Ciência, conhecimento indígena e IA criam a mágica ambiental

Amanhece nos pântanos de Kakadu; o silêncio sombrio da noite dá lugar ao canto dos pássaros, enquanto os primeiros raios revelam a magia esmeralda da paisagem.

Reconhecido pela Unesco como patrimônio mundial, o Parque Nacional de Kakadu, no Território do Norte da Austrália, é um dos lugares mais bonitos da Terra e um recurso precioso para seus Proprietários Tradicionais*, que caçam, pescam e vivem lá há cerca de 65.000 anos.

É também o local de um projeto inovador, que reúne conhecimento indígena, pesquisa científica e inteligência artificial em uma solução pioneira e adaptável de cogerenciamento, criando uma nova estrutura para a maneira como as comunidades indígenas do mundo podem proteger o meio ambiente e preservar a biodiversidade.

A biodiversidade está enfrentando inúmeras ameaças, que provocam extinção de espécies e perdas de ecossistemas a taxas alarmantes.

A análise revela que a maioria dos ecossistemas vitais e espécies ameaçadas do planeta é gerenciada em terras pertencentes a povos indígenas. Quarenta e cinco por cento das áreas protegidas na Austrália são gerenciadas por populações indígenas.

O projeto País Saudável em andamento em Kakadu reúne o Conselho de Administração de Kakadu, copesquisadores de Bininj e guardas indígenas, CSIRO, Microsoft, Parks Australia, Programa Nacional de Ciência Ambiental da Austrália do Norte (NESP), Universidade da Austrália Ocidental (UWA) e Universidade Charles Darwin (CDU). Juntos, eles têm um teste em andamento que está transformando a maneira como o ambiente é gerenciado.

As áreas pantanosas de Kakadu são um dos últimos refúgios para várias espécies australianas protegidas, como os gansos magpie, considerados um indicador de “país saudável” pelos Proprietários Tradicionais. Mas espécies invasoras, como o capim para, uma cultura forrageira introduzida no ambiente, que se tornou uma erva agressiva e de rápido crescimento em Kakadu, estão substituindo as plantas nativas e reduzindo o habitat de gansos magpie, patos e tartarugas.

O projeto País Saudável concentrou-se na identificação das melhores maneiras de controlar e erradicar as ervas daninhas e trazer de volta ao país os gansos magpie, patos e tartarugas. E está funcionando.

IA acelera o cogerenciamento adaptável

O norte da Austrália pode ser um dos lugares mais impressionantes do mundo – mas é um ambiente desafiador, onde ciclones e inundações mudam para terra seca durante metade do ano. Guardas florestais e cientistas, cujo trabalho é viajar por Kakadu para obter dados ambientais, também estão plenamente conscientes de que as hidrovias estão cheias de crocodilos, que búfalos e porcos selvagens vagam pela paisagem e que há apenas recursos limitados para apoiá-los.

Os dados coletados no passado foram um pouco limitados, e colocá-los nas mãos das pessoas capazes de agir em relação a eles é um processo demorado.

O projeto País Saudável obtém grandes quantidades de dados dos drones, controlados pelos Proprietários Tradicionais. A inteligência artificial, que combina conhecimento indígena e pesquisa científica, interpreta esses dados, fornecendo informações em tempo quase real para os guardas florestais que gerenciam o parque.

O professor Michael Douglas, líder do Centro de Recursos Ambientais da Austrália do Norte e membro do Conselho de Kakadu, enfatiza: “A necessidade de boas informações para nos ajudar a gerenciar essas paisagens só está aumentando. Os desafios das mudanças climáticas e as ameaças de ervas daninhas e animais selvagens e de fogo estão piorando a cada ano. Os recursos que temos para responder a esses acontecimentos estão ficando cada vez menores. Então, temos que trabalhar de maneira mais inteligente.

“Temos que fazer mais com os recursos limitados que temos, e a IA da Microsoft pode realmente fazer uma enorme diferença por lá.”

E o projeto foi estabelecido para garantir que essa IA seja verdadeiramente responsável e ética.

Douglas explica que antes de embarcar no projeto País Saudável, a equipe passou 18 meses identificando o que os Proprietários Tradicionais viam como altas prioridades para a pesquisa no Parque Nacional de Kakadu, concentrando-se nos indicadores de conhecimento indígena para um país saudável sobre ervas daninhas, fogo e animais selvagens e desenvolvendo o trabalho já em andamento para gerenciar as zonas ribeirinhas de Kakadu, que incluem seus rios e várzeas.

Segundo o dr. Justin Perry, cientista da CSIRO, os valores indígenas estão na frente e no centro do projeto. Eles orientam todas as ações de monitoramento e gerenciamento.

