Beeld deur NASA se Aarde

Namate rekenaars slimmer word, kyk wetenskaplikes na nuwe maniere om hulle te beskerm in omgewingsbeskerming.

As jy aan kunsmatige intelligensie dink, is die eerste beeld wat waarskynlik aan die lig kom, een van die sentrale robots wat soos mense loop, praat en emoteer. Maar daar is 'n ander soort AI wat in feitlik al die wetenskappe voorkom. Dit staan ​​bekend as masjienleer, en dit draai om rekenaars in die taak om te sorteer deur die massiewe hoeveelhede data wat moderne tegnologie ons toegelaat het om te genereer (ook bekend as "groot data").

Een van die plekke waar masjienleer blyk te wees, is die voordeligste in die omgewingswetenskappe, wat groot hoeveelhede inligting opgewek het om byvoorbeeld die verskillende stelsels van die Aarde te monitor - ondergrondse waterdraers, die warm klimaat of diere migrasie. 'N Hele aantal projekte is op hierdie relatief nuwe veld, bekend as rekenkundige volhoubaarheid, wat data versamel oor die omgewing kombineer, met die vermoë van 'n rekenaar om tendense te ontdek en voorspellings te maak oor die toekoms van ons planeet. Dit is nuttig vir wetenskaplikes en beleidmakers omdat dit hulle kan help om planne te ontwikkel vir hoe om te lewe en te oorleef in ons veranderende wêreld. Hier is 'n blik op net 'n paar.

Vir die voëls en olifante

Cornell University blyk die leiding te gee in hierdie nuwe grens, waarskynlik omdat dit 'n Instituut vir Rekenaarvolhoubaarheidy en ook omdat die hoof van die instituut, Carla P. Gomes, een van die pioniers van rekenpligtige volhoubaarheid is. Gomes sê die veld het begin om 2008 toe die Nasionale Wetenskapstigting 'n toekenning van US $ 10 miljoen toegeken het om rekenaarwetenskaplikes te stoot na navorsing wat sosiale voordeel gehad het. Sedertdien het haar span - en spanne van wetenskaplikes regoor die wêreld - die idee geneem en daarmee hardloop.

Een belangrike gebied waar masjienleer die omgewing kan help, is met spesiebewaring. In die besonder het die Cornell-instituut saam met die Cornell Lab of Ornithology gewerk om die ongelooflike ywer van voëlkykers met wetenskaplike waarneming te kombineer. Hulle het 'n app genaamd ontwikkel eBird Dit laat gewone burgers toe om inligting oor die voëls wat hulle rondom hulle waarneem, in te dien, soos hoeveel verskillende spesies op 'n gegewe plek gevind kan word. Tot dusver, sê Gomes, het hulle meer as 300,000-vrywilligers meer as 300 miljoen waarnemings ingedien, wat meer as 22 miljoen ure veldwerk beloop.

Hierdie animasie van boomkwale se jaarlikse migrasie toon hoe rekenkundige volhoubaarheidstegnieke gebruik kan word om populasieverskille oor ruimte en tyd te voorspel. Image deur Daniel Fink, Cornell Lab. van Ornitologie

Die kombinasie van die data wat van eBird ingesamel is, met die laboratorium se eie waarnemingsdata en inligting oor die spesiesverspreiding wat van afstandswaarnemingsnetwerke verkry word, gebruik die instituut se modelle-masjien om te voorspel waar veranderinge in habitat vir sekere spesies en die paadjies waarlangs voëls beweeg migrasie.

"Daar is groot gapings waar ons nie waarnemings het nie, maar as u die patrone van voorkoms en afwesigheid verband hou, sien ons dat hierdie voëls soos 'n sekere soort habitat en dan kan ons veralgemeen," sê Gomes. "Ons gebruik regtig gesofistikeerde modelle - algoritmes van masjienleer - om te voorspel hoe die voëls versprei word."

Hulle kan dan hul voorspellings met beleidmakers en bewaringsbeamptes deel, wat dit kan gebruik om besluite te neem oor hoe om die beste habitat te beskerm.

