Proteggere la biodiversità: la storia di successo della Kashmir World Foundation con Ultralytics YOLOv5 e YOLOv8

La Kashmir World Foundation (KWF) è stata fondata a Great Falls, in Virginia, nel 2008 con la missione di implementare le tecnologie più recenti nella lotta per conservare e proteggere la fauna selvatica su scala globale. La KWF costruisce e gestisce sistemi autonomi senza pilota che supportano i suoi sforzi di conservazione e contrasto al bracconaggio. Nel 2013, la KWF ha iniziato ad adottare l'intelligenza artificiale nelle sue operazioni.

Secondo il WWF.), la perdita di habitat rappresenta il maggiore pericolo esistenziale per l'85% di tutte le specie presenti nella "Red List", che classifica le specie come in pericolo o minacciate. Allo stesso tempo, la domanda di animali selvatici bracconati per l'uso in medicine tradizionali, prelibatezze o come animali domestici esotici incombe ed è, secondo quanto riferito, 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, la fondatrice e direttrice esecutiva Aliyah Pandolfi spiega che "studenti, accademici, ingegneri e scienziati da tutto il mondo sono disposti a offrire il loro tempo e la loro esperienza". La KWF è gestita al 100% da volontari provenienti da ogni parte del globo. Attraverso il loro lavoro, la KWF ha fatto grandi passi avanti nella protezione di specie minacciate e numerose specie in via di estinzione, come i gatti delle sabbie in Qatar, le tartarughe marine in Costa Rica e i leopardi delle nevi sull'Himalaya.

"Facciamo tutti questo perché amiamo gli animali, ma soprattutto vogliamo usare le nostre competenze per fare del bene nel mondo e apportare un cambiamento positivo per queste specie che altrimenti potrebbero non sopravvivere." Aliyah Pandolfi, Fondatrice e Direttrice Esecutiva, Kashmir World Foundation

Link to this sectionCombattere il problema del bracconaggio#

In molti casi, è estremamente difficile per gli ambientalisti accedere ai luoghi in cui avviene il bracconaggio. La KWF deve affrontare quattro ostacoli chiave nei suoi sforzi di conservazione negli angoli più remoti del mondo:

• Condizioni meteorologiche pericolose
• Fattori socio-politici imprevedibili
• Terreno impervio
• Mancanza di risorse per inviare personale in queste aree in ogni momento

In passato, gli ambientalisti hanno posizionato dispositivi di registrazione video sul campo destinati a far visionare il filmato in un secondo momento. Con centinaia e migliaia di ore di filmati, questo processo si affida allo spettatore per rilevare e identificare meticolosamente sia le specie animali che i bracconieri. A causa di vincoli di tempo ed errori umani, questo approccio si è rivelato svantaggioso per gli ambientalisti. I volontari della KWF sapevano di dover essere attrezzati meglio per opporsi ai bracconieri e alla caccia illegale.

L'inevitabile progresso tecnologico funge da arma a doppio taglio. Poiché continua a diventare di qualità superiore e più accessibile, sia gli ambientalisti che i malintenzionati possono mettere le mani sulle tecnologie più recenti. Per rimanere competitivi, gli ambientalisti devono essere pronti a sfruttare il potere della tecnologia più nuova a loro vantaggio.

Link to this sectionLa via creativa per il futuro#

Pandolfi aveva bisogno di una soluzione incisiva sul campo che fornisse alla KWF informazioni in tempo reale. Avendo bisogno di una soluzione che eliminasse l'errore umano e affrontasse i quattro ostacoli chiave, 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 nel prevenire l'uccisione di un animale.

Con la creatività dalla sua parte, Pandolfi ha preso in considerazione la tecnologia e le risorse necessarie per il progetto. Sebbene gran parte della tecnologia di cui ha bisogno sia disponibile oggi, Pandolfi sta anticipando il rilascio di hardware e software che dovrebbero diventare disponibili nel prossimo futuro. Guidando il suo team alla KWF nello sviluppo di 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 pazzesco, è impossibile, non puoi farlo e la tecnologia non esiste, ma io stavo pensando a lungo termine, l'informatica e le capacità dei droni dovevano evolversi e fondersi insieme per questo progetto.”

Posizionando una varietà di telecamere e sensori in luoghi a rischio, la KWF riceve dati da località in tutto il mondo, fornendo loro informazioni azionabili per prendere decisioni in una frazione di secondo.

“Immagina che ci siano bracconieri in una determinata posizione”, afferma Pandolfi, “vogliamo essere in grado di seguirli e avvisare i ranger della loro posizione in modo che possano intercettare i bracconieri e fermarli prima che uccidano qualsiasi animale”.

