هوش مصنوعی در تلاش رمزگشایی از نحوه ارتباط نهنگ ها

از آنجایی که نهنگ ها برای برقراری ارتباط در اقیانوس صداهای خاص خودشان را برای یکدیگر ایجاد می‌کنند، دانشمندان سعی دارند با کمک هوش مصنوعی تحقیقاتی درباره این حیوانات انجام دهند.

شین گرو که یک زیست‌شناس دریایی است، سعی کرده صداهای مختصر نهنگ‌های اطراف جزیره کارائید دومنیکا را جمع‌آوری کند و امیدوار است با مطابقت دادن آن‌ها بتواند به معناهای آن صداها پی ببرد. گرو یک بوم‌شناس رفتاری وابسته به آزمایشگاه بیوآکوستیک دریایی در دانشگاه آرهوس دانمارک و گروه زیست‌شناسی دانشگاه دالاهو از هالیفاکس نوااسکوشیا کانادا است.

او با تیمی از پروژه CETI که یک سازمان غیرانتفاعی است با هدف استفاده از یادگیری ماشین پیشرفته  و رباتیک برای شنیدن و ترجمه کردن صدای نهنگ‌ها، کار می‌کند. طبق گزارش اخیر نشنال جئوگرافیک، پروژه CETI اخیرا از تلاش پنج‌ساله گرو و همکاری تحقیقاتی با او برای رمزگشایی از صداهای نهنگ‌ها خبر داده است.

این تیم شامل متخصصان زبان‌شناسی، رباتیک، یادگیری ماشین و مهندسی دوربین است. آن‌ها سعی دارند با تکیه بر توانایی هوش مصنوعی که پیش‎تر توانسته یک زبان انسانی را به زبانی دیگر ترجمه کند، بزرگ‌ترین کشف تاریخ در زمینه ارتباط حیوانات را انجام دهند.

این تیم در حال ساخت تجهیزات ویژه ضبط صدا و تصویر بوده که هدف آن‌ها ضبط میلیون‌ها صدای نهنگ و تجزیه‌و‌تحلیل آن‎هاست. این تیم امیدوار است بتواند راز‌و‌رمز ارتباط برقرار کردن نهنگ‌ها از طریق صداهایشان را دریابد.

گرو می‌گوید: «سوالی که پیش می‌آید این است: شما چه می‌خواهید به آن‌ها بگویید؟ اما با این سوال از نکته اصلی دور می‌شویم. این‌طور به نظر می‌آید که آن‌ها درباره ما، قایق‌ها و غیره ارتباط برقرار می‌کنند و ما سعی داریم در این مورد سوالاتی از آن‌ها بپرسیم.»

دانشمندان هنوز نمی‌دانند که آیا نهنگ‌ها قواعد خاصی برای برقراری ارتباط دارند یا نه و تلاششان بر این است که رفتار نهنگ‌ها هنگام شنیدن صداهای مختصر خاص خودشان را رصد کنند. آن‌ها می‌خواهند این کار را با تکیه بر فناوری پردازش زبان طبیعی انجام دهند.

یکی از افراد تیم CETI دیوید گروبر، یک استاد زیست‌شناسی و علوم زیست‌محیطی در دانشگاه نیویورک سیتی است. او در حال‌حاضر یکی از اعضای موسسه رادکلیف دانشگاه هاروارد است و با اطلاع پیدا کردن از برنامه این پروژه، علاقه‌مند به کار بر روی آن شده است. وی درباره این‌که آیا نهنگ‌ها می‌توانند یک سیستم ارتباطی داشته باشند که بتوان آن را زبان نامید، تحقیق می‌کند. تابه‌حال زبان‌شناسان معتقد بودند که نهنگ‌ها برای ارتباط برقرار کردن فاقد زبان هستند و حالا پروژه مشترک گروبر و گرو در تلاش برای رد کردن این موضوع هستند.

