Como um abutre em um zoológico de Berlim pode ajudar seus coespecíficos e seus habitats na Namíbia? Talvez possa servir de modelo e patrono para uma nova geração de marcas de animais.
O protótipo de um sistema de etiqueta animal inovador desenvolvido pelo Instituto Leibniz para Pesquisa em Zoológicos e Vida Selvagem (Leibniz-IZW) e o Instituto Fraunhofer para Circuitos Integrados (Fraunhofer IIS) completou seu voo inaugural em um abutre no Tierpark Berlin hoje. As etiquetas serão equipadas com inteligência artificial (IA) baseada em sensores, uma câmera, eletrônica com eficiência energética e tecnologia de comunicação baseada em satélite. Isso permitirá insights inteiramente novos sobre o mundo dos animais e seus habitats. As etiquetas detectam e transmitem o comportamento animal em tempo real e são, portanto, um sistema de alerta precoce para mudanças ecológicas.

Mudanças climáticas, extinção de espécies, pandemias – devido à influência humana, nosso planeta está mudando mais rápido do que podemos entendê-lo e protegê-lo. Para acompanhar o ritmo acelerado das mudanças ambientais, a pesquisa e a conservação ambiental devem abrir novos caminhos e abraçar o potencial dos mais recentes desenvolvimentos tecnológicos. Leibniz-IZW e Fraunhofer IIS estão, portanto, trabalhando juntos desde o início de 2022 em dois grandes projetos de pesquisa e desenvolvimento. Nos projetos GAIA-Sat-IoT (Guardian of the wild using Artifical Intelligence Applications and Satellite-based IoT Networks) e SyNaKI (Synergy of natural and artificial intelligence in the swarm), eles desenvolveram uma nova geração de etiqueta animal que permite significativamente insights mais rápidos e precisos sobre os ecossistemas.

Para isso, as etiquetas terão inovações significativas:em primeiro lugar, elas são divididas em duas partes, uma das quais é fixada nas costas dos urubus e registra dados de posição e aceleração, entre outros. O segundo módulo possui uma câmera e, portanto, fica no peito dos pássaros na frente. Ambas as partes estão conectadas e funcionam de mãos dadas. Isso é possível por uma segunda inovação:a IA integrada diretamente na etiqueta reconhece certos padrões comportamentais dos animais nos dados, classifica seu comportamento e, assim, gera informações valiosas diretamente na etiqueta. A câmera então tira fotos em momentos cruciais, que por sua vez são avaliados por outro sistema de IA. Por último, mas não menos importante, um novo link de comunicação baseado em satélite garantirá que as informações possam ser transmitidas diretamente da etiqueta para um satélite e para os cientistas, mesmo nos ecossistemas mais remotos.

"Estamos seguindo este caminho porque nos permite ver com muito mais precisão e rapidez o que está acontecendo em um ecossistema", diz o Dr. Jörg Melzheimer, chefe do projeto GAIA na Leibniz-IZW. "Estamos desenvolvendo nossas etiquetas de forma exemplar para uso em abutres no sul da África. Esses necrófagos têm incríveis habilidades sensoriais e inteligência, cada pássaro sozinho e juntos em um rastro. Eles encontram carniça com tremenda precisão e velocidade, tornando-os aliados ideais para nós ."

Por um lado, a ocorrência de carniça é uma circunstância completamente natural, mas mudanças críticas no ecossistema também podem ser detectadas a partir de irregularidades na ocorrência de carniça, por exemplo, o surto de doenças da vida selvagem. As etiquetas permitem detectar esses hotspots ecológicos locais quase em tempo real. "Nós projetamos os projetos GAIA como uma rede de inteligência animal, humana e artificial. Usamos a alta tecnologia e a inteligência evolutiva dos animais para identificar e resolver problemas ambientais prementes", diz Melzheimer.

O projeto e desenvolvimento do sistema de etiquetas de animais GAIA está sendo realizado em estreita cooperação entre especialistas em biologia e ecologia da vida selvagem, inteligência artificial, tecnologia de comunicação e tecnologia de sensores da Leibniz-IZW e Fraunhofer IIS. "O processamento dos dados por uma IA diretamente na etiqueta é um recurso fundamental, pois pode ser usado para decidir em tempo real quais dos dados coletados são relevantes o suficiente para enviar ao satélite", diz Dipl.-Inf. Nina Holzer, líder do grupo Multimodal Human Sensing e chefe do projeto GAIA-Sat-IoT no Fraunhofer IIS. "Enviar todos os dados coletados em tempo real é praticamente impossível, uma conexão via satélite não permite isso e consumiria muita energia."

