GAIA i³ yaklaşımı: Ekosistem aksaklıkları için yapay zeka destekli bir erken uyarı sistemi oluşturmak

Akbabalar, önemli ekosistem hizmetleri sağlayan son derece zeki bir kuş grubudur. Ancak, eski dünya akbabalarının popülasyonları son on yıllarda antropojenik faktörler nedeniyle önemli ölçüde azalmıştır. Ayrım gözetmeksizin zehirlenme veya besin kaynaklarının tükenmesi gibi kritik tehditleri ele alan etkili koruma stratejilerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Aynı zamanda, sosyal etkileşimleri de dahil olmak üzere davranışları hala tam olarak anlaşılamamıştır. GAIA, yüksek teknolojili izleme ekipmanları ve yapay zeka tabanlı analitik araçlar kullanarak akbabaların nasıl iletişim kurduklarını, etkileşime girdiklerini ve işbirliği yaptıklarını, yiyecek aradıklarını, ürediklerini ve yavrularını nasıl büyüttüklerini daha iyi anlamayı amaçlamaktadır. GAIA bilim insanları ayrıca ak sırtlı akbabaların sosyal yiyecek arama stratejilerini ve etobur-avcı-toplulukları içindeki bilgi aktarımını araştırmaktadır. Hayvanlar aleminde, yiyecek arayışının sadece bireysel olarak değil, grup halinde yapılması taksonlar arasında yaygındır. Hayvanlar birlikte yiyecek arar ya da yiyecek bulmak için diğer bireylerin bilgilerine güvenir. Sosyal yiyecek arama olarak adlandırılan bu durum, örneğin bulunan yiyecek miktarı, avlanabilecek avın büyüklüğü veya yiyeceğe erişmek için gereken süre gibi konularda muhtemelen fayda sağlamaktadır. GAIA, davranış ve iletişimdeki türe özgü mekanizmaların yanı sıra bireyler için teşvikleri, faydaları ve olası dezavantajları araştırmaktadır.

GAIA, bu tür içi ve türler arası bağlantıları ve etkileşimleri daha iyi anlayarak, insan-yaban hayatı çatışmalarının (genellikle etobur davranışlarıyla bağlantılı olan) kökenlerinin daha iyi anlaşılmasına ve tür yönetimine de katkıda bulunur. Örneğin Namibya'da aslan toplulukları üzerine yapılan araştırmalar, insan-yaban hayatı çatışmasını yönetmek için onların mekânsal davranışlarını anlamaya ve yerel nüfusla (örneğin sığır yetiştiricileri) temaslarını azaltmaya yardımcı olmaktadır (GBF hedef 4). Bu bilgi aynı zamanda yerel aslan popülasyonlarını gözlemlemek ve insanlara fayda sağlayacak şekilde sürdürülebilir bir şekilde yönetmek (GBF hedef 9), çatışmayı azaltma ve turizmi dengelemek için de kullanılmaktadır.

Uydular ve uçaklar, iklim ve ekosistemlerimizi daha iyi anlamamıza yardımcı olan çevresel verilerin uzaktan toplanmasında çok önemli bir rol oynamaktadır. Genellikle uçaklardan, balonlardan veya uydulardan yapılan uzaktan algılama, geniş alanları ve uzak bölgeleri uzun süreler boyunca izlememize olanak tanır. Bu "gökyüzündeki gözler" karadaki gözlemlerin paha biçilmez tamamlayıcılarıdır ve okyanus ve hava akımlarını, arazi örtüsü değişikliklerini ve iklim değişikliğini anlamamıza yardımcı olur. Bununla birlikte, hayvanlar da olağanüstü duyulara ve yaşam alanlarındaki değişiklikleri tespit etmek için eşsiz bir yeteneğe sahiptir. GAIA, hayvanların yeteneklerini uzaktan algılama teknolojileriyle birleştirerek gezegenimizi izleme ve anlama becerimizi geliştirmeyi amaçlamaktadır. Hayvanlar, ekosistemlerindeki ince ve dramatik değişiklikleri algılamalarını ve kritik olayları tespit etmelerini sağlayan üstün duyusal yeteneklere ve davranış stratejilerine sahiptir. Örneğin akbabalar "nöbetçi türler" olarak hareket eder ve uzaktan algılama kavramını yeni boyutlara taşıyabilir. Yiyecek aramak için düzenli olarak geniş alanlarda devriye gezerler ve emisyon, ek kaynak ya da onarım olmadan çalışırlar. Dahası, devriyelerine olağanüstü vizyonları ve leş bulma misyonları rehberlik eder. Devriye gezme şekilleri, ne aradıkları ve bizi yönlendirdikleri olaylar belirli çevresel değişiklikler ve ekolojik olaylarla bağlantılı olabilir.

