Ciência e Tecnologia

Com o uso da Inteligência Artificial, cientistas lutarão para preservar a Amazônia

O Instituto Alexander von Humboldt, o Instituto SINCHI, a Universidade dos Andes e a Microsoft usarão a tecnologia para proteger a natureza

Imágenes del proyecto Guacamaya.
Observação Imagens do projeto Guacamaya

A Amazônia - uma vasta região formada por nove países e um território ultramarino - abriga a maior floresta tropical do planeta, o que a torna única e irremovível. Seu valor natural é incalculável para a biodiversidade global e para o bem-estar humano, pois, além de ajudar a estabilizar o clima e o ciclo hidrológico mundial, gera serviços ecossistêmicos que sustentam a segurança alimentar, a água e a energia do planeta.

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Proteger e preservar seus 6,9 milhões de quilômetros quadrados de território - 6,5 milhões deles de florestas - que, de acordo com dados da WWF, abrigam 10% da biodiversidade mundial, 14% dos pássaros, 9% dos mamíferos e 8% dos anfíbios requer enormes esforços conjuntos e toda a ação coletiva, desde o conhecimento ancestral até a tecnologia mais sofisticada.

A biodiversidade da bacia amazônica e seu papel fundamental na luta contra as mudanças climáticas tornam esta região um dos grandes epicentros da pesquisa científica. No entanto, a vastidão do terreno, a dificuldade de acesso e a densidade da sua vegetação são verdadeiros desafios para a ciência.

Amazonia Reprodução/Metro Equador

Apesar disso, hoje, a tecnologia está contribuindo para impulsionar esta missão: modelos de Inteligência Artificial (IA) chegaram para complementar os rigorosos métodos científicos e o conhecimento tradicional. Uma sinergia impulsionada pelo Instituto Alexander von Humboldt e pelo Instituto SINCHI, o Centro de Investigação CinfonIA da Universidade dos Andes e o programa AI for Good da Microsoft, permitiu a colocação em marcha do Guacamaya, um ambicioso projeto apoiado em tecnologia de ponta para monitorar e conservar a Amazônia.

A iniciativa busca consolidar um modelo que tenha uma compreensão mais completa e ampla da Amazônia e que possa, simultaneamente, realizar um monitoramento permanente da floresta e da biodiversidade, identificar ameaças, gerar informações de valor para formular políticas públicas de conservação, apoiar projetos de produção sustentável e compartilhar o conhecimento. Tudo isso com serviços de Inteligência Artificial que tornam este modelo um guardião desta inestimável região do mundo.

"A capacidade de analisar grandes quantidades de dados é crítica, pois sabemos que é uma selva tropical que abrange países e milhões de quilômetros quadrados. Então, para ter uma visão global da Bacia Amazônica, realmente precisamos do poder da Inteligência Artificial e desses novos modelos. Além disso, para proteger a maior selva tropical do mundo dos efeitos das mudanças climáticas, deve haver um esforço conjunto de todos os países que têm um interesse na Amazônia. Realmente esperamos que os líderes da região e todos os nossos irmãos latino-americanos assumam este projeto como seu próprio ", diz o Professor Pablo Arbeláez Escalante, diretor do Centro de Pesquisa e Formação em Inteligência Artificial e professor associado da Faculdade de Engenharia da Universidade dos Andes.

“O projeto Guacamaya nos coloca num cenário em que a informação gerada pelos nossos cientistas será aproveitada pela Inteligência Artificial para encontrar soluções para a Amazônia em menos tempo, com menos recursos e mais precisão. Nosso conhecimento sobre a Amazônia será o respaldo para a IA. Temos séries de informações históricas que servirão para criar algoritmos a partir dos quais obteremos respostas oportunas sobre fenômenos determinados”, diz Luz Marina Mantilla Cárdenas, diretora-geral do Instituto SINCHI.

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Sons, fotos e imagens de satélite para a proteção dos ecossistemas

Os dados permitem o avanço da ciência e informam os esforços de conservação. Embora os institutos, as ONGs, os pesquisadores e a academia geralmente tenham uma grande quantidade de informação, a dificuldade reside no fato de que essas informações geralmente estão em silos, outras vezes não são interoperáveis (os dados estão armazenados em diferentes formatos e localizações, o que impede que possam ser usados juntos) ou as organizações não têm a capacidade de computação necessária para processá-los.

Para solucionar isso, Guacamaya alimentou-se da riqueza de informação que essas instituições possuem, refinou, limpou, padronizou e adicionou novas fontes de informação e criou modelos de inteligência artificial que permitem processar os dados de uma maneira muito mais eficaz e com um alto percentual de confiabilidade. Os algoritmos criados pela Universidade de Los Andes e Microsoft conseguiram otimizar processos desgastantes, na sua maioria manuais, permitindo aos cientistas ampliar e acelerar suas pesquisas. Em um modelo inovador, Guacamaya integra e processa três fontes de informação.