Os dados coletados e as percepções resultantes revelam aos guardas florestais e cientistas como suas respostas aos problemas ambientais estão funcionando, permitindo a melhoria contínua.

Douglas acrescenta: “Para mim, esse projeto reúne 20 anos estudando o capim para e a ameaça que representa para as várzeas, mas pela primeira vez estamos realmente fazendo algo a respeito. Portanto, conseguimos remover completamente o capim para de uma parte realmente importante das planícies de inundação de Kakadu”, diz ele.

Revolução na pesquisa

Douglas diz: “A IA da Microsoft vai revolucionar a maneira como pesquisamos e gerenciamos os ambientes do Norte da Austrália. Isso significa que podemos coletar mais dados do que já conseguimos no passado. Podemos acessar locais e em épocas do ano que não poderíamos anteriormente. Mas também significa que podemos coletar esses dados com muito mais segurança.”

A IA da Microsoft também está removendo a necessidade de as pessoas revisarem fisicamente milhares de horas de vídeo para contar animais e identificar o capim para em seus diferentes estados (queimado, úmido, crescente, morto). Em vez disso, o CustomVision AI, treinado com aprendizado de máquina, interpreta as imagens do drone.

Os resultados e análises são então disponibilizados aos guardas florestais por meio de um painel em um dispositivo móvel para apoiar a tomada de decisões no local.

A dra. Cathy Robinson, pesquisadora da CSIRO, enfatiza que não é apenas a velocidade de transmissão das informações que é crítica, mas também a abordagem ética adotada pelos povos indígenas que lideram o processo, garantindo que seu conhecimento seja tratado de maneira apropriada e produzindo resultados em um ambiente de cogestão adaptável.

“Essa é a essência da IA ​​responsável… certificando-se de que beneficiamos os povos indígenas e seus conhecimentos em cada etapa do processo.

“Este é um projeto muito, muito importante. Permitimos que a IA se sente ao lado do conhecimento indígena, para fundamentar abordagens adaptáveis para cuidar dessa terra.

“A IA tem uma visão do céu, pelos drones. Nós os juntamos e pensamos sobre o design dessa plataforma, para que seja utilizável pelos povos indígenas. Em todas as partes desse processo, tivemos que garantir que o conhecimento indígena fosse protegido, que seja usado adequadamente para orientar as decisões de gestão e que desenvolvemos ciência, incluindo a IA, para que possamos fazer isso juntos, a fim de obter resultados saudáveis ​​para o país.”

Trabalhando com o pessoal de Bininj no processo de pesquisa liderado pelos indígenas, o projeto combina a IA com o conhecimento indígena para orientar o cogerenciamento adaptável. Diz Robinson: “Então, o que significa cogestão adaptável? Significa que estamos construindo a base de evidências para tomar melhores decisões. Temos que tomar essas decisões juntos, e precisamos construir uma base de evidências diferente para ajudar nisso.”

Robinson também está convencido do potencial global do trabalho em andamento em Kakadu. “Em todo o mundo, os povos indígenas estão lidando com algumas questões bastante desafiadoras. O planeta está sob pressão, e grande parte desse planeta é de propriedade de povos indígenas, particularmente áreas que possuem ativos de alta biodiversidade. Espécies ameaçadas, ecossistemas importantes, pontos fabulosos de patrimônio cultural”, todos que precisam de gerenciamento eficaz e sensível.

Com isso em mente, a estrutura de cogerenciamento adaptável é de código aberto e está disponível no GitHub, permitindo que a solução seja usada internacionalmente.

IA responsável, governança ética dos dados

A IA que interpreta os dados coletados por drones foi construída com o aconselhamento e orientação dos Proprietários Tradicionais em relação ao que é importante para eles do ponto de vista do gerenciamento da terra.

Isso pode ser uma informação sobre a presença ou ausência de animais. Pode ser uma informação sobre a condição de diferentes tipos de gramíneas ou árvores. Isso alimenta os modelos de IA desenvolvidos para interpretar os dados.

Os resultados e análises são entregues aos guardas florestais em um painel do Power BI que foi projetado em parceria com os Proprietários Tradicionais com base em seus valores culturais e na estação. Os guardas podem usar o painel para apoiar a tomada de decisões, independentemente de onde eles estejam.

A solução foi construída com várias camadas de privacidade, pois alguns dos sites em que os drones coletam dados são locais sagrados para os Proprietários Tradicionais e, como tal, as imagens e os dados desses sites precisam ser adequadamente protegidos.

A plataforma possui três anéis de gerenciamento e governança de dados. O anel de dados mais interno é restrito aos Proprietários Tradicionais, guardas florestais e idosos indígenas que identificam quais dados podem ser disponibilizados para o segundo anel.

