نهج GAIA i³: إنشاء نظام للإنذار المبكر مدعوم بالذكاء الاصطناعي لاضطرابات النظام البيئي

النسور هي مجموعة ذكية للغاية من الطيور التي توفر خدمات هامة للنظام البيئي. ومع ذلك، انخفضت أعداد نسور العالم القديم بشكل كبير في العقود الماضية بسبب عوامل بشرية المنشأ. ولا بد من وضع استراتيجيات فعالة للمحافظة على هذه الطيور تتصدى للتهديدات الحرجة مثل التسمم العشوائي أو استنزاف مصادر الغذاء. وفي الوقت نفسه، لا يزال سلوك هذه الطيور بما في ذلك تفاعلاتها الاجتماعية غير مفهوم بشكل جيد. وبناءً على معدات التتبع عالية التقنية والأدوات التحليلية القائمة على الذكاء الاصطناعي، يهدف التحالف العالمي لمعلومات الطيور الجارحة إلى فهم أفضل لكيفية تواصل النسور وتفاعلها وتعاونها وعلفها وتكاثرها وتربية صغارها. بالإضافة إلى ذلك، يبحث علماء GAIA في استراتيجيات البحث الاجتماعي للنسور ذات الظهر الأبيض عن العلف ونقل المعلومات داخل مجتمعات آكلات اللحوم والكسّاحين. من الشائع في المملكة الحيوانية أن البحث عن الطعام لا يتم في المملكة الحيوانية بشكل فردي فقط بل ضمن مجموعة. حيث تقوم الحيوانات بالبحث عن الطعام معًا أو تعتمد على المعرفة من أفراد آخرين للعثور على الطعام. ويُفترض أن ما يُسمى بالبحث الاجتماعي عن الطعام ينتج عنه فوائد، على سبيل المثال فيما يتعلق بكمية الطعام التي يتم العثور عليها، أو حجم الفريسة التي يمكن اصطيادها أو الوقت اللازم للوصول إلى الطعام. وتبحث GAIA في الآليات الخاصة بالأنواع في السلوك والتواصل وكذلك الحوافز والفوائد والعيوب المحتملة للأفراد.

ومن خلال زيادة فهم هذه الروابط والتفاعلات داخل وبين الأنواع، يساهم تقييم الأثر العالمي لتقييم الأثر العالمي في فهم جذور النزاعات بين الإنسان والحياة البرية (والتي غالباً ما ترتبط بسلوك آكلات اللحوم) وإدارة الأنواع. ففي ناميبيا على سبيل المثال، يساعد البحث في مجتمعات الأسود في فهم سلوكها المكاني وتخفيف الاتصالات مع السكان المحليين (مثل مزارعي الماشية) لإدارة الصراع بين الإنسان والحياة البرية (الهدف 4 من أهداف المنتدى العالمي للحيوانات البرية). وتستخدم هذه المعرفة أيضاً لمراقبة وإدارة تجمعات الأسود المحلية على نحو مستدام لإفادة الناس (الهدف 9 من المنتدى العالمي للثروة الحيوانية)، وتحقيق التوازن بين التخفيف من حدة النزاعات والسياحة.

تلعب الأقمار الصناعية والطائرات دوراً حاسماً في جمع البيانات البيئية عن بُعد، مما يساعدنا على فهم مناخنا وأنظمتنا البيئية بشكل أفضل. ويتيح لنا الاستشعار عن بُعد، الذي غالباً ما يتم إجراؤه من الطائرات أو المناطيد أو الأقمار الصناعية، مراقبة مناطق واسعة ومناطق نائية على مدى فترات طويلة. هذه "العيون في السماء" هي مكملات لا تقدر بثمن للملاحظات الأرضية، وتساعدنا على فهم تيارات المحيطات والهواء، وتغيرات الغطاء الأرضي، وتغير المناخ. ومع ذلك، تمتلك الحيوانات أيضًا حواس استثنائية وقدرة فريدة على اكتشاف التغيرات في موائلها. ومن خلال الجمع بين القدرات الحيوانية وتقنيات الاستشعار عن بُعد، تهدف GAIA إلى تعزيز قدرتنا على مراقبة كوكبنا وفهمه. وتتمتع الحيوانات بقدرات حسية فائقة واستراتيجيات سلوكية تمكنها من استشعار التغيرات الطفيفة والدراماتيكية في نظمها البيئية، فضلاً عن اكتشاف الحوادث الحرجة. فالنسور، على سبيل المثال، تعمل كـ"أنواع حارسة" ويمكنها أن ترتقي بمفهوم الاستشعار عن بعد إلى آفاق جديدة. فهي تقوم بدوريات منتظمة في مناطق شاسعة بحثًا عن الغذاء، وتعمل دون انبعاثات أو موارد إضافية أو إصلاحات. علاوة على ذلك، تسترشد دورياتها برؤيتها الاستثنائية ومهمة العثور على الجثث. قد ترتبط طريقة دورياتها وما تبحث عنه والحوادث التي تقودنا إليها بالتغيرات البيئية والأحداث البيئية المحددة.

