AI保卫珊瑚顺便拯救了一只只给海星打毒针的人类

放大字体  缩小字体 2021-05-16 09:39:25 来源:新浪科技综合
AI保卫珊瑚顺便拯救了一只只给海星打毒针的人类

  来源:果壳  

  海星,又可爱又好吃(不确定)。

  前段时间,青岛胶州湾海域海星(多棘海盘车)暴发,人类吃货喊着“冲啊”准备大快朵颐。

  但对珊瑚来说,“海星太多”就不是好消息了。

  因为海星的命运不光是“被吃”,有的海星还会吃本就濒危的珊瑚。目前,全球有三分之一的造礁石珊瑚面临灭绝的风险。在我国,所有的造礁石珊瑚均已被列入国家二级重点保护野生动物名录。

海星暴发起来,连下面的珊瑚都看不见了 | www.aims.gov.au

  为了保护珊瑚,人类想了很多办法,其中一个是:派潜水员下水给这些吃珊瑚的海星打毒针。

  是……挨个打吗?

  是的,一只一只打。有时候一针打不死,最多的时候要给一只海星打上20多针。

  “给草莓去籽”也不过如此吧……等等,为什么要给海星打针?

  珊瑚有危险了!

  吃珊瑚的海星叫棘冠海星。↓

棘冠海星是世界第二大的海星,有的能长到直径1米。更可怕的是,它全身表面长满棘刺,棘刺里含有蛋白质毒素,对海洋生物和人类都有毒。看照片就不好惹。| Kris Mikael Krister / Wikimedia Commons

  在健康的珊瑚礁生态系统中,每公顷(一万平方米)一般只有2-3只棘冠海星。它们可以去除生长过快的珊瑚种类,提高珊瑚的多样性。

  可一旦这种平衡被打破,比如水体富营养化使它们的食物增加,或者它们的天敌大法螺、小丑炮弹等被人类过度捕捞,海星们过得无忧无虑,暴发密度就会达到每公顷1000只。

棘冠海星的天敌小丑炮弹,学名花斑拟鳞鲀 | 摄影:陈艺敏

  更可怕的是,棘冠海星产卵量大(一次繁殖期能放出数百到数千万的卵子),不挑食(各种珊瑚都吃),9个月不吃饭依旧可以存活……能生能吃、耐力极强,可以说是“珊瑚礁中的魔鬼”。

  调查显示,从1985年到2012年,这27年间,大堡礁的面积减少了50.7%,其中将近一半是这些棘冠海星导致的。而且,目前看来,棘冠海星的暴发还有全球蔓延的趋势。

  珊瑚嗷嗷待救,就看科学家的了。

  给海星打(毒)针!

  为了处理海星,人们想了各种办法。

  中国大陆通常采用人工采集,派潜水员搜寻暴发的海星、装袋、上岸晒干、填埋。珊瑚礁中的魔鬼就这样变成了干垃圾……

清理人员在船上晾晒捕捞到的棘冠海星 | 新京报

  在澳洲、日本和一些东南亚国家,更常使用注射法,也就是给海星打毒针

  这种操作的难点主要有二:

  一个是,潜水员找海星,很难。海星属于夜行动物,白天喜欢躲在珊瑚礁的沟沟缝缝里,外表容易和周围环境融在一起。一般潜水员会先找到食痕,再在食痕周围找躲起来的海星。

这么大块白色的食痕代表着有一大群海星正躲在附近 | www.gbrmpa.gov.au

  另一个难点在于:找到了,需要打的针数,很多。

潜水员排成一列给海星打针,这样才能保证一块区域能被系统地清理。打完一只海星,他们会把海星翻过来,腹面朝上,表示“这只打过了”,避免重复工作。| www.gbrmpa.gov.au

  想想吧,乌央乌央的海星,潜水员要挨个把它们从沟缝翻出来打针……而且,在“一针致死”方法发明之前,潜水员给海星注射硫酸氢钠,需要绕着它们的中央圆盘间隔三四厘米就打一针,一般要打上10到25针才能杀死一只海星。

  幸好,2014年,詹姆士库克大学(JCU)的研究人员发现了可以让海星一针毙命的化学物质:胆汁酸或者醋(对!就是家里用的醋,海星蘸醋的醋)。用这种方法,只要在海星的其中一只触手的基部打一针就可以了;如果海星个头实在太大,就在对角的触手再补一针。

左边是一针致死,右边是需要打很多次的。不管哪种打法,海星都会在一两天内死掉。别担心,经过室内试验以及野外调查,注射的化学物质对棘冠海星有毒,但不会对珊瑚礁的环境或其他生物造成影响。| www.gbrmpa.gov.au