Link to this sectionPerché YOLOv5?#

Richiedendo il rilevamento di oggetti in tempo reale, la KWF aveva bisogno che gli output del suo modello fossero estremamente accurati e affidabili. Nel valutare le sue opzioni, il team leader dell'intelligenza artificiale della 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 della KWF a sceglierlo per i propri progetti:

• I modelli YOLOv5 richiedevano l'addestramento con meno immagini.
• Il suo aspetto open source ha reso la tecnologia altamente accessibile al team KWF.
• La curva di apprendimento per YOLOv5 non era ripida.

La KWF si affida a un team di volontari, ingegneri e stagisti da tutto il mondo per costruire la tecnologia necessaria ai loro sforzi di conservazione. Molti degli stagisti sono studenti delle scuole superiori, alcuni dei quali con un'esperienza minima o nulla con YOLOv5. Pandolfi ha visto che anche coloro con la minore esperienza precedente sono stati in grado di rendere YOLOv5 operativo in meno di tre settimane.

Inoltre, un'integrazione con una piattaforma di tracciamento degli esperimenti ha reso semplice la messa a punto dei modelli e dei set di dati, consentendo alla KWF di massimizzare le prestazioni dei propri modelli YOLOv5 sul campo.

“YOLOv5 è stato accurato 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 alla KWF sarebbe frustrato. Prima di implementare il rilevamento degli oggetti, i progetti di conservazione mancavano di una quantità ottimale di dati. All'inizio del 2023, la KWF trasferirà il proprio lavoro su Ultralytics YOLOv8, l'ultima release della famiglia di architetture di intelligenza artificiale per la visione YOLO.

Link to this sectionDistribuzione di YOLOv5#

Al momento, la KWF distribuisce YOLOv5 per il rilevamento di oggetti su sensori sul campo. Questi dispositivi inviano dati ai biologi che sono poi in grado di analizzare le informazioni e creare approfondimenti azionabili. Nel prossimo anno, la KWF mira ad addestrare YOLOv5 su set di dati contenenti immagini di droni, per poi distribuire questi droni sul campo.

Link to this sectionProgetti di conservazione#

Link to this sectionTartarughe marine#

Esistono sette diverse specie di tartarughe marine al 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 tornano in acqua, lasciando le loro uova a incubare nella sabbia per 55-65 giorni. Quando le madri se ne vanno definitivamente, le uova rimangono con poche difese contro bracconieri, predatori e agenti atmosferici.

In passato, l'approccio degli ambientalisti al monitoraggio delle tartarughe marine è stato quello di contrassegnare tutte le posizioni su una spiaggia in cui sono presenti nidi. Se le minacce in queste aree sono elevate, gli ambientalisti sposteranno temporaneamente i nidi in un luogo più sicuro e rilasceranno le tartarughe nell'oceano una volta schiuse.

Questo processo può comportare la percorrenza manuale di spiagge lunghe 30 miglia o più e la marcatura dei nidi. Fornire una quantità adeguata di manodopera per eseguire questo processo ogni giorno si è rivelato difficile, specialmente durante i blocchi causati dal COVID-19.

Inoltre, contrassegnare i nidi delle tartarughe marine a volte si è rivelato controproducente. Non solo i bracconieri potevano cercare i nidi contrassegnati, ma anche i maiali erano in grado di imparare che i segnali indicavano la presenza di nidi di tartaruga nelle vicinanze, il che li portava a mangiare le uova.

La KWF ha visto un'opportunità di miglioramento all'interno di questo processo riducendo il fattore manodopera e sostituendo i marcatori facilmente identificabili. Configurando sistemi aerei autonomi utilizzando YOLOv5 per rilevare, localizzare e caratterizzare i nidi di tartaruga marina, i biologi potrebbero ricevere informazioni in tempo reale sui nidi di tartaruga, incluse le loro tracce e la posizione geografica, sostituendo così la necessità per i biologi di camminare manualmente sulle spiagge e contrassegnare i nidi.

Link to this sectionLeopardi delle nevi#

Il folto pelo bianco dei leopardi delle nevi con rosette macchiate di scuro consente loro di mimetizzarsi perfettamente nel paesaggio himalayano. In natura, sono predatori all'apice senza predatori naturali. Tuttavia, a causa dell'altissima domanda 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 rimangano solo tra 4.000 e 6.500 leopardi delle nevi in natura.

Gli sforzi di conservazione per i leopardi delle nevi si sono rivelati estremamente difficili a causa dei fattori che contribuiscono al duro ambiente in cui si trovano:

• Alte altitudini
• Nevicate eccessive
• Temperature gelide
• Venti forti
• Burroni ripidi
• Terreno impervio

Inoltre, è estremamente raro avvistare 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 tracciarli 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 tracciare 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 distribuiti sull'Himalaya. Ai fini del monitoraggio, questi sensori e droni saranno in grado di rilevare le impronte delle zampe nella neve, che solitamente vengono spazzate via rapidamente dal vento. Queste informazioni in tempo reale verranno poi trasmesse ai biologi e agli ambientalisti.

Visita il sito web della Kashmir World Foundation e scopri come puoi aiutare a fare la differenza nei loro sforzi di conservazione in tutto il mondo.