وللاستفادة الكاملة من إمكانات الاستشعار عن بُعد التي تحملها النسور، تركز GAIA على جانبين أساسيين. أولاً، يتم ربط أجهزة تتبع قوية بالنسور لرصد تحركاتها وسلوكها على نطاقات زمنية ومكانية مفصلة. وثانياً، يجري تطوير حلول تكنولوجية جديدة لفهم ما تلاحظه هذه الحيوانات وما تفعله بشكل أفضل. ويشمل ذلك علامة كاميرا تم تطويرها حديثاً تضم كاميرا مدمجة، وخوارزميات ذكاء اصطناعي لرصد السلوك والتعرف على الصور، ووصلة أقمار صناعية للتغطية في الوقت الحقيقي في المناطق النائية. وبفضل هذه الأدوات، يمكن للحيوانات التقاط الصور وتوفير بيانات عن محيطها بشكل أسرع وبدقة وخصوصية أعلى من صور الأقمار الصناعية. يتيح لنا هذا النهج المبتكر رؤية الطبيعة من خلال عيون الحيوانات.

اعتمدت GAIA استراتيجية الحد الأدنى من النفايات: يتم استخدام وتطوير المعدات التقنية الضرورية للغاية فقط. تبقى الأطواق والعلامات إما لفترات طويلة من الزمن (مثل النسور) أو يتم جمعها بشكل روتيني (مثل الأسود) لاستخراج البيانات. عدم بقاء أجهزة الإرسال في المناظر الطبيعية: إذا سقط جهاز الإرسال أو مات الحيوان الذي يحمل الوسم يتم تحديد موقعه وإزالته من المناظر الطبيعية. وبهذه الطريقة، فإن نظام GAIA هو نظام "عدم ترك أي أثر" مع فوائد كبيرة للنظم الإيكولوجية.

بالنسبة للبحوث الإيكولوجية وكذلك لحالات استخدام GAIA، من الضروري التعرف بشكل موثوق ودقيق على سلوك أنواع الحيوانات المختلفة على مدى فترة طويلة من الزمن في المناطق البرية النائية. وللقيام بذلك، قام علماء GAIA بتطوير وتدريب ذكاء اصطناعي (AI) يمكنه إجراء تصنيف سلوكي من بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع والتسارع وإخبارنا بالضبط، على سبيل المثال، بما تفعله النسور ذات الظهر الأبيض المزودة ببطاقات تعريفية للحيوانات في أي وقت ومكان معين. سيعمل هذا الذكاء الاصطناعي في نهاية المطاف مباشرةً على بطاقات GAIA الحيوانية ويولد معلومات سلوكية من بيانات أجهزة الاستشعار. وفي الخطوة الثانية، قام العلماء بدمج السلوكيات التي تم تصنيفها مع بيانات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) من العلامات. وباستخدام خوارزميات التجميع المكاني، حددوا المواقع التي تحدث فيها سلوكيات معينة بشكل متكرر. وبهذه الطريقة، حصلوا على مواقع دقيقة مكانيًا وزمانيًا حيث تتغذى النسور. أخيرًا وليس آخرًا، تعمل GAIA على تطوير ذكاء اصطناعي للتعرف على الصور التي ستحلل الصور الملتقطة بواسطة الكاميرا المدمجة لنظام الوسم الجديد. ستعمل كل هذه الخوارزميات مباشرة على العلامة ويمكنها إجراء معالجة فعالة للبيانات المدمجة. ويضع هذا أيضاً متطلبات خاصة جداً على الذكاء الاصطناعي للتعرف على الصور، والذي يجب أن يعمل بشكل خاص وبكميات صغيرة من البيانات. وتحقيقاً لهذه الغاية، تعمل فرق GAIA على تطوير استراتيجيات ونماذج مناسبة للذكاء الاصطناعي المتناثر.

