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SpaceCows: IA, tecnología espacial y la nube para proteger el Top End

Un búfalo salvaje puede pesar 1,200 kg (2,645 libras) y medir 188 centímetros (6 pies 2 pulgadas) en el hombro. Son animales enormes e impredecibles, y aunque Crocodile Dundee pudo sostenerle la mirada a uno en una película, en la vida real son mucho más peligrosos para las personas y el medio ambiente.

Introducido por agricultores pioneros en el extremo norte de Australia en el siglo XIX, el búfalo se volvió salvaje a mediados del siglo XX cuando se abandonaron los asentamientos y se soltó el ganado.

Hoy en día, los animales salvajes, tanto búfalos como ganado, son una gran amenaza para la ecología y la economía del norte de Australia, que se conoce como el Top End (Extremo Superior). Se invierten millones de dólares en programas de gestión de animales salvajes, pero se investiga un nuevo enfoque que reúne sobre el terreno el conocimiento indígena, la tecnología espacial y la inteligencia artificial con el objetivo de crear el sistema de gestión remota de rebaños más grande del mundo.

Toma aérea del paisaje que muestra daños ocasionados por búfalos
El daño causado por el búfalo salvaje es generalizado

Microsoft ha trabajado con CSIRO en la innovadora iniciativa: desarrollar algoritmos de inteligencia artificial y canalizaciones de aprendizaje automático que actuarán como las bases digitales del programa. Esto tiene como objetivo generar nuevas oportunidades económicas, ambientales y culturales, así como crear “mejores prácticas” respaldadas por pruebas para la gestión de grandes rebaños mediante la inteligencia artificial y la tecnología espacial.

Daños ocasionados por búfalos en tierra
Las manadas salvajes pueden dañar la tierra

El programa de gestión SmartHerd es una iniciativa de cuatro años de 4 millones de dólares australianos (2.9 millones de dólares estadounidenses) dirigida por la agencia científica nacional de Australia, CSIRO. SmartHerd verá más de mil vacas y búfalos no manejados rastreados de manera electrónica a través de etiquetas de rastreo satelital GPS.

En un programa denominado SpaceCows, los animales serán rastreados en un área combinada de más de 22 mil kilómetros cuadrados, que abarca la cuenca del pantano Arafura en Arnhem Land en el Territorio del Norte, y Upper Normanby y Archer River en la península de Cape York en Queensland.

En lugar de utilizar tecnología inalámbrica convencional, que no se presta a la topografía natural y al entorno hostil del extremo norte de Australia, los datos de las etiquetas se recopilarán a través de la constelación de 25 nanosatélites IoT de Kinéis, a 650 km de altitud y Microsoft Azure.

La inteligencia artificial interpretará los datos y proporcionará pronósticos a los guardabosques indígenas mediante los paneles de Power BI. Esto permitirá a los guardabosques tomar acciones específicas para controlar a los animales problemáticos con el fin de proteger el medio ambiente y los sitios culturales importantes. Este enfoque también crea oportunidades económicas al permitir la recolección y venta éticas de ganado salvaje.

Una extensión de la asociación de IA Healthy Country con CSIRO, que ya ha ayudado a proteger a los gansos urraca en el Parque Nacional Kakadu y a las tortugas en peligro de extinción que anidan en el Cabo York, el proyecto SpaceCows es una asociación entre CSIRO, Microsoft, la Alianza para la Gestión de Tierras y Marinas Indígenas del Norte de Australia (NAILSMA por sus siglas en inglés), la empresa de IoT satelital Kinéis, la Universidad James Cook, Mimal Land Management Aboriginal Corporation, Aak Puul Ngangtam, Normanby Land Management y la Universidad Charles Darwin.

Enfoque ético

El proyecto cuenta con el apoyo de la iniciativa Smart Farming Partnership, a través de la financiación del Programa Nacional de Cuidado de la Tierra del Gobierno de Australia, y se centra en la creación de una hoja de ruta para ayudar a la administración de rebaños no gestionados en tierras indígenas. Además de apoyar la capacidad local en el terreno en la recolección y manejo éticos de ganado salvaje y búfalos, el programa desarrollará un programa de capacitación y educación acreditado, para ampliar las habilidades digitales y las oportunidades de empleo en el país para los pueblos indígenas.

