28 febbraio 2023
Scopri l'utilizzo dell'AI e di YOLOv5 da parte della Kashmir World Foundation per la conservazione della fauna selvatica e la lotta al bracconaggio.
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La Kashmir World Foundation (KWF) è stata fondata a Great Falls, in Virginia, nel 2008 con la missione di implementare le ultime tecnologie nella lotta per conservare e proteggere la fauna selvatica su scala globale. La KWF costruisce e gestisce sistemi autonomi senza equipaggio che supportano i suoi sforzi di conservazione e di contrasto al bracconaggio. Nel 2013, KWF ha iniziato ad adottare l'intelligenza artificiale nelle sue operazioni.
Secondo il WWF, la perdita di habitat rappresenta il più grande pericolo esistenziale per l'85% di tutte le specie nella “Lista Rossa”, che classifica le specie come in via di estinzione o minacciate. Allo stesso tempo, la domanda di animali selvatici cacciati di frodo per l'uso in medicine tradizionali, prelibatezze o animali domestici esotici incombe e sarebbe aumentata. Insieme, la perdita di habitat e il bracconaggio minacciano la biodiversità globale e hanno impatti disastrosi sulle comunità e sugli ambienti locali.
Citando una forte collaborazione interna, il fondatore e direttore esecutivo, Aliyah Pandolfi spiega che “studenti, accademici, ingegneri e scienziati di tutto il mondo sono disposti a offrire volontariamente il loro tempo e la loro esperienza.” La KWF è gestita al 100% da volontari provenienti da tutto il mondo. Attraverso il loro lavoro, la KWF ha fatto grandi progressi nella protezione di specie minacciate e numerose specie in via di estinzione come il gatto delle sabbie in Qatar, le tartarughe marine in Costa Rica e il leopardo delle nevi sull'Himalaya.
“Lo facciamo tutti perché amiamo gli animali, ma soprattutto vogliamo usare le nostre capacità per fare del bene nel mondo e apportare un cambiamento positivo per queste specie che altrimenti potrebbero non sopravvivere.”
Aliyah Pandolfi
Fondatore e direttore esecutivo, Kashmir World Foundation
In molti casi, per i conservazionisti è estremamente difficile accedere ai luoghi in cui si verifica il bracconaggio. Il KWF deve affrontare quattro ostacoli principali nei suoi sforzi di conservazione negli angoli remoti del mondo:
In passato, i conservazionisti hanno posizionato sul campo dispositivi di registrazione video destinati a essere rivisti in seguito. Con centinaia di migliaia di ore di filmati, questo processo si basa sull'osservatore per rilevare e identificare meticolosamente sia le specie animali che i bracconieri. A causa dei vincoli di tempo e dell'errore umano, questo approccio si è rivelato svantaggioso per i conservazionisti. I volontari del KWF sapevano di dover essere meglio equipaggiati per prendere posizione contro i bracconieri e la caccia illegale.
L'inevitabile progresso della tecnologia funge da arma a doppio taglio. Man mano che continua a diventare di qualità superiore e più accessibile, sia i conservazionisti che i malintenzionati possono mettere le mani sull'ultima tecnologia. Per rimanere competitivi, i conservazionisti devono essere preparati a sfruttare la potenza della tecnologia più recente a proprio vantaggio.
Pandolfi aveva bisogno di una soluzione aggressiva sul campo che fornisse al KWF informazioni in tempo reale. Necessitando di una soluzione che eliminasse l'errore umano e affrontasse i quattro principali ostacoli, sapeva che anche una questione di secondi può fare la differenza in una missione anti-bracconaggio, il che significa che le informazioni in tempo reale possono svolgere un ruolo diretto nella prevenzione dell'uccisione di un animale.
Con la creatività dalla sua parte, Pandolfi ha considerato la tecnologia e le risorse necessarie per il progetto. Sebbene gran parte della tecnologia di cui ha bisogno sia disponibile al giorno d'oggi, Pandolfi prevede l'uscita di hardware e software che dovrebbero diventare disponibili nel prossimo futuro, guidando il suo team al KWF a sviluppare approcci che utilizzano droni, intelligenza artificiale e funzionalità GPS.
"All'inizio di questo progetto, c'erano molti dubbi da parte della comunità. Mi è stato detto che è una follia, è impossibile, non puoi farlo e la tecnologia non esiste, ma stavo pensando a lungo termine, le capacità di informatica e dei droni dovevano evolversi e fondersi per questo progetto."
Posizionando una varietà di telecamere e sensori in luoghi a rischio, il KWF riceve dati da località in tutto il mondo, fornendo loro informazioni utili per prendere decisioni in una frazione di secondo.
"Immagina che ci siano bracconieri in una particolare posizione", dice Pandolfi, "vogliamo essere in grado di seguirli e avvisare le guardie forestali della loro posizione in modo che possano intercettare i bracconieri e fermarli prima che uccidano qualsiasi animale."
Richiedendo il rilevamento di oggetti in tempo reale, il KWF aveva bisogno che gli output del proprio modello fossero altamente accurati e affidabili. Nel valutare le sue opzioni, il responsabile del team di A.I. del KWF di Pandolfi, Daan Eeltink, uno studente nei Paesi Bassi, ha confrontato le prestazioni di YOLOv4 e YOLOv5. Con YOLOv5, diversi punti di differenziazione hanno portato il team del KWF a sceglierlo per i propri progetti:
La KWF si affida a un team di volontari, ingegneri e stagisti provenienti da tutto il mondo per sviluppare la tecnologia necessaria per i loro sforzi di conservazione. Molti degli stagisti sono studenti delle scuole superiori, alcuni dei quali hanno poca o nessuna esperienza con YOLOv5. Pandolfi ha notato che anche coloro che avevano meno esperienza sono stati in grado di far funzionare YOLOv5 in meno di tre settimane.
