با کاربرد هوش مصنوعی در زیست شناسی بالاخره می‌‌فهمیم پشه‌ها روزها کجا می‌روند!

کاربرد هوش مصنوعی در زیست شناسی با ترکیب شدن با فناوری‌های رایانه‌ای پیشرفته بهینه شده و ابزارهای قدرتمندی برای شناسایی حشرات در اختیار زیست‌شناسان قرار می‌دهد. ترکیب این‌ دو نتایج مهمی خواهد داشت که در ادامه مطلب به آن خواهیم پرداخت.

این رویکرد افق‌های جدیدی را پیش‌روی زیست‌شناسی قرار می‌دهد و ترکیب هوش مصنوعی و فناوری‌های رایانه‌ای به معنی تشریح سریع‌تر گونه‌های ناشناخته و ردیابی نشانه‌های حیاتی حشره‌ها در طول زمان و مکان‌های مختلف است.

حشرات متنوع‌ترین گونه جانوری بر روی زمین هستند که تا کنون بخش اندکی از آنها کشف و به صورت رسمی طبقه‌بندی شده است. هنوز خیلی از گونه‌های حشرات ناشناخته باقی مانده‌اند و در آینده نزدیک هم احتمال کشف آن‌ها اندک است.

تنوع در میان گونه‌های مختلف حشرات به معنی تاریخ مختلف زیستی و نقش‌های زیست‌بومی متنوع در میان حشرات است. مثلا مگس گلزار در منطقه گرین‌لند زندگی کاملا متفاوتی با آخوندک جنگل‌های موسومی برزیل دارد. با این حال، در میان این دو هم گونه‌های بسیار با مشخصه‌های متفاوت وجود دارد.

استفاده از هوش مصنوعی در زیست شناسی می‌تواند گزینه خوبی برای جستجو، شناسایی و شمارش این حجم از حشره باشد که نقش و تعاملات هر گونه را به تصویر می‌کشد. اما بدون استفاده از فناوری، این فرایند زمان‌بر توانایی دانشمندان زیست‌شناسی برای دستیابی به نتایج کاربردی درباره فاکتورهای بیرونی تاثیرگذار بر زندگی حشرات را محدود کرده است.

در همین رابطه پژوهش جدیدی که در نشریه آکادمی ملی علوم منتشر شده نشان می‌دهد استفاده از هوش مصنوعی در زیست شناسی، البته در کنار سایر فناوری‌‌‌های نوین به سرعت و به شکل موثری به شناسایی و شمارش گونه‌های حشرات کمک می‌کنند. این گام بزرگی برای زیست‌شناسان در جهت درک چگونگی تغییر رفتار گروه‌های حیوانات مخصوصا حشره‌ها به رویدادهایی مثل کاهش قلمرو و تغییرات آب و هوایی در طول زمان است.

 یادگیری عمیق در خدمت زیست‌شناسی

گروه بزرگی از زیست‌شناسان، متخصصان آمار، مهندسان مکانیک، برق و نرم‌افزار در پروژه‌ای کار می‌کنند که هدفش استفاده از کاربردهای هوش مصنوعی برای مدیریت گونه‌های حشرات بر روی زمین است. «توکی‌ تی‌هویی» به عنوان سرپرست این پروژه درباره آن گفته است: «با کمک فناوری در دوربین‌های پیشرفته، امکان جمع‌آوری میلیون‌ها عکس از مراتع و جنگل‌ها به دست آمده است. در همین حین رایانه‌ها با الگوریتم‌های یادگیرنده تفاوت بین گونه‌های مختلف در تصاویر را تشخیص می‌دهند و به سرعت آنها را می‌شمارند. به این ترتیب نیازی به حضور انسان در قلمرو حشرات برای بررسی آنها یا استفاده از میکروسکوپ برای تشخیص و شمارش نمونه‌های جمع‌آوری شده نیست.» پروفسور تی‌هویی از گروه زیست‌شناسی و مطالعات قطب‌شمال دانشگاه آرهوس دانمارک امیدوار است تا با ترکیب هوش مصنوعی، زیست‌شناسی و سایر فناوری‌های نوین یافته‌های کارآمدی از این پژوهش در اختیار جوامع علمی قرار بگیرد.