El doctor Andrew Hoskins, científico investigador en CSIRO dice; “La clave para hacer esto de manera eficiente y económica es utilizar una tecnología de radio basada en satélites.

Con nuestros socios tecnológicos, construimos etiquetas auriculares conectadas por satélite que luego envían la ubicación, actividad, temperatura, humedad, algunos otros bits de metadatos, y luego transmiten esa información a través del sistema de IoT satelital de Kinéis.

La clave del éxito de la iniciativa SpaceCows son las herramientas de apoyo a la toma de decisiones que se diseñarán para respaldar una reunión eficiente y tener en cuenta los valores ambientales, culturales y económicos.

Hoskins dice que esto requerirá que los datos ambientales de una variedad de fuentes de datos de detección remota se interpreten a fin de comprender por completo cómo se mueven los rebaños por el paisaje. Armado con esa información, CSIRO quiere desarrollar una herramienta de proyección cercana que permita a las personas proponer diferentes escenarios de gestión y poder tener una idea del costo y el rendimiento de cada uno de esos escenarios.

Es una empresa enorme con una gran promesa a largo plazo y las primeras fases del trabajo están muy avanzadas.

Imagen de ejemplo gráfico de cambios de la densidad de búfalos
La densidad de búfalos cambia con el tiempo

Cimientos digitales

CSIRO y Microsoft trabajan en los algoritmos de IA y crean canales de aprendizaje automático, además de sentar las bases para la plataforma digital subyacente para SpaceCows.

Para entrenar el sistema, Microsoft y CSIRO han usado datos de un proyecto anterior que durante 18 meses rastreó el movimiento de 22 búfalos salvajes en Arnhem Land.

El uso de los datos del movimiento de los animales para crear distribuciones observadas, y luego su intersección con los datos ambientales, incluido el clima, ha permitido el desarrollo de una serie de modelos que reflejan los datos.

CSIRO confía en que el trabajo que ha realizado con los datos de prueba podrá escalar una vez que se etiqueten las mil cabezas de ganado en el proyecto SpaceCows.

Erin Graham, investigadora de CSIRO, agrega que el alcance geográfico de Azure es importante para apoyar a los científicos involucrados en el programa que se encuentran en toda Australia. Azure también es compatible con los ingenieros espaciales de Microsoft con sede en Canberra y Adelaide, que trabajan para encontrar una forma de eliminar las nubes de las imágenes de satélite que, de otro modo, podrían ocultar los detalles terrestres necesarios para el proyecto.

Búfalos salvajes moviéndose por la tierra
Los búfalos salvajes se mueven por la tierra, dañándola en el proceso. Crédito de la foto Seth Seden

Según Lynn McDonald, líder de Azure Space en Microsoft Australia; “Este es un ejemplo importante de cómo un mayor acceso a las tecnologías habilitadas por el espacio puede tener un efecto positivo en los desafíos ambientales críticos en Australia.

“Azure Space se centra en hacer que la conectividad y los datos de los satélites sean cada vez más accesibles para nuestros clientes en todas las industrias, incluidas la agricultura, la energía, las telecomunicaciones y el gobierno. Azure Space incluye una variedad de tecnologías, servicios e innovación de Azure adaptados a las necesidades de la comunidad espacial y sus clientes”.

Steve van Bodegraven, de IA para inteligencia y monitoreo ambiental en Microsoft Australia, explica que Azure Machine Learning, Azure Synapse Analytics y Azure Blob Storage se combinan para crear las bases digitales para el programa SpaceCows, mientras que el proyecto también aprovecha los aprendizajes del programa Healthy Country AI. Él añade:

Es un programa pionero que combina inteligencia artificial y ciencia responsables con conocimientos indígenas y resuelve problemas complejos de gestión ambiental en lugares del norte de Australia.

En el futuro, los aprendizajes de este programa de trabajo podrían alimentar otras iniciativas diseñadas para abordar otros desafíos relacionados con los animales salvajes que plantean los burros, las cabras y los cerdos.

Imagen de SpaceCows contenidas por vallas
Ganado salvaje contenido por vallas. Crédito de la foto Seth Seden

Los investigadores también exploran cómo la capacidad de la Computadora Planetaria de Microsoft, que combina datos ambientales globales con API intuitivas, podría ayudar a acelerar el desarrollo de soluciones sobre el terreno.