1. Informação bioacústica: Os dados bioacústicos são coletados usando dispositivos de gravação de som autônomos desenvolvidos em florestas tropicais e permitem monitorar e medir a biodiversidade animal de diferentes espécies. A bioacústica é comumente usada para detectar espécies e estimar sua abundância ou densidade. Quanto aos algoritmos de Guacamaya, eles permitem processar, em fração de tempo, milhares de horas de gravações e identificar qual o tipo de exemplares são - podendo chegar até sua idade e gênero - ou detectar a presença de outras ameaças como: sons de motosserras ou retroescavadeiras.

O sistema toma os espectrogramas - as expressões gráficas do som - determina quais sons correspondem ao ruído do ambiente, quais são espécies de interesse e quais são insetos. O grande valor do modelo é sua capacidade para detectar a fauna e classificar essas gravações, que geralmente exigem que um especialista ouça horas de áudio para encontrar onde há uma ocorrência ativa e, em seguida, um esforço para classificar o que corresponde ao som. O modelo Guacamaya permite que os pesquisadores processem 5 vezes mais informações no mesmo tempo.

2. Câmeras de armadilha: O monitoramento com câmeras de armadilha é a segunda fonte de informação usada pelo modelo. Essas câmeras são equipadas com sensores infravermelhos que se ativam quando um animal passa na frente delas, capturando imagens da fauna selvagem em seu habitat natural. Estes dados são cruciais, pois permitem coletar evidências fotográficas de espécies raramente vistas e frequentemente em perigo de extinção, tudo isso com pouco gasto, relativa facilidade e mínima perturbação à vida selvagem. Os pesquisadores usam essas câmeras para documentar a presença, abundância e mudanças na população da fauna, especialmente diante da degradação e destruição do habitat e para coletar dados básicos sobre a população de espécies tropicais onde muitas vezes era apenas possível fazer estimativas.

Uma única câmera dessas pode capturar até 300 mil fotos e sua observação, análise e categorização manual podem levar anos. O Departamento de Ciências Biológicas da Universidade dos Andes contribuiu com 110 mil imagens coletadas entre 2019 e 2023. Com o auxílio da tecnologia da Microsoft, os pesquisadores da Guacamaya treinaram um modelo que detecta quais imagens contêm animais e quais não. A solução consegue identificar com alta precisão 90% das imagens e apenas 10% das imagens precisam ser validadas manualmente. Assim, os cientistas podem analisar automaticamente dez vezes mais dados no mesmo período de tempo, o que permite realizar estudos muito mais amplos e precisos da fauna amazônica. A Guacamaya já está treinando, com Machine Learning, outro modelo para determinar que tipo de espécie é capturada pelas câmeras e ajudar não apenas a detectar, mas também a classificar a fauna.

3. Imagens de satélite: O terceiro componente busca identificar as áreas desmatadas com a ajuda de imagens de satélite. Esta tecnologia desempenhou um papel crucial na desaceleração da degradação florestal, que, segundo pesquisas científicas, é a principal causa da degradação da Amazônia, com números desanimadores que mostram uma perda de florestas que já ultrapassa 18%. Os avanços tecnológicos com imagens de alta frequência e alta resolução do Planet Labs NICFI permitem o monitoramento da degradação florestal nas florestas tropicais com uma frequência dez vezes maior e seu acesso é gratuito quando usado para fins de conservacão. Os algoritmos da Guacamaya poderão processar essas novas fontes de imagens de satélite de precisão e está sendo desenvolvido um algoritmo que corrige a captura de fotos de satélite de uma perspectiva mais precisa de medição das áreas devastadas, de modo que complemente as informações atuais de cobertura das florestas na região amazônica.

Com este modelo, processos manuais de análise de informações para a elaboração de relatórios sobre desmatamento, que antes demoravam até 18 meses, agora poderão ser obtidos em 10% desse tempo. Para fins acadêmicos e de pesquisa, assim como para a tomada de decisões das autoridades ambientais, é enormemente positivo.

"Esta iniciativa é uma oportunidade muito valiosa para unir a ciência e a tecnologia para uma gestão adequada da biodiversidade. O uso de câmeras armadilha, imagens de satélite e ferramentas de inteligência artificial fornecem dados e informações que apoiam a tomada de decisões informadas e a execução de uma política pública adequada", explica Diego Ochoa, Diretor de Relacionamento do Instituto Alexander von Humboldt.

Uma iniciativa aberta para contribuição global

O impacto desta iniciativa e a importância global que ela reveste convidam a unir todos os esforços possíveis. O código fonte dos modelos e a plataforma são de código aberto e estão disponíveis para qualquer centro de pesquisa, autoridade ambiental, organização ou cientista do mundo para que os use e contribua com novos dados, técnicas e estudos para a proteção da Amazônia.

"Estamos impulsionando a pesquisa em biologia para o próximo nível. Esta é uma solução pioneira na proteção do ecossistema com esses modelos de Inteligência Artificial", mas nossa ambição é que mais pessoas apropriem-se desta tecnologia, contribuam para o conhecimento e juntos criem novas soluções para um dos desafios mais urgentes que a humanidade enfrenta", disse Juan Lavista, Chief Data Scientist da Microsoft e diretor do Laboratório de IA para o Bem da Microsoft.