همکاران متخصص یادگیری ماشین گروبر از تکنیک‌های هوش مصنوعی برای مطابقت دادن صداهای ضبط شده استفاده کردند و متوجه شدند که این صداها با دقت 94% با هم مطابقات دارند. اما این‌که نهنگ‌ها بدون صدا با هم ارتباط برقرار می‌کنند کار را برای آن‌‎ها دشوارتر کرده است.

گروبر در این‌باره به نشنال جئوگرافیک می‌گوید: «می‌خواهیم تا جایی که ممکن است بدانیم. آب‌و‌هوا چه تاثیری دارد؟ چه کسی با چه کسی صحبت می‌کند؟ 10 کیلومتر آن‌طرف‌تر چه اتفاقی در حال رخ‌دادن است. آیا یک نهنگ مریض، گشنه، حامله یا به دنبال جفت‌گیری است؟ البته می‌خواهیم این‌کار را در شرایطی انجام دهیم که تا حد امکان دیده نشویم.»

تحقیق دانشمندان بر روی نهنگ‌های آلاسکا

تحقیقات مشابهی بر روی نهنگ‌ها در آلاسکا در جریان است. در آن‌جا دانشمندان از یک برنامه یادگیری ماشین برای جمع‌آوری اطلاعات ضروری برای محافظت و بازیابی جمعیت درحال انقراض نهنگ بلوگا کوک اینلت استفاده می‌کنند.

در سال 1979، تعداد نهنگ‌های بلوگا کوک اینتلت روندی نزولی با سرعت زیادی را آغاز کرد. علیرغم این‌که از سال 2008 از این گونه نهنگ‌ها به عنوان گونه در حال انقراض محافظت شده است، هنوز جمعیت آن‌ها روبه کاهش است.

این نهنگ‌ها در قطب شمال و اطراف آن زندگی می‌کنند و در معرض تهدیدات بسیاری مانند آلودگی آب، آب‌و‌هوای متغیر و همچنین فعالیت‌های مخرب ماهیگیران روبه‌رو هستند. آلودگی صوتی زیر آب توانایی برقراری ارتباط آن‌ها را مختل کرده و این یکی از بزرگ‌ترین نگرانی‌هاست. بسیاری از مناطق آلاسکا با ترافیک کشتی‌ها مواجه هستند و فعالیت‌های زیادی در زمینه اکتشاف نفت و گاز و همچنین ساخت‌و‌ساز زیر دریا آنجا انجام می‌شود که صداهای زیادی تولید می‌کنند.

با این وجود اما دانشمندان در تلاشند تا بفهمند این نوع نهنگ در چه شرایطی و به چه صورتی ارتباط برقرار می‌کند تا شاید از این روش بتوانند مانع از انقراض نسل آن‌ها شوند. آن‌ها به وسیله ضبط صداهای این نهنگ‌ها توانسته‌اند داده‌های زیادی جمع‌آوری کنند و سعی دارند بفهمند فعالیت‌های انسانی چطور ارتباط بین نهنگ‌ها را مختل کرده است.

آن‌ها برای کشف نحوه برقراری ارتباط نهنگ‌ها از یک سری الگوریتم اساسی استفاده کرده‌اند. اما الگوریتم‌ها در مناطق پرسر‌و‌صدا عملکرد قابل‌قبولی ندارند. تشخیص صداهای ضعیف نهنگ بلوگا از سیگنال‌هایی مانند شکستن یخ‌ها، پروانه کشتی‌ها و سایر موجودات زیر آب، برای این الگوریتم‌ها دشوار است. هرچند که دانشمندان در تلاشند تا با بهینه کردن الگوریتم‌هایشان بتوانند صداهای دیگر را برای هوش مصنوعی قابل تشخیص و از صدای نهنگ بلوگا تفکیک کنند. آن‌ها تابه‌حال ماه‌ها برای این‌کار وقت گذاشته‌اند.

در سال جاری میلادی دانشمندان NOAA درحال همکاری با متخصصان هوش مصنوعی مایکروسافت برای آموزش سیستم‌های هوش مصنوعی با استفاده از تکنیک یادگیری ماشین هستند. این خسته‌کننده‌ترین، گران‌ترین و البته وقت‌گیرترین قسمت تجزیه‌و‌تحلیل داده است و قرار است صدای نهنگ‌ها از صداهای دیگر زیر آب تفکیک شود.