GAIA, akbaba kaynaklı uzaktan algılama potansiyelinden tam olarak faydalanmak için iki temel hususa odaklanmaktadır. İlk olarak, hareketlerini ve davranışlarını ayrıntılı zamansal ve mekansal ölçeklerde izlemek için akbabalara güçlü izleme cihazları takılmaktadır. İkinci olarak, hayvanların ne gözlemlediğini ve ne yaptığını daha iyi anlamak için yeni teknolojik çözümler geliştirilmektedir. Bunlar arasında entegre bir kamera içeren yeni geliştirilmiş bir kamera etiketi, davranış tespiti ve görüntü tanıma için yapay zeka algoritmaları ve uzak bölgelerde gerçek zamanlı kapsama için uydu bağlantısı yer alıyor. Bu araçlarla hayvanlar, uydu görüntülerinden daha yüksek çözünürlük ve özgüllükle daha hızlı görüntü yakalayabilir ve çevreleri hakkında veri sağlayabilir. Bu yenilikçi yaklaşım, doğayı hayvanların gözünden görmemizi sağlıyor.

GAIA minimum atık stratejisini benimsemiştir: Sadece kesinlikle gerekli olan teknik ekipman kullanılmakta ve geliştirilmektedir. Tasmalar ve künyeler ya uzun süre kalır (örneğin akbabalar) ya da veri elde etmek için rutin olarak toplanır (örneğin aslanlar). Arazide hiçbir verici kalmaz: Bir verici düşerse veya etiketi taşıyan hayvan ölürse, yeri tespit edilir ve araziden çıkarılır. Bu şekilde GAIA sistemi, ekosistemler için önemli faydaları olan bir "iz bırakmayan" sistemdir.

Ekolojik araştırmalar ve GAIA kullanım durumları için, uzak vahşi bölgelerde uzun bir süre boyunca farklı hayvan türlerinin davranışlarını güvenilir ve doğru bir şekilde tanımak gerekir. Bunu yapmak için GAIA bilim insanları, GPS ve ivme verilerinden davranış sınıflandırması yapabilen ve örneğin hayvan küpeleri takılmış beyaz sırtlı akbabaların herhangi bir zamanda ve yerde tam olarak ne yaptığını bize söyleyebilen bir yapay zeka (AI) geliştirdi ve eğitti. Bu yapay zeka sonunda doğrudan GAIA hayvan künyeleri üzerinde çalışacak ve sensör verilerinden davranışsal bilgiler üretecektir. İkinci adımda, bilim insanları bu şekilde sınıflandırılan davranışları etiketlerden gelen GPS verileriyle birleştirdi. Mekânsal kümeleme için algoritmalar kullanarak, belirli davranışların daha sık meydana geldiği yerleri belirlediler. Bu şekilde, akbabaların beslendiği mekânsal ve zamansal olarak ince çözümlenmiş konumlar elde ettiler. Son olarak GAIA, yeni etiket sisteminin entegre kamerası tarafından çekilen fotoğrafları analiz edecek görüntü tanıma için bir yapay zeka geliştiriyor. Tüm bu algoritmalar doğrudan etiket üzerinde çalışacak ve verimli gömülü veri işleme gerçekleştirebilecek. Bu aynı zamanda, özellikle idareli ve az miktarda veri ile çalışması gereken görüntü tanıma yapay zekasına çok özel talepler getirmektedir. Bu amaçla GAIA ekipleri seyrek yapay zeka için uygun stratejiler ve modeller geliştirmektedir.

