تلاش هوش مصنوعی گوگل برای شناسایی صدای نهنگ گوژپشت در اعماق دریا

در طی سال‌های متمادی، صداهای اعماق دریا ضبط و مستندسازی شده است و این کار کماکان انجام می‌شود. گوگل و گروهی از متخصصان وال‌شناسی، جهت بررسی صداهای ضبط‌شده، تحقیقاتی مبتنی بر هوش مصنوعی در اعماق دریا انجام داده‌اند.

 محققان امیدوارند تا با کمک سیستم‌های مبتنی بر یادگیری ماشین، صدای نهنگ گوژپشت را از بین بقیه‌ی صداها تشخیص دهند. بی‌شک، نتایج این پروژه، تلاشی در جهت استفاده از هوش مصنوعی در حوزه‌‌های زیست‌محیطی است.

نهنگ‌های کوهان‌دار بخشی از زمان و انرژی خود را صرف خواندن آواز و تولید صدا در اعماق دریا می‌کنند. هر بار نهنگ گوژپشت آواز می‌خواند در حدود  ۱۰ تا ۲۰ دقیقه طول می‌کشد و گاهی ممکن است ساعت‌ها آواز بخوانند. البته انگیزه‌ی خواندن آواز نهنگ‌ها لزوما شکار کردن نیست. برخی معتقدند که وقتی نهنگ کوهان‌دار قصد دارد جفت‌گیری کند، به‌عنوان یکی از آداب جفت‌گیری آواز می‌خواند. آوازهایی که نهنگ‌های کوهان‌دار نر از خود تولید می‌کنند، محبوبیت خاصی دارد. 

هوش مصنوعی گوگل و گروهی از متخصصان وال‌شناسی پروژه‌ای برای تشخیص صدای نهنگ گوژپشت از بین صداهای ضبط‌شده در اعماق دریا را آغاز کرده‌اند و به نتایج جالب توجهی هم دست یافته‌اند. این پروژه‌، بخشی از برنامه‌ی جدید «AI for a social good» گوگل است. در طی چند سال گذشته، محققان هوش مصنوعی گوگل، پروژه‌های مختلفی با تاثیر مثبت اجتماعی از جمله پیش‌بینی سیل، حفاظت از نهنگ‌ها و پیش‌بینی قحطی، به‌انجام رسانده‌اند. این پروژه‌ در نظر دارد طیف وسیع‌تری از حوزه‌ها را پوشش دهد و با همکاری سازمان‌های دیگر به حل برخی از مشکلات و مسایل زیست‌محیطی و اجتماعی بپردازد. تصور اینکه هوش مصنوعی تنها در حوزه‌ی تشخیص چهره و برخی حوزه‌های محدود کاربرد داشته باشد، تصور درستی نیست و می‌تواند عملکرد گسترده‌تر را به‌نمایش بگذارد. 

استفاده از روش‌های مبتنی بر هوش مصنوعی، فوق‌العاده است. با آن همه سروصدای مختلفی که در اعماق دریاها وجود دارد، هوش مصنوعی می‌تواند داده‌های زیادی که از طریق تلکسوپ‌های رادیویی و دوربین‌های نظارت تصویری به سیستم داده می‌شود، تجزیه و تحلیل کند و برای این‌ کار از الگوهای خاصی کمک می‌گیرد. 

در این مورد، داده‌های ارائه‌شده به سیستم مبتنی بر هوش مصنوعی، مستندات مربوط به دوازده هیدروفون است که برای سال‌ها در سراسر اقانوس آرام، به ضبط و مستندسازی مشغول بوده است. این مجموعه‌ی داده‌ها، قبلا به‌صورت گسترده مورد بررسی قرار گرفته است؛ اما محققان گوگل در نظر داشتند که با سیستم مبتنی بر هوش مصنوعی بتوانند به بررسی داده‌ها بپردازند و حجم بررسی داده‌های زیاد و کار سخت و طاقت‌فرسا را به حداقل برسانند.

در این مرحله، سیستم مبتنی بر هوش مصنوعی باید صدای نهنگ گوژپشت را شناسایی می‌کرد؛ هرچند به‌نظر می‌رسد که امکان شناسایی سایر نهنگ‌ها یا موجودات دریایی با کمک سیستم مبتنی بر هوش مصنوعی می‌تواند در دستور کار تیم تحقیقاتی قرار گیرد. 

سیستم مبتنی بر یادگیری ماشین با کمک نمونه‌هایی از صدای نهنگ گوژپشت و نحوه‌ی برقراری ارتباط وی با سایر نهنگ‌ها، به بررسی داده‌های بزرگ مشغول شد تا بتواند صدای نهنگ را از بین حجم زیادی داده شناسایی کند. محققان در نهایت توانستند با آزمایش‌های مختلفی که به انجام رساندند، برخی تنظیمات بهینه و مناسب را برای بررسی و تحقیق خود روی سیستم مبتنی بر یادگیری ماشین پیاده‌سازی کنند. برای مثال آن‌ها متوجه شدند که طول کلیپ‌ها در نتایج بررسی تاثیرگذار است. 

محققان داده‌هایی را که سال‌ها از اعماق دریا ذخیره‌سازی شده بود، به کلیپ‌های ۷۵ ثانیه‌ای تقسیم کردند. سیستم مبتنی بر یادگیری ماشین توانست با دقت  ۹۰ درصدی، صدای نهنگ گوژپشت را تشخیص دهد. انجام این کار به‌معنی صرفه‌جویی در زمان و انرژی است. با اینکه سیستم دقت بسیار بالایی ندارد، ولی همین خروجی نیز می‌تواند برای محققان بسیار ارزشمند باشد. سیستم مبتنی بر یادگیری ماشین می‌تواند همانند دستیاری خوب برای بررسی صداهای اعماق دریا در خدمت متخصصان قرار گیرد.

البته تلاش و تحقیق محققان به همین نقطه ختم نشد. در تلاش دیگری که یادگیری بدون نظارت نامیده می‌شود، محققان موفق شدند که با تنظیم قواعدی، به بررسی شباهت بین صدای نهنگ‌ها با صدای گونه‌های جانوری غیر نهنگ بپرازند تا بتوانند سایر گونه‌‌های جانوری در اعماق دریا را نیز با همین روش تشخیص دهند. نتیجه‌ی چنین بررسی‌هایی به محققان کمک می‌کند تا بتوانند گروه‌های مختلف گونه‌های جانوری در اعماق دریا را طبقه‌بندی و شناسایی کنند.

نتایج بررسی یادگیری بدون نظارت به‌صورت تصویری نمایش داده شده است. توصیف تصویر به‌نمایش گذاشته‌شده کار ساده‌ای نیست. بی‌شک این روش در حال حاضر نمی‌تواند جایگزین روش‌های سنتی برای تشخیص موجودات زیر دریا باشد، ولی می‌تواند اطلاعاتی را در مورد داده‌های بزرگ اعماق دریا در اختیار محققان قرار دهد. در تصویر فوق، قسمت‌های آبی‌رنگ نشان‌دهنده‌ی صداهای مربوط به نهنگ گوژپشت است.

بی‌شک محققان تلاش‌های خود را برای استفاده از هوش مصنوعی در زمینه‌های مختلف ادامه خواهند داد و شاهد نتایج تحقیقاتی آنها در حوزه‌های زیست محیطی خواهیم بود.