Além disso, o design de tag dividida é uma novidade com seus próprios requisitos técnicos, relata Dipl.-Ing. Jürgen Ernst, engenheiro-chefe do Fraunhofer IIS e engenheiro-chefe do GAIA-Sat-IoT. "O módulo da câmera fica na frente do peito do abutre. Todos os outros sensores, bem como os processadores de IA e a fonte de energia solar, estão alojados na etiqueta na parte de trás. Ambos os componentes eletrônicos precisam funcionar juntos sem problemas e todos os sistemas também precisam ser perfeitamente adaptado à anatomia dos animais para que possa ser utilizado de acordo com os aspectos de bem-estar animal."

O Tierpark Berlin – um dos dois zoológicos da capital alemã – é um parceiro de cooperação indispensável do consórcio. Em uma fase inicial do projeto, os cientistas do GAIA e os tratadores do zoológico marcaram dois abutres de dorso branco no aviário do Tierpark com etiquetas comercialmente disponíveis, que registram dados de aceleração (ACC) e posições de GPS. Os dados do ACC fornecem uma visão muito precisa dos movimentos das etiquetas e dos animais. Ao mesmo tempo, os cientistas gravaram imagens do comportamento típico de abutres com uma câmera de vídeo. A combinação de dados de ACC e gravações de vídeo possibilitou treinar a inteligência artificial.

“Nos vídeos podemos identificar exatamente ao segundo quando a ave mostra qual comportamento típico e assim identificar padrões correspondentes nos dados do ACC”, explica Wanja Rast, especialista em IA da Leibniz-IZW. “Esses dados de treinamento são a base da IA, que no futuro realizará a classificação automatizada de comportamento diretamente na etiqueta de maneira muito eficiente e precisa em termos energéticos”. A IA ainda não foi implementada no protótipo atual e ainda está sendo desenvolvida com base em desktop com dados baixados, mas se tornará um ponto de venda exclusivo das novas tags de animais ao longo dos projetos.

"No projeto SyNaKI, também mapeamos a inteligência de enxame natural virtualmente em um enxame de microprocessadores", acrescenta o chefe do projeto SyNaKI, Felix Kreyß, do Fraunhofer IIS. "Ao fazer isso, permitimos a análise de dados distribuídos e baseados em IA diretamente no campo, em um rastro de abutres. Para conseguir isso, combinamos inteligência natural com artificial nas tags de animais, bem como abordagens de computação de ponta extrema".

Outro grande desafio no desenvolvimento das etiquetas é a transmissão eficiente e confiável de dados do animal para o usuário, por exemplo, os cientistas ou conservacionistas.

"Como a etiqueta deve ser usada no início do projeto para coletar dados de treinamento, a função de transmissão é atualmente (ainda) limitada. Na próxima etapa, desenvolveremos ainda mais o transmissor e integraremos a eletrônica de processamento de sinal de IA", diz Florian Leschka , Projeto de Sistema Líder de Grupo na Fraunhofer IIS. “Outra etapa de trabalho essencial é a integração de um poderoso módulo de rádio IoT via satélite no transmissor para garantir a transmissão subsequente das informações extraídas”.

Especialmente em áreas fora do alcance das infraestruturas de comunicação terrestre, é necessário o suporte de redes baseadas em satélite. Para permitir a transmissão direta do nó transmissor para o satélite, os especialistas da Fraunhofer estão desenvolvendo um sistema de comunicação baseado em uma tecnologia terrestre. Como resultado dos desenvolvimentos de Leibniz-IZW e Fraunhofer IIS, está sendo criada uma pequena etiqueta de animal que pré-processa e combina dados de forma inteligente e envia apenas informações ambientais relevantes por meio de um link de comunicação baseado em satélite. + Explorar mais

As áreas protegidas na África são muito pequenas para proteger as populações de abutres em rápido declínio