Bu yeni karkas tespit hattı, türlerin yok olmasını durdurmada ve insan-yaban hayatı çatışmalarını yönetmede önemli bir varlıktır ve bu nedenle GBF hedef 4 ile uyumludur. Boru hattı, akbabaların ölümünün ya da akbabaların beslendiği hayvanın ölümünün hızlı bir şekilde tespit edilmesini sağlar. Her iki senaryo da türlerin yok oluşunu durdurmakla ilgilidir: Karkaslardaki zehirlenme, birçok akbaba türünün popülasyonlarındaki düşüşe önemli ölçüde katkıda bulunmaktadır. Akbabalar yiyecek ararken sosyal stratejiler kullandıklarından, zehirlenmiş bir karkas yüzlerce kuşu öldürebilir. GAIA Girişimi'nden bilim insanları, akbabaların etiketlenmesinin ölümlerin erken tespit edilmesine ve karkasın kaldırılmasına olanak sağladığını göstermiştir. Akbabaların etiketlenmesi ve burada açıklanan yapay zeka boru hatlarının kullanılması, daha fazla ölüm vakasını önemli ölçüde azaltabilir. İkinci olarak, tehdit altındaki türlerin kaçak avlanma olaylarının erken tespiti, kaçak avlanmanın yerel olarak tamamen durdurulmasını sağlayabilir ve neslinin tükenmesiyle mücadeleye önemli ölçüde katkıda bulunabilir.

GAIA Girişiminin çevresel değişiklikler için yüksek teknolojili bir erken uyarı sistemi geliştirme ve uygulamaya koyma hedefine ulaşmak için yeni nesil hayvan künyeleri kilit bir bileşendir. GAIA ekipleri, kamera ve görüntü işleme ile en düşük güçlü sensör teknolojisine sahip minyatür hayvan künyelerinin donanım ve yazılım geliştirmesi üzerinde çalışmaktadır. Künyeler enerjiden bağımsız olacak, akbabaların anatomisine en iyi şekilde uyarlanacak ve davranış tespiti ve görüntü tanıma için yerleşik yapay zekâların yanı sıra uydu tabanlı bir IoT iletişim sistemi gibi geliştirilmekte olan diğer teknolojik özelliklerin temelini oluşturacaktır.

GAIA ayrıca, tıpkı bir sürü gibi hareket eden hayvan künyeleri olan dağıtılmış yapay zeka ve mikro işlemci ağları kavramlarını da geliştirmektedir. GAIA girişimi, doğal sürü zekasına benzer şekilde, mikro işlemcilerden oluşan geçici bir ağda dijital sürü zekasını haritalandırıyor. Kendiliğinden oluşan bu ağlar, büyük miktarda verinin dağıtık ve sensör tabanlı analizi için temel oluşturmaktadır. Bu yolun izlenmesi, örneğin beslenme etkinlikleri sırasında aynı yerde bulunan akbaba etiketlerinin yapay zeka analizleri ve veri iletimi gibi görevleri birbirine bağlamasını ve paylaşmasını mümkün kılacaktır.

