liderado por los pueblos indígenas, con conocimiento y permiso de los indígenas. No es la primera vez que la tecnología ha necesitado afrontar problemas de privacidad y seguridad. Podemos voltear a la Información identificable de manera pública y los detalles de tu tarjeta de crédito o tu dirección. Desde una perspectiva tecnológica es algo muy similar a eso”.

En este proyecto “Se trabaja en cómo aplicamos esos mismos controles de calidad al conocimiento indígena”.

De acuerdo con van Bodegraven, el desarrollo de un marco de trabajo de cogestión de código abierto que utiliza IA responsable y gestión ética de datos tiene enormes implicaciones para la gestión de otros entornos alrededor del mundo. Mientras que los modelos de IA utilizados para interpretar los datos necesitarían ser modificados para otros entornos a través de aprendizaje automático para tener en cuenta diferentes flora, fauna y paisajes, el marco de trabajo subyacente sería aplicable a nivel mundial.

El ganso urraca regresa

En Kakadu, un dron es puesto a volar sobre el paisaje por un guarda indígena para seguir un patrón de red. Los datos del dron se descargan, se almacenan en un archivo y se sincronizan en Azure. Con los cuadernos Jupyter basados en Azure, los científicos de datos construyen modelos que interpretan los datos que toman en cuenta el conocimiento indígena del ambiente y sus diferentes temporadas.

Entre más datos sean recolectados, mayor es la oportunidad de refinar y mejorar los algoritmos de IA.

En el futuro, sensores adicionales serán implementados (multibanda/LiDAR) para recolectar más datos y brindar opciones adicionales para clasificar el paisaje y entregar aún más información de valor a los guardas.

CustomVision AI es utilizado para revisar el video recolectado por el dron y para identificar plantas y animales. Tiene dos modelos operativos con otros 10 por seguir; el servicio de aprendizaje automático asociado tiene un modelo y otro más será añadido.

La información de valor del análisis luego está disponible a través de Power BI en un tablero de auto servicio.

van Bodegraven explica que el tablero de auto servicio – que es refinado de manera continua – combinado con la creciente colección de datos basados en Azure permite a los guardas enfocarse en un solo pozo de agua y explorarlo centímetro a centímetro. Luego pueden escanear un área más amplia y monitorear el entorno mes a mes, metro a metro.

“Podemos regresar a diciembre de 2018 para ver cómo se veía. Luego avanzar a marzo de 2019. Luego a septiembre de 2019. Avanzamos luego a diciembre y vemos cómo ha cambiado la tierra con el tiempo. Si los animales han cambiado con el tiempo”, comentó.

“Luego introducimos la información de las actividades que hemos aplicado a la tierra. Así que el fumigado y la quema son dos ejemplos comunes. Cuando esas acciones han sido aplicadas a la tierra, ¿Cómo ha cambiado esta como respuesta? Luego recolectar los datos para obtener un resultado cíclico. Hemos aplicado esta acción a la tierra. Así es como ha respondido. ¿Cómo sucede esto entre estaciones? ¿Cómo afecta esto a las actividades longitudinales de la tierra?”

Resulta que, tiene un efecto bastante positivo, menciona Justin Perry de CSIRO.

“Controlamos el pasto pará, que es una invasiva hierba de los humedales. La meta es traer de vuelta importantes valores ambientales, culturales y sociales. En este caso, esto incluye ver cómo el ganso urraca regresa a estos sistemas después de que hemos realizado la intervención de gestión.

“Microsoft AI nos permitió acelerar el impacto de este proyecto”.

Después de una cuidadosa gestión de un año, que incluye fumigar la hierba de pasto pará, las plantas nativas han retornado. Igual que el ganso urraca, los patos y las tortugas.

Perry comenta, “Hemos visto casi mil gansos urraca más que han regresado a este humedal. Estos animales han sido identificados como uno de los valores clave para Bininj y son una parte en verdad importante de la ecología del norte de Australia. Así que, entre más áreas podamos comenzar a traer de vuelta a su estado natural y permitir que estas increíbles aves regresen a esas áreas, mejor estarán”.