Recifes de coral: mapeamento 3D graças à Inteligência Artificial

As extensões de coral que formam o pano de fundo para as mais belas imagens subaquáticas são grandes colônias de invertebrados marinhos muito pequenos com esqueleto calcário, chamados pólipos.

Também conhecidos como antozoários, os corais vivem no fundo do mar há milénios e têm uma papel crucial na saúde do planeta: apesar de cobrirem menos de 0,1% da superfície dos oceanos, estas enormes e antigas colónias agrupadas em recifes calcários fornecem refúgio e habitat para quase um terço das espécies marinhas conhecido.

Seriamente ameaçado poraumento de temperatura e depoluição de origem antrópica, os corais sofrem de um fenômeno perigoso conhecido como branqueamento. Aqueles do Mar VermelhoNo entanto, parecem mais resistentes ao stress relacionado com o clima.

Assim, o Centro Transnacional do Mar Vermelho (TRSC) decidiu explorar os seus segredos, começando com um olhar cuidadoso Mapeamento 3D de recifes de coral. Ele pensou em tornar tudo isso possível Mapa DeepReef, um sistema de Inteligência Artificial desenvolvido por pesquisadores da EPFL.

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O importância ecológica dos corais é tal que o impacto da sua saúde também se estende às populações humanas em diferentes países do mundo. De acordo com pesquisa da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica dos Estados Unidos, meio bilhão de pessoas dependem de recifes de coral para o segurança alimentar e receitas provenientes de atividades turísticas.

Quando embora a temperatura do mar aumenta, o algas simbióticas que fornecem nutrição aos corais (e lhes conferem as suas cores características) são expelidos, e a colónia de pólipos branqueados está destinada a morrer.

Em resposta a este fenómeno dramático, organizações como o TRSC estão a realizar estudos aprofundados numa tentativa de desvendar os segredos da espécies de corais presentes no Mar Vermelho, que parecem particularmente resistentes ao estresse climático.

A iniciativa, liderada pelo Laboratório de Geoquímica Biológica do Politécnico Federal de Lausanne e pelo TRSC, serviu de banco de testes para Mapa DeepReef, um sistema de Inteligência artificial desenvolvido no Laboratório de Ciências Ambientais Computacionais e Observação da Terra (ECEO) da EPFL.

A nova IA é capaz de produzir centenas de metros de mapas 3D em poucos minutos a partir de imagens captadas com câmeras normalmente disponíveis no mercado, e é capaz de classificar os diferentes corais.

"Com este novo sistema qualquer pessoa pode participar no mapeamento dos recifes de coral do mundo", Ele explica Samuel Gardaz, coordenador de projetos TRSC, “isto irá realmente estimular a investigação nesta área, reduzindo a carga de trabalho, a quantidade de equipamentos e logística e os custos relacionados com TI".

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Mapeando centenas de metros de recifes de corais em minutos

Como lemos no estudo que acabamos de publicar em “Métodos em Ecologia e Evolução”"um trecho de vídeo de 100 metros adquirido em 5 minutos de mergulho com um câmera acessível para o consumidor pode ser transformado de forma totalmente automática em uma nuvem de pontos semânticos minutos 5".

Uma verdadeira revolução para mapeamento de recifes de coral, que tradicionalmente requer enormes recursos, muito tempo e o trabalho de um especialista. Estas limitações limitam severamente, e em alguns casos impedem completamente, a monitoramento de recifes de coral por países que não possuem os recursos e conhecimentos técnicos necessários.

Graças ao novo sistema Inteligência artificial desenvolvido por pesquisadores da EPFL, no futuro os dados podem ser coletados por qualquer pessoa, mesmo por mergulhadores recreativos, desde que equipados com câmera.

Tudo o que precisam fazer é nadar lentamente sobre um recife de coral, tirando fotos à medida que avançam. Eles servirão direitinho bons tanques e uma bateria muito durável, para mapear centenas de metros de recifes de coral.

Para poder fotografar áreas maiores, pesquisadores suíços desenvolveram um Estrutura em PVC equipado com seis câmeras (três frontais e três traseiras) que podem ser operadas pela mesma pessoa. E este dispositivo também existe em versão de baixo custo, para incluir também equipes de mergulho que operam com orçamentos limitados.

"Uma verdadeira revolução no mundo da conservação de ecossistemas", ele afirma Guilhem Banc-Prandi, pesquisador do Laboratório de Geoquímica Biológica da Universidade Politécnica de Lausanne e diretor científico do TRSC.

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Um gêmeo digital do recife de coral para facilitar sua proteção

Ao contrário dos programas de mapeamento 3D mais antigos, o DeepReefMap não tem problemas com iluminação fraca e difração típica de imagens subaquáticas: le redes neurais profundasna verdade, eles podem adaptar-se a estas condições. Além disso, os programas existentes só funcionam com imagens de alta resolução.

"Eles também são limitados quando se trata de escala: em uma resolução onde os corais individuais podem ser identificados, os maiores mapas 3D têm vários metros de comprimento, exigindo umenorme quantidade de tempo de processamento", Ele explica Devis Tuia, professor da ECEO. “Com o DeepReefMap, estamos limitados apenas pelo tempo que o mergulhador pode permanecer debaixo d'água".

"Nosso objetivo era desenvolver um sistema que fosse útil para os cientistas que trabalham na área e que pudesse ser implantado de forma rápida e ampla.", Ele explica Jonathan Sauder, que trabalhou no desenvolvimento do DeepReefMap para sua tese de doutorado.

"Nosso método não requer hardware caro”, sublinha o investigador, “um computador com uma unidade básica de processamento gráfico é suficiente. A segmentação semântica e a reconstrução 3D ocorrem em mesma velocidade da reprodução de vídeo".

"O sistema é tão fácil de implementar que seremos capazes de monitorar mudanças nos recifes de corais ao longo do tempo, a fim de identificar áreas prioritárias de conservação“, acrescenta o Banc-Prandi.

Os novos mapas 3D serão enriquecidos com outros dados, que vão desde a genética populacional ao potencial adaptativo dos corais. Este processo, explica o diretor científico do TRSC, “poderia levar à criação de um verdadeiro gêmeo digital do recife de coral".

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