Graham explica que en esta aplicación; “Queremos poder desplegar a los guardaparques en el terreno para que puedan tomar decisiones casi en tiempo real. Tener todo en Azure en definitiva ayuda con eso”.

“Además, es muy robusto en términos de con qué está integrado. Así que habla con las herramientas que ya usamos, los repositorios de Git y nuestro paquete estadístico Universe… lo que hace que las cosas sean mucho más rápidas de desarrollar y más flexibles para nosotros”.

Azure tampoco tiene ningún problema con la intensidad computacional del proyecto, por ejemplo, el desarrollo de índices de vegetación que reflejen la densidad o escasa vegetación de un área, información importante tanto para predecir el movimiento de ganado como para planificar las acciones de los guardabosques. Los índices se calculan a través de una enorme base de datos de casi 200 gigabytes de datos sin procesar que se han ingerido con éxito en Azure.

Este tipo de análisis profundo es fundamental para la creación de un gemelo digital del paisaje que CSIRO aprovechará para ayudar a los guardabosques a manejar las vacas salvajes y los búfalos en el extremo superior.

Imagen de guardabosques que monitorea búfalos salvajes
Los guardabosques vigilan de cerca al ganado salvaje. Crédito de la foto Seth Seden

Agencia indígena

Graham dice que los modelos ya se han desarrollado al utilizar los datos de muestra que muestran cómo se mueven los búfalos individuales, por lo general cinco kilómetros por día, aunque solo un kilómetro en línea recta. “Con el tiempo, nos gustaría empezar a utilizar los datos para predecir las distribuciones de todo el rebaño. Y una serie de tiempo de dónde podría estar la manada en diferentes épocas del año”, agrega.

Hoskins dice que el enfoque se trasladará a la experiencia del usuario para las personas que interactúan con los datos y los modelos para que el sistema proporcione información útil.

Guardabosques Cliff Harrigan
Guardabosques Cliff Harrigan. Crédito de la foto Seth Seden

Según Graham; “Podemos superponer con otros conjuntos de datos. Entonces, por ejemplo, cuando los guardabosques buscan reunirse, no solo quieren saber dónde están los rebaños, sino que también quieren saber, ¿Podemos llegar allí? ¿Hay un área plana cercana donde podamos colocar vallas para la reunión? ¿Pueden llegar los camiones para sacar a los animales? ¿Podrán los guardabosques llegar allí para capturarlos? ¿Hay suficientes animales para que sea rentable llegar allí? ”

Una vez que ese nivel de detalle se pueda entregar a los guardaparques a través de un panel de Power BI fácil de usar, será posible programar expediciones de recolección éticas y económicas que reduzcan el costo ambiental y cultural del ganado salvaje y búfalos, y también crear oportunidades económicas para comunidades locales para vender los animales cosechados.

Las comunidades locales también podrían priorizar la actividad de los guardabosques a través de su comprensión de la amenaza que representan los animales salvajes para el medio ambiente local y los sitios culturales importantes.

Hoskins agrega que; “El sueño es tener herramientas de apoyo a la toma de decisiones configuradas para que el backend y el procesamiento analítico se ejecuten con la suficiente rapidez para que alguien pueda sentarse allí y mirar esta visualización de su propiedad y decir: ‘Bueno, ¿Qué pasa si intento mi reunión aquí? ¿Qué sucede si hago esto aquí o muevo las cosas de esta manera? ¿Cuáles son los resultados probables? ”

“Ahí es donde hablamos de las herramientas de escenarios, porque lo único que no queremos que suceda con estas herramientas es que sean algo que solo le diga a la gente que aquí es donde uno va y esto es lo que hace. Porque eso no funciona.

Eso nunca funciona en el terreno, eso no te permite traer las experiencias únicas que los administradores de tierras que trabajan en la tierra tienen de su propiedad y cómo pueden funcionar las cosas.

Asegurar que la agencia de los guardabosques y las comunidades locales sea respetada y preservada es fundamental para el éxito sostenido del programa. Los paneles de Power BI les proporcionarán información sin precedentes sobre el movimiento de animales salvajes y sus mejores oportunidades para gestionarlos, pero la toma de decisiones final se dejará a los guardabosques y las comunidades locales.

También se alentará a las personas locales a que agreguen datos y conocimientos adicionales sobre el terreno al proyecto, lo que garantizará que el gemelo digital esté optimizado por completo y entregue su máximo potencial.