سارا بری، استادیار گروه مهندسی برق و علوم کامپیوتر در MIT، با هدف حل چالش‌های زیست‌محیطی به این مؤسسه پیوست. او در تحقیقات خود از بینایی کامپیوتری، یادگیری ماشینی و علوم داده استفاده می‌کند تا مشکلات واقعی در زمینه حفاظت از محیط‌زیست و توسعه پایدار را حل کند. تمرکز اصلی او بر پایش جهانی محیط‌زیست و تنوع زیستی است.
در شمال غربی اقیانوس آرام، ماهی سالمون تأثیر زیادی بر اکوسیستم‌های محلی دارد. سالانه میلیون‌ها ماهی سالمون برای تخم‌ریزی مهاجرت می‌کنند، سفری که در بستر رودخانه‌های آب شیرین آغاز می‌شود. پس از بلوغ در اقیانوس، این ماهی‌ها به رودخانه‌های زادگاه خود بازمی‌گردند و پس از تخم‌گذاری، از بین می‌روند و مواد مغذی ارزشمندی را به اکوسیستم خود بازمی‌گردانند.
این ماهی‌ها از نظر اقتصادی و فرهنگی نیز اهمیت زیادی دارند. شیلات تجاری و تفریحی سالمون به اقتصاد محلی کمک می‌کند، و برای جوامع بومی، سالمون نه تنها منبع غذایی است، بلکه جایگاه مهمی در سنت‌ها و آیین‌هایشان دارد.
پایش مهاجرت سالمون
فعالیت‌های انسانی مانند صید بی‌رویه، توسعه نیروگاه‌های برق‌آبی، تغییرات اقلیمی و تخریب زیستگاه‌ها تأثیر زیادی بر جمعیت سالمون داشته است. پایش دقیق تعداد این ماهی‌ها در مسیر مهاجرتشان به رودخانه زادگاه، برای مدیریت شیلات و تضمین تعادل اکولوژیکی ضروری است.
بری در حال هدایت یک پروژه تحقیقاتی است که هدف آن بهینه‌سازی فرآیند پایش سالمون با استفاده از بینایی کامپیوتری است. این پروژه، که با حمایت مالی آزمایشگاه سیستم‌های آب و غذای عبد اللطیف جمیل (J-WAFS) در MIT انجام می‌شود، تلاش دارد از فناوری برای نظارت و تحلیل داده‌های مربوط به مهاجرت سالمون استفاده کند.
پیش از این، شمارش سالمون به‌صورت دستی توسط ناظران انجام می‌شد. در دهه‌های اخیر، سیستم‌های سونار زیرآبی برای شمارش این ماهی‌ها به کار گرفته شده‌اند. اما این روش همچنان به نیروی انسانی نیاز داشته و زمان‌بر است.
برای حل این مشکل، تیم تحقیقاتی داده‌های ویدیویی را از دوربین‌های سونار در نقاط مختلف جمع‌آوری و یک مدل بینایی کامپیوتری را با این داده‌ها آموزش داده است. این مدل می‌تواند ماهی‌ها را شناسایی و مسیر حرکت آن‌ها را بررسی کند. در برخی از رودخانه‌هایی که این سیستم آموزش دیده است، نرخ اشتباه شمارش تنها ۳ تا ۵ درصد بوده است، که بسیار پایین‌تر از حد قابل قبول ۱۰ درصدی تعیین‌شده توسط ذینفعان پروژه است.
آزمایش و استقرار فناوری جدید
یکی از مکان‌هایی که این فناوری مورد استفاده قرار گرفته، رودخانه کلامت است. این رودخانه اخیراً پس از حذف چهار سد تاریخی، بازسازی شده و مسیر ۲۴۰ مایلی آن اکنون برای ماهی‌ها قابل دسترس است. تیم پژوهشی با همکاری سازمان California Trout تلاش دارد مدل‌های تشخیص سالمون را با شرایط جدید این رودخانه تطبیق دهد.
با این حال، سازگاری مدل شمارش سالمون با محیط‌های جدید چالش‌برانگیز است. عواملی مانند ویژگی‌های بستر رودخانه، شفافیت آب و شرایط نور می‌توانند نتایج مدل را تحت تأثیر قرار دهند. هنگام استقرار این سیستم در رودخانه‌هایی که داده‌های قبلی از آن‌ها وجود ندارد، میزان خطای شمارش از ۱۵ تا ۲۰ درصد افزایش می‌یابد.
برای حل این مشکل، محققان الگوریتمی برای تطبیق خودکار سیستم با شرایط جدید توسعه داده‌اند که این خطا را به ۱۰ تا ۱۵ درصد کاهش می‌دهد. این پیشرفت، امکان استقرار سیستم در نقاط مختلف را بدون نیاز زیاد به دخالت انسانی فراهم می‌کند.
مدیریت هم‌زمان با استفاده از “جعبه ماهی” (Fishbox)
یکی از چالش‌های این پروژه، ایجاد زیرساخت مناسب برای پردازش داده‌های ویدیویی بود. روش‌هایی مانند انتقال داده‌ها به فضای ابری یا ارسال فیزیکی هارددیسک زمان‌بر و ناکارآمد هستند. تیم تحقیقاتی برای حل این مشکل، دستگاهی کم‌مصرف به نام “جعبه ماهی” (Fishbox) طراحی کرده است.
جعبه ماهی یک رایانه کوچک و سبک است که می‌تواند به لپ‌تاپ‌ها و دوربین‌های سونار متصل شود. این دستگاه قادر به پردازش داده‌ها در محل است و از طریق آن، مدیران شیلات می‌توانند تصمیمات را در زمان واقعی اتخاذ کنند، که در مقایسه با روش‌های قبلی، کارایی بیشتری دارد.
توسعه جامعه و همکاری گسترده
تیم تحقیقاتی قصد دارد شبکه‌ای گسترده از محققان، سازمان‌های دولتی و جوامع بومی برای پایش سالمون در منطقه ایجاد کند. در ژوئن گذشته، این گروه کارگاهی در سیاتل برگزار کرد که در آن نمایندگانی از سازمان‌های غیردولتی، قبایل بومی و ادارات دولتی حضور داشتند. این رویداد فرصتی برای اشتراک دانش و تبادل ایده‌ها در مورد استفاده از سیستم‌های سونار خودکار جهت پایش سالمون بود.
آینده پژوهش
تیم تحقیقاتی MIT با بهبود سیستم بینایی کامپیوتری، توسعه فناوری‌های نوین و همکاری با جوامع محلی، گام‌های مؤثری در مدیریت دقیق‌تر شیلات و حفظ سلامت اکوسیستم برداشته است. حمایت مالی آزمایشگاه J-WAFS نقش مهمی در پیشرفت این پروژه داشته و به تیم کمک کرده است تا مطالعات خود را توسعه دهند.
بری می‌گوید: “بودجه تحقیقاتی J-WAFS این امکان را به ما داد که همچنان به این پروژه بپردازیم و دامنه تحقیقات را گسترش دهیم. این یک پروژه مهم و تأثیرگذار است که می‌تواند به مدیریت پایدار منابع آبی و شیلات کمک کند.”
با ورود به دهمین سالگرد تأسیس، J-WAFS همچنان به حمایت از پروژه‌های نوآورانه ادامه خواهد داد و به دنبال ارائه راهکارهای عملی برای چالش‌های جهانی آب و غذا است.
منبع: MIT News