روش‌های تحقیق استفاده شده در این پروژه تحت اصطلاح یادگیری عمیق دسته‌بندی شده و عمدتا همان‌هایی هستند که در توسعه خودروهای خودران مورد استفاده قرار گرفته‌اند. پژوهشگران اعتقاد دارند استفاده از این روش‌ها جایگزین مناسبی برای کارهای دستی از جمله مشاهده حشرات در زیستگاه طبیعی آن‌ها و همچنین مرتب‌سازی و شناخت نمونه‌های انواع گونه‌هاست.

پروفسور توکی تی‌هویی در بخش دیگری از صحبت‌هایش گفت: «ما می‌توانیم از روش‌های یادگیری عمیق برای یافتن سوزن در انبار کاه استفاده کنیم. به عبارت دیگر نمونه‌های بسیار نادر از گونه‌‌های شناخته نشده در بین گونه‌های رایج آسان‌تر شناسایی می‌شوند. در آینده نزدیک تمام کارهای غیر مهم در پژوهش‌های زیست‌شناسی توسط رایانه‌ها انجام می‌شود و ما می‌توانیم بر روی وظایف مهم‌تری از جمله توصیف گونه‌های جدید و تفسیر گسترده نتایجی که به دست آمده متمرکز شویم.»

البته وظایف مهمی مانده که در آینده ترکیب هوش مصنوعی در زیست شناسی و حشره‌شناسی باید در نظر گرفته شوند. در واقع مطالعه بر روی حشرات و سایر بی‌مهره‌گان خود تشکیل دهنده شاخه‌ای از علم با نام حشره‌شناسی است که در حال حاضر از یک معضل رنج می‌برد. عدم وجود پایگاه‌های علمی برای مقایسه گونه‌های قبلی با گونه‌های جدید که علت آن توجه بیشتر زیست‌شناسی به گونه‌های شناخته شده‌تری مثل پرندگان و پستانداران است. اما با ورود روش‌های یادگیری عمیق به این عرصه انتظار می‌رود پیشرفت‌های چشمگیری در علم حشره‌شناسی رخ دهد.

جایگاه مهم بازه زمانی در نمونه‌گیری از حشرات برای مطالعه

دسترسی به داده‌هایی که در یک بازه زمانی طولانی مدت جمع‌آوری شده در کنار استفاده از هوش مصنوعی در زیست شناسی و یادگیری عمیق به زیست‌شناسان امکان می‌دهد تا یافته‌های دقیق‌تری درباره رفتارهای حشرات داشته باشند.

برای مثال انقراض یا برعکس افزایش جمعیت در گونه‌های مختلف حشره‌ها اگرچه داده‌ مهمی است اما بدون بررسی طولانی مدت در طی چند سال نمی‌تواند قابل اعتماد باشد.

یک روش جدید برای حل این چالش نصب دوربین در زیستگاه‌های حشرات و تصویربرداری مستمر و دقیقه به دقیقه از آن‌ها برای مدت چندین سال است. با این ابتکار حجم زیادی از داده جمع‌آوری خواهد شد که با تفسیر آن‌ها می‌توان نتیجه گرفت حشرات چه عکس‌العملی نسبت به گرم شدن هوا یا تغییرات محیطی با منشأ انسانی داشته‌اند. این داده‌ها می‌توانند ابزار سودمندی برای ایجاد تعادل میان استفاده انسان از منابع طبیعی و حفاظت از آن منابع باشند.

پروفسور توکی تی‌هویی که مسئولیت هدایت پروژه استفاده از قابلیت‌های هوش مصنوعی در زیست شناسی و حشره‌شناسی را بر عهده دارد فکر می‌کند رسیدن به چنین راهکارهایی هنوز مخاطره‌آمیز است. با این حال پژوهشی که او و همکارانش انجام خواهند داد چندرشته‌ای است و به همکاری موفقیت‌آمیز بین زیست‌شناسان و مهندسان وابسته خواهد بود.

انواع کاربردهای هوش مصنوعی در صنایع مختلف را در هوشیو بخوانید