ويُعدّ هذا الخط الجديد للكشف عن الذبائح أحد الأصول الرئيسية في وقف انقراض الأنواع وإدارة النزاعات بين الإنسان والحياة البرية، وبالتالي فهو يتماشى مع الهدف 4 من أهداف المنتدى العالمي للحيوانات البرية. يسمح خط الأنابيب بالكشف السريع عن موت النسور أو موت الحيوان الذي تتغذى عليه النسور. وكلا السيناريوهين وثيق الصلة بوقف انقراض الأنواع: يساهم التسمم في الجثث بشكل كبير في انخفاض أعداد العديد من أنواع النسور. ونظرًا لأن النسور تستخدم استراتيجيات اجتماعية في بحثها عن الطعام، فإن جثة واحدة مسمومة يمكن أن تقتل مئات الطيور. وقد أظهر علماء من مبادرة GAIA أن وضع علامات على النسور يسمح بالكشف المبكر عن حالات النفوق وإزالة الجيفة. ويمكن أن يؤدي وضع علامات على النسور واستخدام خطوط أنابيب الذكاء الاصطناعي الموصوفة هنا إلى الحد من حالات النفوق الإضافية بشكل كبير. ثانيًا، يمكن للكشف المبكر عن حوادث الصيد الجائر للأنواع المهددة بالانقراض أن يضع حدًا محليًا كاملًا للصيد الجائر ويساهم بشكل كبير في مكافحة الانقراض.

ولتحقيق هدف مبادرة GAIA المتمثل في تطوير وتطبيق نظام إنذار مبكر عالي التقنية للتغيرات البيئية، يعد الجيل الجديد من علامات الحيوانات مكونًا أساسيًا. تعمل فرق مبادرة GAIA على تطوير الأجهزة والبرمجيات لعلامات حيوانية مصغرة مزودة بتقنية استشعار بأقل طاقة مع كاميرا ومعالجة الصور. ستكون العلامات مستقلة ذاتياً من حيث الطاقة، ومكيفة على النحو الأمثل مع تشريح النسور وهي الأساس لمزيد من الميزات التكنولوجية قيد التطوير مثل الذكاء الاصطناعي على متن الطائرة للكشف عن السلوك والتعرف على الصور بالإضافة إلى نظام اتصالات إنترنت الأشياء القائم على الأقمار الصناعية.

بالإضافة إلى ذلك، تعمل GAIA على تطوير مفاهيم الذكاء الاصطناعي الموزع وشبكات من المعالجات الدقيقة - علامات حيوانية تعمل مثل السرب تماماً. وعلى غرار ذكاء السرب الطبيعي، تعمل مبادرة GAIA على رسم خريطة لذكاء السرب الرقمي في شبكة مخصصة من المعالجات الدقيقة. هذه الشبكات التي تتشكل تلقائيًا هي الأساس للتحليل الموزع والقائم على الاستشعار لكميات كبيرة من البيانات. إن اتباع هذا المسار سيجعل من الممكن لعلامات النسور، على سبيل المثال، الموجودة في نفس الموقع أثناء أحداث التغذية، أن تربط وتشارك مهام مثل تحليلات الذكاء الاصطناعي ونقل البيانات.