Çevresel değişim araştırmalarında ilgi çeken ilgili ekolojik süreçler ve olaylar tipik olarak karasal iletişim altyapılarının ulaşamayacağı uzak bölgelerde meydana gelmektedir. Bu bölgelerde hayvan küpeleri kullanılarak sahada üretilen veriler genellikle yalnızca günler hatta haftalar süren bir gecikmeyle iletilebilmektedir. Bu gecikmenin üstesinden gelmek ve erken uyarı sisteminde gecikme yaşanmamasını sağlamak için GAIA, künyeler için bir uydu iletişim modülünün yanı sıra alçak dünya yörüngesinde (LEO) çalışan bir nanosatellite geliştirmektedir: Toplanan veri ve bilgilerin doğrudan verici düğümden LEO uydusuna (Alçak Dünya Yörüngesi) iletilebilmesi için yeni etiketlere yüksek performanslı bir uydu IoT radyo modülü entegre edilecektir. Bu, elde edilen verilerin anında, güvenli ve enerji tasarruflu bir şekilde iletilmesini garanti eder. İletişim sistemi karasal mioty® teknolojisine dayanmaktadır ve proje için L ve S bandı gibi uyduya özgü frekans bantlarına uyarlanacaktır. IoT sektöründe bazen kullanılan tipik iletişim protokolleri genellikle küçük paket boyutları için tasarlanmıştır. Bu nedenle mioty® sisteminin daha da geliştirilmesi, görüntü aktarımı gibi uygulama senaryolarını mümkün kılmak için veri hızını ve mesaj boyutunu artırmayı da hedefleyecektir.

Uydu IoT sistemi, gecikmesiz iletişim ve dolayısıyla erken uyarı sistemi için kilit öneme sahip olacaktır. GBF'nin 4 numaralı hedefi olan "Yok Oluşu Durdurmak, Genetik Çeşitliliği Korumak ve İnsan-Yaban Hayatı Çatışmalarını Yönetmek" hedefine ulaşmada GAIA sistemine büyük katkı sağlamaktadır.

Dünya çapındaki modern hayvanat bahçeleri ve akvaryumlar, hayvan bakımı, türlerin korunması ve halk eğitimi alanlarındaki uzmanlıklarıyla eşsiz fırsatlar sunmakta ve modern koruma ve bilimsel araştırmalar için güçlü bir temel oluşturmaktadır. GAIA Girişimi, bu kurumlarla yakın işbirliği içinde çalışarak ve onların ürettiği veri ve içgörülerden yararlanarak, in-situ ve ex-situ koruma çabaları arasındaki boşluğu doldurmayı amaçlamaktadır. İnsan bakımı altındaki hayvanlar, türlerin biyolojilerini, davranışlarını ve çevresel değişikliklere verdikleri tepkileri anlamak için değerli modeller olarak hizmet edebilir. Ayrıca, hayvanat bahçelerinin kontrollü koşulları, hayvan kaynaklı sensörler ve yapay zeka sistemleri gibi gelişmiş teknolojilerin vahşi doğada kullanılmadan önce daha öngörülebilir ve erişilebilir ortamlarda geliştirilmesine ve test edilmesine olanak tanır.

Bu yapı taşının temel odak alanları şunlardır:

• Sensör verilerine yönelik yapay zeka boru hattının geliştirilmesi için referans ve eğitim verilerinin oluşturulması. Etiketleri büyük bir büyük kuş kafesinde esaret altındaki akbabalara yerleştirerek ve davranışlarını eşzamanlı olarak kaydederek, yapay zekanın eğitimi için eşleştirilmiş bir veri kümesi oluşturabildik. Eğitilmiş yapay zeka ile beslenme gibi ilgili davranışları tespit etmek için hayvanları gözlemlemeye artık gerek yoktur; yapay zeka, sensör verilerinden davranışları çok güvenilir bir şekilde tahmin edebilir ve bize hedef hayvanların yaşamları boyunca davranışları hakkında içgörü sağlar.
• Eğitim ve halk katılımı: Zoo Berlin, GAIA'nın bulgularını eğitim programlarına entegre etmekte ve medya ilişkileri ve halka erişim konularında işbirliği yaparak biyolojik çeşitliliğin korunması ve teknolojik yenilikler konusunda halkın farkındalığını ve katılımını teşvik etmektedir. Ziyaretçilere en yeni araçlar ve bunların yaban hayatının korunması üzerindeki etkileri tanıtılmaktadır.