Os dados no segundo anel podem ser acessados por pesquisadores e parceiros de colaboração. O anel mais externo contém dados que podem ser disponibilizados para consumo público.

O engenheiro de aprendizado de máquina da Microsoft Austrália, Steve van Bodegraven, diz que a plataforma País Saudável é um exemplo de IA responsável e ética.

“Tudo é liderado por povos indígenas com conhecimento indígena e sua permissão. Não é a primeira vez que a tecnologia precisa resolver problemas de privacidade e segurança. Podemos voltar para informações publicamente identificáveis, detalhes do seu cartão de crédito e seu endereço. Do ponto de vista da tecnologia, é muito semelhante a isso.”

Neste projeto, “estamos resolvendo como aplicamos essas mesmas verificações e controles de qualidade ao conhecimento indígena”.

De acordo com van Bodegraven, o desenvolvimento de uma estrutura de cogerenciamento de código aberto usando IA responsável e gerenciamento ético de dados tem enormes implicações para o gerenciamento de outros ambientes em todo o mundo. Embora os modelos de IA usados para interpretar os dados precisem ser modificados para outros ambientes, usando o aprendizado de máquina para explicar diferentes flora, fauna e paisagens, a estrutura subjacente seria aplicável globalmente.

Gansos magpie retornam

Em Kakadu, um drone sobrevoa a paisagem comandado por um guarda indígena, seguindo um padrão de grade. Os dados do drone são baixados, armazenados em um arquivo e sincronizados com o Azure. Usando os notebooks Jupyter baseados no Azure, os cientistas constroem modelos que interpretam os dados levando em consideração o conhecimento indígena do meio ambiente e as diferentes estações do ano.

Quanto mais dados são coletados, maior a oportunidade de refinar e melhorar os algoritmos de IA.

No futuro, sensores adicionais serão implantados (multibanda/LiDAR) para coletar mais dados e fornecer opções adicionais para classificar a paisagem e fornecer ainda mais insights aos guardas florestais.

O CustomVisionAI é usado para revisar o vídeo coletado por drones e identificar plantas e animais. Possui dois modelos operacionais, com mais dez a serem seguidos; o Machine Learning Service associado tem um modelo e outro será adicionado.

Os insights da análise são disponibilizados pelo Power BI em um painel de autoatendimento.

Van Bodegraven explica que o painel de autoatendimento – que está sendo aprimorado continuamente – combinado com a crescente coleta de dados baseada no Azure permite que os guardas florestais se concentrem em um único poço de água e o explorem centímetro por centímetro. Eles podem digitalizar uma área mais ampla e monitorar o ambiente mês a mês, medidor a medidor.

“Podemos voltar a dezembro do ano passado para ver como era. Avançar rápido para março deste ano. Avançar rápido para setembro. Avançar para dezembro novamente e ver como a terra mudou ao longo do tempo. Se os animais mudaram com o tempo”, diz ele.

“Depois, apresentar as informações das atividades que aplicamos à terra. A pulverização e a queima são dois exemplos comuns. Quando essas ações foram aplicadas à terra, como a terra mudou como resposta? Em seguida, coletar esses dados para obter um resultado cíclico. Aplicamos essa ação à terra. Foi assim que ela respondeu. Como isso está acontecendo ao longo das estações? Como isso afeta as atividades longitudinais da terra?”

Como se vê, está tendo um efeito muito positivo, diz Justin Perry da CSIRO.

“Estamos controlando o capim, que é uma erva invasora em áreas pantanosas. O objetivo é trazer de volta importantes valores ambientais culturais e sociais. Isso inclui, nesse caso, analisar como os gansos apanhados retornam a esses sistemas depois de termos feito a intervenção de gerenciamento.

“A IA da Microsoft nos permitiu acelerar o impacto deste projeto.”

Após um cuidadoso manejo de um ano, incluindo a pulverização da erva daninha, as plantas nativas retornaram. O mesmo acontece com os gansos magpie, patos e tartarugas.

Perry diz: “Vimos quase mil gansos magpie voltando a este pantanal. Os gansos foram identificados como um dos principais valores para Bininj e são uma parte realmente importante da ecologia do norte da Austrália. Portanto, quanto mais áreas pudermos começar a recuperar seu estado natural e permitir que esses pássaros maravilhosos retornem a essas áreas, melhor será”.

(*) Na Austrália, são chamados Proprietários Tradicionais os descendentes de tribos ou grupos étnicos que ocupavam uma região específica antes da colonização europeia, especialmente quando essa ocupação é reconhecida pela lei australiana.