Byvoorbeeld, sê Gomes, gebaseer op inligting wat deur eBird versamel is en deur die vennootskap verwerk word, het The Nature Conservancy 'n "Omgekeerde veiling" in droogte-geteisterde dele van Kalifornië, om rysboere te betaal om water in hul lande te behou wanneer voëls waarskynlik 'n migrasie sal hê en 'n oorblywende habitat sal hê. "Dit is slegs moontlik omdat ons gevorderde berekeningsmodelle het wat ons akkurate inligting gee oor hoe voëls versprei word," sê Gomes.

Voëls is nie die enigste navorsingsgebied nie. Baie van die instituut se werk hou verband met wildbewaring. Dit luister na ure se bosopnames om die ligging van olifantoproepe en stropers se geweerskote te bepaal, byvoorbeeld, of om grizzlybars te volg om 'n gang te ontwikkel wat hulle kan gebruik om veilig deur die wildernis te beweeg.

Oping die PACE

By NASA se Goddard Space Flight Center gebruik navorsingswetenskaplike Cecile Rousseaux masjienleer om die verspreiding van fytoplankton (ook bekend as mikroalge) in die oseane beter te verstaan. Hierdie mikroskopiese plante dryf op die oppervlak van die see en produseer baie van die suurstof wat ons asemhaal. Hulle vorm die grondslag van Oceanic Food Web. Hulle gebruik ook koolstofdioksied en wanneer hulle sterf, dra die koolstof saam met hulle terwyl hulle sink na die oseaanvloer.

"As ons nie fytoplankton gehad het nie, sou ons 'n groter toename in koolstofdioksied sien as ons sien," sê Rousseaux. As gevolg hiervan is hul algehele status noodsaaklike inligting vir navorsers wat probeer om die effek van veranderinge in atmosferiese CO te verstaan₂ op ons planeet.

{{youtube}eM5lX9RQzZ4{/youtube}

Rousseaux gebruik satellietbeelde en rekenaarmodellering om die huidige en toekomstige toestande van die wêreld se oseaanplanteplankton te voorspel. Op die oomblik is die model slegs in staat om die totale aantal mikroalge wat op Aarde woon, te skat en hoe dit totaal oor tyd verander. Maar 'n nuwe satellietmissie genaamd TEMPO (vir "Pre-Aerosol Clouds and Ocean Ecosystem"), wat in 2022 bekend gestel word, sal 'n hele nuwe datastel opstel wat meer na die bevolking kyk en verskillende spesies kan identifiseer eerder as om net na die geheel te kyk, wat aansienlik sal wees verander die huidige model.

"Die model gebruik parameters gebaseer op temperatuur, lig en voedingstowwe om ons die hoeveelheid groei te vertel. Die een ding wat die simulasie doen, is die totaal aan te pas, "sê sy. Maar daar is 'n klomp verskillende tipes fytoplankton wat almal op unieke maniere met die omgewing in wisselwerking is. Diatome, byvoorbeeld, is groot, sink baie vinnig na die oseaanvloer en benodig baie voedingstowwe. PACE sal dit moontlik maak om die tipes fytoplankton in verskillende dele van die see te identifiseer, en die model se vermoë om ons te help verstaan ​​hoe die mikroörganismes atmosferiese CO beïnvloed, te vergroot.₂. Dit sal ons ook toelaat om dinge te doen soos om gevaarlike algblomme voor te stel en moontlike maniere uit te vind om die talente van spesies wat koolstof verbruik, in groter hoeveelhede aan te pak om klimaatsverandering te bekamp.

