Eine KI-fähige Drohne könnte bald zum Erzfeind jedes Nashorn-Wilderers werden

Sie brauchen Inspiration? Lassen Sie sich von einem zwei Tonnen schweren afrikanischen Spitzmaulnashorn jagen.

Zu Beginn ihrer Karriere stießen die Wildtierbiologin Zoe Jewell und ihr Team auf eine Nashornmutter und ihr Kalb und gingen vorsichtig näher heran, um einen besseren Blick zu bekommen.

Das beschützende Mutternashorn stürmte los und jagte Jewell durch die staubige Savanne. Schließlich bekam Jewell einen dünnen Dornbusch zwischen sich und das Nashorn. Ihr Herz raste.

„Ich dachte mir: ‚Das muss doch besser gehen‘“, sagt sie.

Als jüngstes Beispiel dafür, wie Forscher wie Jewell die neuesten Technologien einsetzen, um Tiere weniger invasiv zu verfolgen, hat ein Forscherteam vorgeschlagen, hochfliegende, mit KI ausgestattete Drohnen zu nutzen. Diese werden von der NVIDIA Jetson Edge-KI-Plattform angetrieben, um dem gefährdeten Spitzmaulnashorn durch die namibische Wildnis zu folgen.

Drohnen-basierten KI zum Schutz der Nashörner in Namibia

In einem Artikel, der diesen Monat in der Zeitschrift PeerJ veröffentlicht wurde, zeigen die Forscher das Potenzial der Drohnen-basierten KI, Tiere selbst in den entlegensten Gebieten zu identifizieren und Echtzeit-Updates über ihren Status aus der Luft bereitzustellen.

„Wir müssen in der Lage sein, immer einen Schritt voraus zu sein“, sagte Jewell, Mitbegründer von WildTrack, einem globalen Netzwerk von Biologen und Naturschützern, das sich der nicht-invasiven Überwachung von Wildtieren verschrieben hat.

Jewell, Präsident und Mitbegründer von WildTrack, hat einen B.Sc. in Zoologie/Physiologie, einen M.Sc. in medizinischer Parasitologie von der London School of Tropical Medicine and Hygiene und einen Abschluss in Veterinärmedizin von der Cambridge University. Sie hat lange nach weniger invasiven Wegen gesucht, um gefährdete Arten wie das afrikanische Spitzmaulnashorn aufzuspüren und zu schützen.

Neben Jewell gehören zu den Autoren des Papiers Spezialisten für Naturschutzbiologie und Datenwissenschaft an der UC Berkeley, der Universität Göttingen in Deutschland, dem Kuzikus Wildlife Reserve in Namibia und der Duke University.

Spitzmaulnashörner - Vom Aussterben bedroht

Es geht um viel. Die großen Säugetiere der afrikanischen Megafauna sind zu Ikonen geworden, auch wenn die globale Biodiversität abnimmt.

Jewell fasst die Problematik zusammen: „Nur 5.500 Spitzmaulnashörner befinden sich zwischen der Erhaltung und dem Ausserbern dieser großartigen Art, die schon Jahrmillionen länger auf der Erde leben, als der Mensch"

Zu großen Zielen für Wilderer wurden Nashörner und auch Elefanten, weil sich ihr Hörner und Stoßzähne für riesige Summen verkaufen lasssen, berichten die Autoren der Zeitung. Nashornhörner zum Beispiel kosten Berichten zufolge bis zu 65.000 US-Dollar pro Kilogramm.

Um die Wilderei zu unterbinden, müssen Wildtiermanager wirksame Schutzmaßnahmen ergreifen. Dies wiederum hängt davon ab, schnell zuverlässige Daten zu erhalten.

Die Herausforderung: Viele aktuelle Überwachungstechnologien sind invasiv, teuer oder unpraktisch.

Die Satellitenüberwachung ist ein potenzielles Instrument für die größten Tiere – wie Elefanten. Die Erkennung kleinerer Arten erfordert jedoch eine Bildgebung mit höherer Auflösung.

Und die traditionelle Praxis, Nashörner zu fangen, den Tieren ein Funkhalsband anzulegen und sie dann freizulassen, kann für Mensch und Nashorn stressig sein.

Über allem: Wenn Sie Nashörner von oben beobachten, bleiben die Tiere ungestört, während freundliche Menschen über Bedrohungen informiert werden.

Es wurde sogar festgestellt, dass es die Fruchtbarkeit von gefangenen Nashörnern beeinträchtigt.

Hochfliegende Drohnen werden bereits eingesetzt, um Wildtiere unauffällig zu studieren.

Aber Nashörner leben meistens in Gebieten mit schlechten drahtlosen Netzwerken, sodass Drohnen Bilder nicht in Echtzeit zurückstreamen können. Infolgedessen müssen Bilder heruntergeladen werden, wenn die Drohnen zu den Forschern zurückkehren, die dann die Bilder durchkämmen müssen, um die Bestien zu identifizieren.