Tek tek hayvanlar üzerinde minimum ve yalnızca kesinlikle gerekli etkiye sahip olmak GAIA Girişiminin temel hedefidir. Hem aslanlar hem de akbabalar için Berlin Hayvanat Bahçesi ve Berlin Tierpark'ta kapsamlı test prosedürleri (Alman Hayvan Testleri ve Hayvan Refahı sistemi dahilinde) uygulanmıştır. Teknikler hem hayvanat bahçesi hayvanları hem de vahşi yaşam için veteriner uzmanlar tarafından geliştirilmiş ve test edilmiştir ve güvenli ve katı hayvan refahı hususlarıyla uyumlu olarak kabul edilmektedir. Ayrıca, hem GAIA bünyesinde hem de diğer araştırma grupları tarafından, ilgili türlerin etiketlenmesi ve yakalanmasının etkileri hakkında uzun vadeli deneyim ve veriler bulunmaktadır. Örneğin, akbabaların etiketlenmesinin kuşların refahı, sağlığı veya üremesi üzerinde herhangi bir zararlı etkisi olmadığı kanıtlanmıştır. Akbabaların küpelerle uzun yıllar yaşadıkları, benzer hareket ve yiyecek arama davranışlarına sahip oldukları ve yavruladıkları tespit edilmiştir.

GAIA'nın Berlin Hayvanat Bahçesi ile ortaklığı, GBF'nin 21. hedefi olan "Biyolojik Çeşitlilik Eylemini Yönlendirmek için Bilginin Mevcut ve Erişilebilir Olmasını Sağlamak" anlamında Girişimin iletişim ve bilgi aktarımı hedeflerini de vurgulamaktadır. Bu faaliyet alanı sadece biyoçeşitliliğin korunması ve teknolojik yenilikler konusunda farkındalık yaratmak için daha geniş kitleleri hedeflemekle kalmayıp aynı zamanda ulusal ve uluslararası düzeyde siyasi karar vericileri de hedeflemektedir. GAIA, örneğin Almanya ve Namibya'daki siyasi paydaşlara danışmada ve Belçika'nın Bruges kentinde düzenlenen IUCN Bölgesel Koruma Forumu 2024'e katılmada çok aktif olmuştur.

GAIA Girişimi, geliştirilen erken uyarı sistemi Namibya, Mozambik ve Uganda gibi birçok Afrika ülkesinde yerel parklar ve yetkililerle birlikte uygulamaya konulurken önemli kapasite geliştirme çalışmaları yürütmektedir. Sistem uygulanırken park personeli, ilgili makamlardaki ve bakanlıklardaki görevliler eğitilmektedir. Bu, yerel toplulukların GAIA sistemi ile yakalama, etiketleme ve izleme yapmaları için güçlendirilmesinin yanı sıra belirlenen ön uç kullanılarak erken uyarı hattının uygulanmasını da içerir.

Ayrıca GAIA personeli, koruma ve yaşam bilimleri için yeni teknolojileri desteklemek üzere çeşitli disiplinlerde ve araştırma alanlarında öğrencileri aktif olarak eğitmektedir. Son 6 yılda 250'den fazla öğrenci, GAIA personeli tarafından Namibya Üniversitesi'nde veterinerlik bilimi ve yaban hayatı biyolojisi alanlarında yürütülen kurslara, örneğin insan-yaban hayatı çatışması, hayvan takibinin yanı sıra akbaba, aslan ve sırtlan davranışlarına özel olarak odaklanarak başarıyla katıldı.

Hem profesyonel kapasite geliştirme hem de öğrenci eğitimi, GAIA erken uyarı sistemini büyük ölçüde yalnızca yerel bilgi ve kaynaklarla yürütmelerini sağlamak için doğrudan yerel toplulukları hedeflemektedir. Bu yapı bloğu, GBF'nin 20 numaralı hedefi olan "Biyoçeşitlilik için Kapasite Geliştirme, Teknoloji Transferi ve Bilimsel ve Teknik İşbirliğinin Güçlendirilmesi "ni GAIA Girişiminin merkezine koymaktadır, zira bu blok Girişimin araştırma ve geliştirme kısmının bir eki değil, en başından beri kilit bir eylem alanıdır.