وعادة ما تحدث العمليات والحوادث البيئية ذات الصلة التي تهم بحوث التغير البيئي في المناطق النائية البعيدة عن متناول البنى التحتية للاتصالات الأرضية. وغالباً ما لا يمكن نقل البيانات التي يتم توليدها في الميدان باستخدام علامات الحيوانات في هذه المناطق إلا بعد تأخير لأيام أو حتى أسابيع. وللتغلب على هذا التأخير وضمان عدم حدوث أي تأخير في نظام الإنذار المبكر، تقوم GAIA بتطوير وحدة اتصالات ساتلية للعلامات بالإضافة إلى قمر صناعي نانوي يعمل في مدار أرضي منخفض (LEO): من أجل أن تكون قادرة على نقل البيانات والمعلومات المجمعة مباشرة من عقدة الإرسال إلى القمر الصناعي في المدار الأرضي المنخفض (LEO)، سيتم دمج وحدة راديو إنترنت الأشياء عالية الأداء الخاصة بالأقمار الصناعية في العلامات الجديدة. وهذا يضمن النقل الفوري والآمن والموفر للطاقة للبيانات المستخرجة. يعتمد نظام الاتصالات على تقنية mioty® الأرضية وسيتم تكييفه مع نطاقات التردد النموذجية للأقمار الصناعية مثل النطاقين L- و S- للمشروع. بروتوكولات الاتصالات النموذجية، التي تُستخدم أحياناً في قطاع إنترنت الأشياء، عادةً ما تكون مصممة لأحجام الحزم الصغيرة. وبالتالي، فإن التطوير الإضافي لنظام mioty® سيهدف أيضاً إلى زيادة معدل البيانات وحجم الرسائل لتمكين سيناريوهات التطبيق مثل نقل الصور.

سيكون نظام إنترنت الأشياء عبر الأقمار الصناعية أساسيًا للاتصال بدون تأخير وبالتالي لنظام الإنذار المبكر. ويساهم هذا النظام بشكل كبير في نظام "غايا" في تحقيق الهدف 4 من أهداف المنتدى العالمي للأغذية "وقف الانقراض وحماية التنوع الوراثي وإدارة النزاعات بين الإنسان والحياة البرية".

توفر حدائق الحيوان وحدائق الأحياء المائية الحديثة في جميع أنحاء العالم فرصاً فريدة من نوعها من خلال المساهمة بخبراتها في رعاية الحيوانات والحفاظ على الأنواع وتثقيف الجمهور، مما يشكل أساساً قوياً لجهود الحفظ والبحث العلمي الحديثة. من خلال العمل عن كثب مع هذه المؤسسات والاستفادة من البيانات والرؤى التي تولدها، تهدف مبادرة GAIA إلى سد الفجوة بين جهود الحفظ في الموقع وخارج الموقع. يمكن للحيوانات التي تعيش تحت رعاية الإنسان أن تكون بمثابة نماذج قيّمة لفهم بيولوجيا الأنواع وسلوكها واستجاباتها للتغيرات البيئية. وعلاوة على ذلك، تسمح الظروف الخاضعة للرقابة في حدائق الحيوان بتطوير واختبار التقنيات المتقدمة، مثل أجهزة الاستشعار التي تحملها الحيوانات وأنظمة الذكاء الاصطناعي، في ظل ظروف أكثر قابلية للتنبؤ بها ويمكن الوصول إليها قبل نشرها في البرية.

تشمل مجالات التركيز الرئيسية لهذه اللبنة الأساسية ما يلي

• توليد البيانات المرجعية وبيانات التدريب لتطوير خط أنابيب الذكاء الاصطناعي لبيانات المستشعرات. من خلال نشر العلامات على النسور في الأسر في قفص كبير وإعادة ترميز سلوكها في وقت واحد، تمكنا من إنشاء مجموعة بيانات مقترنة لتدريب الذكاء الاصطناعي. مع الذكاء الاصطناعي المدرب، لم تعد هناك حاجة لمراقبة الحيوانات لاكتشاف السلوكيات ذات الصلة، مثل التغذية؛ حيث يمكن للذكاء الاصطناعي التنبؤ بالسلوك بشكل موثوق للغاية من بيانات المستشعر مما يعطينا رؤى حول سلوك الحيوانات المستهدفة طوال حياتها.
• التعليم والمشاركة العامة: تدمج حديقة حيوان برلين نتائج GAIA في برامجها التعليمية وتتعاون في العلاقات الإعلامية والتواصل مع الجمهور، مما يعزز الوعي العام والمشاركة في الحفاظ على التنوع البيولوجي والابتكارات التكنولوجية. يتم تعريف الزوار بالأدوات المتطورة وتأثيرها على الحفاظ على الحياة البرية.