Die sofortige Identifizierung von Nashörnern an Bord einer Drohne und die Alarmierung der Behörden vor der Landung würde eine schnelle Reaktion auf Wilderer sicherstellen.

„Sie können sofort eine Benachrichtigung erhalten und Einheiten dorthin entsenden, wo sich diese Tiere befinden“, sagte Jewell. „Mit Wärmesignaturen könnte man diese Tiere sogar nachts schützen.“

Die Lösung: Besser Nashorn-Drohnen für logistische Herausforderungen

Zu diesem Zweck schlagen die Autoren des Papiers vor, ein NVIDIA Jetson Xavier NX Modul an Bord einer Parrot Anafi-Drohne zu verwenden. Die Drohne kann sich mit den drahtlosen Netzwerken relativ schlechter Qualität verbinden, die in Gebieten verfügbar sind, in denen Nashörner leben, und Benachrichtigungen liefern, wenn die Zielart gesichtet wird.

Um die KI der Drohne zu bauen, verwendeten die Forscher eine YOLOv5l6-Objekterkennungsarchitektur. Sie trainierten es darauf, einen Begrenzungsrahmen für eines von fünf interessierenden Objekten in einem Videoframe zu identifizieren.

Die meisten der für das Training verwendeten Bilder wurden im Kuzikus Wildlife Reserve in Namibia gesammelt, einem etwa 100 Quadratkilometer großen Gebiet am Rande der Kalahari-Wüste.

Da in der Coronazeit die Touristen wegblieben, berichtet Jewell, dass ihre Kollegen in Namibia viel Zeit hatten, Trainingsbilder für die KI zu sammeln.

Die Forscher verwendeten mehrere Technologien, um die Leistung zu optimieren und die Herausforderung kleiner Tiere in den Daten zu überwinden. Diese Techniken schlossen Bilder anderer Arten in die Trainingsdaten der KI ein und emulierten Feldbedingungen mit vielen Tieren.

Sie verwendeten Datenvermehrungstechniken wie generative gegnerische Netzwerke, um die KI mit synthetischen Daten zu trainieren, schrieben die Autoren des Papiers. Und sie trainierten das Modell auch auf einem Datensatz mit vielen Arten von Gelände und Bildern, die aus verschiedenen Winkeln und Lichtverhältnissen aufgenommen wurden.

Betrachtet man Aufnahmen von Nashörnern, die in freier Wildbahn gesammelt wurden, identifizierte die KI Spitzmaulnashörner – das Hauptziel der Studie – in 81 Prozent der Fälle und Giraffen in 83 Prozent der Fälle, berichteten sie.

Drohnen-Tracking-System für die Freie Wildbahn

Der nächste Schritt: dieses System in freier Wildbahn zum Laufen zu bringen, wo Naturforscher bereits alles von Kameras bis hin zu Funkhalsbändern einsetzen, um Nashörner aufzuspüren.

Viele der Techniken kombinieren die neueste Technologie mit alten Praktiken. Dies wiederum hängt davon ab, schnell zuverlässige Daten zu erhalten.

Sky Alibhai, Mitbegründer von Jewell und WildTrack, haben bereits ein System entwickelt, FIT, das ausgeklügelte neue Techniken zur Analyse von Tierspuren verwendet. Die Software, die ursprünglich mithilfe von Morphometrie – oder der quantitativen Analyse der Form eines Tieres – mit der statistischen Analysesoftware von JMP entwickelt wurde, verwendet jetzt die neuesten KI-Techniken.

Alte Kunst des Spurenlesens hat Ähnlichkeiten mit neuster Tracking Technologie

Jewell sagt, dass sich die moderne Wissenschaft und die alte Kunst des Aufspürens viel ähnlicher sind, als Sie vielleicht denken.

„Wenn Sie einem Fußabdruck folgen, stellen Sie wirklich die Ursprünge der Wissenschaft wieder her, die die Menschheit geformt hat“, sagte Jewell. „Du entscheidest, wer diesen Fußabdruck gemacht hat, und du folgst einer Spur, um zu sehen, ob du richtig liegst.“

Sky Alibhai, Mitbegründer von Jewell und WildTrack, haben bereits ein System entwickelt, FIT, das ausgeklügelte neue Techniken zur Analyse von Tierspuren verwendet (siehe Bild einer Nashornspur, links). Die Software, die ursprünglich mithilfe von Morphometrie – oder der quantitativen Analyse der Form eines Tieres – mit der statistischen Analysesoftware von JMP entwickelt wurde, verwendet jetzt die neuesten KI-Techniken.

Jewell und ihre Kollegen arbeiten nun daran, ihre Arbeit einen weiteren Schritt voranzubringen und Drohnen einzusetzen, um Nashornspuren in der Umgebung zu identifizieren.

„Ohne sie überhaupt am Boden zu sehen, können wir eine Karte erstellen, wohin sie gehen, und miteinander interagieren, um zu verstehen, wie wir sie am besten schützen können“, sagt Jewell.