مانوئل کاستلوته از شیلات NOAA که در این تحقیق با دانشگاه واشنگتون و موسسه مطالعات اتمسفر و اقیانوس‌ها، همکاری می‌کند، می‌گوید: «با یادگیری عمیق فاصله زیادی با درک این دانش نداریم که مغز انسان چطور کار می‌کند و تاکنون نتایج فراتر از انتظار ما بوده‌اند. نمونه طبقه‌بندی یادگیری ماشین در مقایسه با طبقه‌بندی دانشمندان 96% دقت بالاتری داشته است و در این پروسه اطلاعاتی به دست آمده که انسان‌ها آن‌ها را از دست داده بودند. ما انتظار نداشتیم یادگیری ماشین بتواند مانند انسان کار کند و حالا شواهد نشان می‌دهد که حتی بهتر از انسان کار کرده است.»

مدل یادگیری ماشین بسیار دقیق است و می‌تواند حجم عظیمی از داده‌ها را با سرعت زیاد پردازش کند. کاستلوته در این‌باره می‌گوید: «یک مجموعه داده با 6 تا 8 ماه ضبط صدا نیاز به 10 تا 15 روز زمان برای طبقه‌بندی دستی دارد. اما با ابزارهای یادگیری ماشین نظارت نشده این کار تنها یک روز نیاز به زمان دارد.»

دان موریس، دانشمند اصلی تیم هوش مصنوعی مایکروسافت می‌گوید: «سنسورهای از راه دور ما توانستند در توانایی نظارت بر جمعیت حیات وحش انقلابی برپا کنند. اما داده‌های خام زیادی هم تولید کرده‌اند. برای تجیزه‌و‌تحلیل این داده‌ها از هوش مصنوعی استفاده می‌‎شود و این‌کار باعث بهبود کارایی ما شده است. در این شرایط دانشمندان می‌توانند به جای برچسب‌گذاری داده‌ها به امور علمی بپردازند.»

دانشگاه سیمون فریزر در حال تحقیق بر روی صداهای نهنگ قاتل

در تلاش دیگری محققان دانشگاه سیمون فریزر در بریتیش کلمبیا کانادا، از هوش مصنوعی و یادگیری ماشین برای طبقه‌‎بندی صداهای نهنگ‌ها استفاده کردند. هدف آن‌ها ایجاد یک سیستم هشداردهنده برای کمک به حفاظت از نهنگ‌های قاتل در معرض خطر انقراض دربرابر حملات بالقوه مرگبار است.

روت جوی، یک بوم‌شناس آماریو مدرس دانشکده علوم محیطی سیمون فریزر در بیانیه‌ای مطبوعاتی اعلام کرد نهنگ‌های قاتل ساکن جنوب، گونه‌ای در معرض خطر انقراض هستند و این در حالی است که مردم علاقه زیادی به این حیوانات دارند. آن‌ها دوست دارند ببینند از این پستانداران دریایی محافظت می‎شود و ما همه تلاشمان را می‌کنیم تا اطمینان حاصل کنیم که دریا برای آن‌ها خانه خوبی است.

همچنین برگنر، همکار تحقیقات علوم رایانه در Big Data Hub دانشگاه سیمون فریزر، مدعی شده که از داده‌های صوتی برای آموزش رایانه استفاده می‌شود تا ماشین بتواند متوجه شود کدام صدا مربوط به کدام گونه گیاهی یا جانوری است. این پروژه متخصصانی از زمینه‌های زیست‌شناسی، آمار و یادگیری ماشین را گردهم آورده است. بنا به گفته برگنر، آن‌ها در حال توسعه سیستمی هستند که باعث همکاری بین متخصصان انسانی و الگوریتم‌ها شده است.

انواع کاربردهای هوش مصنوعی در صنایع مختلف را در هوشیو بخوانید.