“A tecnologia deve estar a serviço dos grandes desafios da humanidade e um dos mais iminentes é a mudança climática. Criar ferramentas para acessar e usar informações sobre a Amazônia é fundamental para entender o que está levando à diminuição da floresta tropical e tomar medidas para evitá-lo, projetar medidas de restauração e medir como os ecossistemas estão se recuperando. A Guacamaya integra o que há de mais avançado em inteligência artificial e um conjunto de bens digitais públicos, dados abertos e modelos open-source para que os países da bacia amazônica possam adotá-los e, juntos, somarmos esforços para proteger este ecossistema vital para o planeta”, disse Fernando López Iervasi, Gerente Geral da Microsoft para a América Hispana.

E não se trata apenas da Amazônia, pois os algoritmos que impulsionam o modelo foram concebidos de forma a servir também a qualquer ecossistema. "A contribuição aberta será fundamental para treinar melhor cada modelo e transformá-lo em um guardião da Amazônia, que estará monitorando e entendendo 24 horas por dia, 7 dias por semana essa região vital", destaca Lavista.

Com o uso da Inteligência Artificial, eles lutarão para preservar a Amazônia

Sobre a Microsoft

A Microsoft é líder mundial em software, serviços e soluções que ajudam pessoas e empresas a alcançar seus objetivos. Desde 1975, quando criamos o primeiro sistema operacional de computador pessoal, a missão da Microsoft é permitir que as pessoas e os negócios façam mais.

Microsoft (Nasdaq "MSFT" @microsoft) habilita a transformação digital para a era da nuvem inteligente e do ambiente inteligente. Sua missão é capacitar cada pessoa e organização no planeta para que possam alcançar mais.

Sobre a Universidade dos Andes/CinfonIA

A Universidade dos Andes/CinfonIA é uma universidade privada localizada na cidade de Bogotá, na Colômbia. Fundada em 1948, a universidade é uma das mais antigas e prestigiadas instituições de ensino superior na Colômbia. Oferece programas de graduação e pós-graduação em diversas áreas, incluindo ciência da computação, engenharia, economia, direito, medicina, ciências sociais e humanidades. A universidade também conta com uma forte presença internacional, com programas de intercâmbio para estudantes de todo o mundo. A Universidade dos Andes/CinfonIA é uma universidade privada localizada na cidade de Bogotá, na Colômbia. Fundada em 1948, é uma das mais antigas e prestigiadas instituições de ensino superior da Colômbia. Oferece programas de graduação e pós-graduação nas áreas de ciência da computação, engenharia, economia, direito, medicina, ciências sociais e humanidades. Além disso, a universidade tem uma forte presença internacional, com programas de intercâmbio para estudantes de todo o mundo.

O Centro de Pesquisa e Formação em Inteligência Artificial (CinfonIA) da Universidade dos Andes é o primeiro centro acadêmico para o estudo da Inteligência Artificial na América Latina e é liderado por Pablo Arbeláez.

CinfonIA combina Excelência Acadêmica, Princípios Éticos e Pesquisa Responsável para cumprir sua missão de transformar o mundo com Inteligência Artificial em benefício da Humanidade.

Sobre o Instituto Alexander von Humboldt

O Instituto Alexander von Humboldt (AVH) é uma organização internacional sem fins lucrativos dedicada à pesquisa interdisciplinar e à promoção da cooperação científica entre países. Fundado em 1988, o AVH tem como objetivo promover o intercâmbio científico e cultural entre as comunidades acadêmicas de todo o mundo. O Instituto conta com uma variedade de programas de pesquisa e intercâmbio, incluindo bolsas de estudo, programas de estágio, seminários e conferências. Além disso, o AVH oferece uma variedade de serviços educacionais, tais como assessoria de pesquisa, orientação acadêmica e orientação profissional. O Instituto também apoia projetos de pesquisa e publicações, bem como eventos culturais e artísticos.

O Instituto de Pesquisa de Recursos Biológicos Alexander von Humboldt é uma corporação civil sem fins lucrativos, criada pela Lei 99 de 1993. Sua função é realizar pesquisas científicas sobre a biodiversidade no território nacional continental. Além disso, tem a missão de contribuir para a formação do inventário nacional da biodiversidade e obter, armazenar, analisar, estudar, processar, fornecer e divulgar informações básicas sobre a biodiversidade, ecossistemas, recursos e processos, para o adequado gerenciamento e aproveitamento dos recursos naturais renováveis ​​da Nação. O Instituto faz parte do Sistema Nacional Ambiental da Colômbia, SINA.

Sobre o Instituto SINCHI

É uma entidade de pesquisa científica de alto nível comprometida com a geração de conhecimento, inovação e transferência de tecnologia, disseminação e apropriação social sobre a realidade biológica, cultural, ecológica e social da Amazônia colombiana, com o propósito de atender às necessidades e expectativas dos grupos de interesse para o desenvolvimento sustentável e a gestão integral do território, para o qual contamos com talento humano qualificado e infraestrutura de pesquisa adequada aos desafios ambientais. O Instituto está vinculado ao Ministério do Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável da Colômbia e faz parte do Sistema Nacional Ambiental da Colômbia.

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