Inoltre, l'integrazione con una piattaforma di monitoraggio degli esperimenti ha reso la messa a punto dei modelli e dei set di dati semplice, consentendo alla KWF di massimizzare le prestazioni dei propri modelli YOLOv5 sul campo.
"YOLOv5 è stato preciso e ci ha aiutato a salvare gli animali prima che venissero uccisi, che era il nostro obiettivo finale."
Senza YOLOv5, Pandolfi afferma che il suo team presso la KWF sarebbe frustrato. Prima di implementare il rilevamento oggetti, i progetti di conservazione mancavano di una quantità ottimale di dati.
All'inizio del 2023, la KWF trasferirà il proprio lavoro a Ultralytics YOLOv8, l'ultima versione della famiglia YOLO di architetture di visione artificiale.
Al momento, la KWF implementa YOLOv5 per il rilevamento di oggetti su sensori sul campo. Questi dispositivi inviano dati ai biologi che sono quindi in grado di analizzare le informazioni e creare approfondimenti utilizzabili. Nel prossimo anno, la KWF mira ad addestrare YOLOv5 su set di dati contenenti immagini di droni, per poi implementare questi droni sul campo.
Ci sono sette diverse specie di tartarughe marine nel mondo e ognuna è considerata in via di estinzione. Quando depongono le uova, le tartarughe marine femmine arrivano sulle spiagge e scavano nidi nella sabbia dove poi depongono le uova. Questo processo può richiedere diverse ore, ma una volta terminato, le tartarughe marine femmine ritornano in acqua, lasciando le loro uova a incubare nella sabbia per 55-65 giorni. Mentre le madri partono per sempre, le uova vengono lasciate con poche difese da bracconieri, predatori e agenti naturali.
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In passato, l'approccio dei conservazionisti al monitoraggio delle tartarughe marine è stato quello di contrassegnare tutte le posizioni su una spiaggia dove ci sono nidi. Se le minacce in queste aree sono elevate, i conservazionisti trasferiranno nel frattempo i nidi in un luogo più sicuro e rilasceranno le tartarughe nell'oceano una volta schiuse.
Questo processo può comportare l'ispezione manuale di spiagge lunghe 30 miglia o più e la marcatura dei nidi. Fornire una quantità adeguata di personale per svolgere questo processo ogni giorno si è dimostrato difficile, soprattutto durante i lockdown dovuti al COVID-19.
Inoltre, la marcatura dei nidi di tartarughe marine a volte si è rivelata controproducente. Non solo i bracconieri potevano individuare i nidi contrassegnati, ma anche i maiali hanno imparato che i marcatori indicavano la presenza di nidi di tartarughe marine nelle vicinanze, il che li ha portati a mangiarne le uova.
La KWF ha visto un'opportunità di miglioramento all'interno di questo processo riducendo il fattore della manodopera e sostituendo i marcatori facilmente identificabili. Impostando sistemi aerei autonomi utilizzando YOLOv5 per rilevare, localizzare e caratterizzare i nidi di tartarughe marine, i biologi potrebbero ricevere informazioni in tempo reale sui nidi di tartarughe marine, comprese le loro tracce e la posizione geografica, sostituendo così la necessità per i biologi di ispezionare manualmente le spiagge e contrassegnare i nidi.
La folta pelliccia bianca con rosette maculate scure dei leopardi delle nevi permette loro di mimetizzarsi perfettamente nel paesaggio himalayano. In natura, sono predatori alfa senza predatori naturali. Tuttavia, a causa della domanda estremamente elevata della loro pelliccia e di altre parti del corpo nella moda e nella medicina tradizionale, unita alla perdita e alla frammentazione dell'habitat, si stima che siano rimasti solo tra i 4.000 e i 6.500 leopardi delle nevi in natura.
Gli sforzi di conservazione per i leopardi delle nevi si sono dimostrati estremamente difficili a causa dei fattori che contribuiscono all'ambiente ostile in cui si trovano:
Inoltre, è estremamente raro avvistare i leopardi delle nevi in natura. Di conseguenza, la KWF sta sviluppando un approccio automatizzato per proteggere questi grandi felini, utilizzando la tecnologia dei droni per rintracciarli e proteggerli. Al momento, la tecnologia dei droni è ancora in fase di sviluppo in modo che possa arrivare al punto in cui le macchine possono operare nelle condizioni necessarie per rintracciare i leopardi delle nevi, che è intorno ai 20.000-22.000 piedi.
Una volta che la tecnologia sarà disponibile, la KWF intende utilizzare YOLOv5 nei sensori e sui droni, che verranno poi dispiegati sull'Himalaya. A scopo di tracciamento, questi sensori e droni saranno in grado di rilevare le impronte sulla neve, che di solito vengono spazzate via rapidamente dal vento. Queste informazioni in tempo reale verranno quindi trasmesse a biologi e ambientalisti.
Visita il sito web della Kashmir World Foundatione scopri come puoi aiutare afare la differenzanei loro sforzi di conservazione in tutto il mondo.
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