EarthCube

Die Nasionale Wetenskapstigting praat van die Aarde as geheel en gebruik masjienleer om 'n 3-D lewende model van die hele planeet te skep. Die EarthCube genoem, sal die digitale voorstelling kombineer datastelle wat deur wetenskaplikes verskaf word oor 'n hele reeks dissiplines - metings van die atmosfeer en hidrosfeer of die geochemie van die oseane, byvoorbeeld - om die toestande op, bo en onder die oppervlak te naboots. As gevolg van die enorme hoeveelheid data wat die kubus sal insluit, sal dit verskillende toestande kan modelleer en kan voorspel hoe die planeet se stelsels sal reageer. En met die inligting, sal wetenskaplikes kan voorstel hoe om katastrofiese gebeure te vermy of eenvoudig te beplan vir diegene wat nie vermy kan word (soos oorstroming of rowwe weer) voordat dit gebeur nie.

EarthCube kombineer datastelle om 'n model te skep wat gebruik kan word om die skade wat deur katastrofiese gebeure veroorsaak word, te voorspel en te verminder.
Beeld deur Jeanne DiLeo / USGSAs deel van die EarthCube-projek werk die Geological Survey van die VSA saam op 'n Nasionale Wetenskapraamwerk-projek om die Digitale Kors, 'n raamwerk wat meer akkurate en betroubare begrip van ondergrondse prosesse in die Aarde moontlik maak, soos die grondwaterbalans en die gesondheid van waterdraersisteme. "Ons sal wetenskaplike berekeninge kan uitvoer wat die vlak van grondwater oor tyd toon, en ons kan dit teen toekomstige scenario's uitsteek," sê Sky Bristol, takhoof van biogeografiese karakterisering by USGS en USGS-spanvoorsitter vir die EarthCube Digital Crust-projek. .

Masjienleer kom ook in wanneer twee modelle uit verskillende dele van die kubus (soos die kors en die atmosfeer) met mekaar moet kommunikeer, sê Bristol. Byvoorbeeld, hoe lyk dit as daar 'n toename in grondwaterwinning is en ook 'n toename in die klimaat op dieselfde tyd?

Die Digitale Kors is geskeduleer om hierdie somer voltooi te word. Die Digital Crust en alle EarthCube-projekte maak hul data en sagteware oopbron. So, binne 'n paar jaar sal enigeen in staat wees om masjienleer te gebruik om voorspellings te maak oor al die moontlikhede van 'n toekomstige Aarde. En dit beteken geoscientists wat werk om die Aarde se verskillende stelsels te verstaan ​​en hoe veranderinge binne hulle die mensdom sal beïnvloed, sal 'n nuwe instrument hê wat hulle in staat stel om data met mekaar van regoor die wêreld te deel. Hulle gee hul voorspellings meer impak en gee mense die kans om te reageer, eerder te reageer, op ons veranderende wêreld.

Hierdie voorbeelde is slegs 'n klein deel van die groot prentjie van hoe rekenkundige volhoubaarheid kan verander - en verander - ons vermoë om die menslike lewe op aarde meer volhoubaar te maak. By Cornell alleen is ander projekte wat die tegnologie gebruik, kartering van armoede en die doeltreffendheid van armoedevermindering in ontwikkelde lande, die bepaling van die impak van oesbeleid op oseaanvisserye, die ontdekking van nuwe materiale wat gebruik kan word om sonkrag te vang, die impak van skip slaan op walvisbevolkings en selfs die lig op die doeltreffendheid en implikasies van verhoogde petrolbelasting in die VSA. As huidige tendense enige aanduiding is, kan ons verwag om baie jare meer te hoor oor hoe kunsmatige intelligensie ons help om die wêreld te maak. 'n beter plek vir die lang termyn.

Hierdie artikel het oorspronklik verskyn op Ensia

Oor Die Skrywer

Erin Biba is 'n freelance wetenskap joernalis in New York. Haar werk verskyn gereeld in Newsweek, wetenskaplike Amerikaanse en die mythbusters ' Tested.com.

Verwante boek

at

Dankie vir die besoek InnerSelf.com, waar daar is 20,000 + lewensveranderende artikels wat "Nuwe houdings en nuwe moontlikhede" bevorder. Alle artikels word vertaal in 30+ tale. Teken In aan InnerSelf Magazine, wat weekliks gepubliseer word, en Marie T Russell se Daily Inspiration. InnerSelf Magazine is sedert 1985 gepubliseer.