  注射法已经广泛使用了50多年,有1600多万只棘冠海星命丧于这些毒针之下(没办法,谁叫你们吃珊瑚呢)。

  但是,要人工一针针去打还是太费时费力了。

  我们的机器人该上场了。

  机器人来帮忙了

  其实,早在2005年,昆士兰科技大学(QUT)的机器人专家Matthew Dunbabin已经发明了能够在复杂的珊瑚礁中巡航的水下机器人。但当时通用的注射法还停留在“每只注射20针左右”,机器人难以完成如此复杂的“清理海星”任务。

  直到2014年,可以对海星“一针致死”了,再加上深度学习也发展起来了。研究者觉得,可以教会机器人识别棘冠海星以及准备给它们打针了。于是有了第一代“清理海星”的水下机器人。↓

第一代“清理海星”水下机器人COTSbot | www.qut.edu.au

  一开始,Matthew团队在网络上搜集了很多棘冠海星的照片给机器人学习。问题立刻来了。来自网络的海星照片,通常鲜艳、醒目,而海底常见的情况,往往是这样的——

天然环境中和周围环境混在一起的棘冠海星(你能分辨出哪个是潜水员正要注射的那只吗?) | www.gbrmpa.gov.au

  有个段子说,外星人按照社交媒体上美颜后的脸来识别地球人,最后可能会认为自己是脸盲症——让机器根据网络上的照片去识别海星,情况也差不多。

  为了更准确地教给机器人“真·海星是什么样的”, Matthew团队把GoPro装在潜水员的设备上,收集了大量野生状态下的棘冠海星的照片用来训练。

  一开始,他们打算从“识别海星的棘刺特征”入手,但这很难。海星经常大隐隐于珊瑚,而珊瑚的形态又和海星的棘刺很像。

  机器人表示:做不到。

  于是,识别策略改为从棘冠海星的形状、结构和颜色去区分。

  经过大量训练,机器人终于学会了认海星。

  接下来,就要训练它们给海星打针了。

  机器人:不管在实验室还是海底,我都是最棒的!

  海星有毒,不能把它们大量搬回实验室。于是,Matthew团队做了很多3D打印的棘冠海星,打算训练机器人往这些3D打印海星里注射。

  但机器学习系统实在太强大了,能区分出真海星和假海星,对3D打印的 “假货”无动于衷。

3D打印的海星,可惜被机器人嫌弃了 | www.qut.edu.au

  研究者只好再次换思路:把各种海星或非海星的照片放地板上,让机器人选择哪种可以打。有时机器人的高度没放好,一针下去注射器直接戳到地板。室内训练完成后,实验室地板上也多了很多洞洞。

  经过多次室内训练和野外珊瑚礁的现场调试,机器人识别和打针的精确度达到了99%。

野外作业给海星打针的样子 | www.qut.edu.au

  至此,第一代“清理海星”机器人算是可以出师了。

  不但要杀退海星,还要帮助珊瑚

  不过,第一代机器人的问题是:成本高、体型笨、操作难。之后,Matthew团队又打造了更物美价廉的第二代水下机器人RangerBot,把潜水员们从繁琐又危险的工作中解放出来,清理海星的效率也大大提升。往常潜水员无法到达的区域,比如有鲨鱼和鳄鱼出没的海域,机器人都可以长驱直入。

第二代机器人RangerBot相对潜水员的优势,一目了然 | www.qut.edu.au (汉化:银古桑)

  “清理海星”技能达成,要是还能恢复珊瑚的生长就更好了——研究者对机器人有了新期待。

  Matthew团队又和来自南十字星大学(SCU)的研究者合作,继续改造出了第三代机器人,取名为LarvalBot,让它把珊瑚的浮浪幼虫洒到退化的珊瑚礁。

 LarvalBot在衰退的珊瑚礁“播种”珊瑚的浮浪幼虫,一小时可以覆盖1500平方米。| www.qut.edu.au

  今年2月,RangerBot刚刚走出了大堡礁,被澳大利亚黄金海岸航道管理局(GCWA)征用,有了更广阔的工作空间。

  新雇主对它不错,甚至特意为它举办了一场起名比赛。当地一位上三年级的孩子赢了比赛,所以,现在,RangerBot拥有了一个新名字“Nyah”。在当地土著语言中,“Nyah”有点“瞧瞧,瞧瞧”的意思。

RangerBot有了新工作丨https://gcwa.qld.gov.au

  “Nyah”的装备也有了更新,除了多个摄像头,还有可以导航的声波传感器以及可以抓握物品的机械臂,这样它可以在黄金海岸的周边水域做更多工作,比如,协助海洋栖息地调查、海床沉积物采样以及导航设备的维护检查,还可能帮助海事机关执行搜救任务。

  瞧瞧,瞧瞧。

原标题:AI保卫珊瑚顺便拯救了一只只给海星打毒针的人类

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