يعد الحد الأدنى من التأثير الضروري فقط على الحيوانات الفردية هدفاً رئيسياً لمبادرة GAIA. بالنسبة للأسود والنسور على حد سواء، أُجريت إجراءات اختبار مكثفة (ضمن النظام الألماني لاختبار الحيوانات والرفق بالحيوان) في حديقة حيوان برلين وحديقة برلين تيربارك. تم تطوير التقنيات واختبارها من قبل خبراء بيطريين لكل من حيوانات حديقة الحيوان والحياة البرية وتعتبر آمنة ومتوافقة مع الاعتبارات الصارمة لرعاية الحيوان. بالإضافة إلى ذلك، سواء داخل GAIA أو من قبل مجموعات بحثية أخرى، هناك خبرة وبيانات طويلة الأجل حول آثار وضع العلامات والياقات على الأنواع المعنية. فقد ثبت، على سبيل المثال، أن وسم النسور ليس له أي آثار ضارة على رفاهية الطيور أو صحتها أو تكاثرها. وقد وُجد أن النسور تعيش سنوات عديدة مع وضع العلامات، وأن لها نفس الحركة وسلوك البحث عن الطعام، وأن لها ذرية.

كما تؤكد شراكة المبادرة العالمية للتنوع البيولوجي مع حديقة حيوان برلين على أهداف التواصل ونقل المعرفة للمبادرة في إطار الهدف 21 من أهداف المنتدى العالمي للتنوع البيولوجي "ضمان إتاحة المعرفة وسهولة الوصول إليها لتوجيه العمل في مجال التنوع البيولوجي". ولا يستهدف هذا المجال من النشاطات الجمهور الأوسع نطاقاً لرفع مستوى الوعي من أجل الحفاظ على التنوع البيولوجي والابتكارات التكنولوجية فحسب، بل يستهدف أيضاً صانعي القرار السياسي على المستويين الوطني والدولي. وقد نشط التحالف العالمي لصون التنوع البيولوجي في التشاور مع أصحاب المصلحة السياسيين في ألمانيا وناميبيا على سبيل المثال، فضلاً عن المشاركة في المنتدى الإقليمي لحفظ الطبيعة 2024 للاتحاد الدولي لحفظ الطبيعة والموارد الطبيعية في بروج، بلجيكا.

وتنفذ مبادرة GAIA تدابير هامة لبناء القدرات حيث يتم تطبيق نظام الإنذار المبكر المطور بالتعاون مع المتنزهات والسلطات المحلية في العديد من البلدان الأفريقية مثل ناميبيا وموزمبيق وأوغندا. يتم تدريب موظفي المتنزهات والمسؤولين في السلطات المعنية وفي الوزارات أثناء تطبيق النظام. ويشمل ذلك تمكين المجتمعات المحلية من إجراء عمليات التجميع ووضع العلامات والتتبع باستخدام نظام GAIA، بالإضافة إلى تنفيذ خط الإنذار المبكر باستخدام الواجهة الأمامية المخصصة.

بالإضافة إلى ذلك، يعمل موظفو GAIA بنشاط على تثقيف الطلاب في مختلف التخصصات والمجالات البحثية لدعم التقنيات الجديدة في مجال الحفظ وعلوم الحياة. وفي السنوات الست الماضية، شارك أكثر من 250 طالباً بنجاح في الدورات التي أجراها موظفو GAIA في جامعة ناميبيا في العلوم البيطرية وبيولوجيا الحياة البرية مع التركيز بشكل خاص على سبيل المثال على الصراع بين الإنسان والحياة البرية وتعقب الحيوانات وكذلك سلوك النسور والأسود والضباع.

ويستهدف كل من بناء القدرات المهنية وتدريب الطلاب بشكل مباشر المجتمعات المحلية لتمكينها من إدارة نظام الإنذار المبكر الخاص بمبادرة GAIA إلى حد كبير بالمعارف والموارد المحلية وحدها. وتضع هذه اللبنة الهدف 20 من أهداف المنتدى العالمي للتنوع البيولوجي "تعزيز بناء القدرات ونقل التكنولوجيا والتعاون العلمي والتقني من أجل التنوع البيولوجي" في صميم مبادرة التحالف العالمي لتقييم الأثر البيولوجي حيث أن هذه اللبنة ليست إضافة إلى الجزء الخاص بالبحث والتطوير من المبادرة، بل هي مجال عمل رئيسي منذ البداية.