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AI,让大海永远蔚蓝如诗

文章转自: 风辞远 脑极体

科技向上攀爬时,人们通常会觉得它是冰冷而高深的,提起AI,我们想到的也总是那些复杂的芯片、金属质感的机器人,以及无数的代码和参数。


但我们却可能忽略,AI更重要的价值在于帮我们认识和保护这个世界,以及探索生活中人与自然的平衡。我们在努力打造更强大、更普惠的AI系统,目的是保护那些人类赖以为生的自然环境。


甚至,我们会发现AI已经成为了人类探索和保护自然环境的重要技术基础,并且是很多领域无法替代的技术手段。在世界海洋日这天,我们将进入这样一个故事,来了解一下AI对于海洋来说究竟意味着什么。而海洋保护通向AI之路,又必须翻越哪些艰难险阻。


这一秒,AI的深邃与大海的艳丽,正一同从未来吹来。

(图片来自网络,创作者:Benjamin Lee / EyeEm)


海,招惹多少温柔诗人的怀想


普希金一生写过很多献给大海的句子。其中最有名的一首诗是这么写的:


翻滚着蔚蓝色的波浪,


和闪耀着娇美的容光。


好像是朋友忧郁的怨诉,


好像是他在临别时的呼唤。


像莽汉也像哲人,像少女也像老妪,从来没有一个人说他对海洋了如指掌。但应该所有人都认同这样一个常识:人类与海洋,在这颗蓝色星球上相依为命。海洋生态的稳定,是人类繁衍生息的基础。


然而今天的海洋情况,却无法令人类舒展眉头。去年,我国载人潜水器“蛟龙号”从大洋深处返航。令人意想不到的是,在蛟龙号带回的,来自4500米水深下生活的海洋生物体内,竟检出了微塑料。初步检测,这些微塑料很可能是纤维状的塑料绳——在人类很难抵达的大海深处,人类制造的垃圾,已经成为了大海之霍。


今天,全球变暖、远洋泄露污染、海洋垃圾,等等问题萦绕在大海的裙边。根据遥感探测发现,今天在美国加州到太平洋之间,已经在洋流推助下形成了一片“垃圾大陆”。巨型太平洋垃圾带的面积,已经达到了160万平方千米,是法国领土面积的三倍。这片垃圾带大约有18000亿块塑料垃圾,垃圾总质量约8万吨。人类污染带给海洋的噩梦,可谓触目惊心。


毫无疑问,此时此刻,需要人类行动起来!而在众多海洋保护方案中,AI的角色,正在日渐清晰起来。


鱼之心,海之泪


就目前来看,人类在认识海洋、探索海洋、保护海洋时,都需要AI技术的大规模加持。这已经在世界范围内的海洋保护机构以及海洋科研领域达成了共识。


而首先纳入人类眼帘的,是用机器学习等技术保护海洋鱼类,检测海洋生态情况。比如说上文提到过的海洋垃圾大陆,就是由AI技术完成的垃圾规模测算。


这样的例子还有很多。澳大利亚一家名为The Ripper Group的科技公司,研发了用无人机+机器视觉技术进行鲨鱼识别的产品。用快速识别鲨鱼的AI系统,他们一方面可以保护沿海地区免受鲨鱼打扰,一方面也对监控和保护鲨鱼生态起到了至关重要的作用。


Little Ripper与其他无人机相别,最大的区别就在于它内置了一款可快速识别鲨鱼的AI系统——SharkSpotter。这一识别鲨鱼的AI系统的形成,是建立在深度学习开发者搜集到的澳洲鲨鱼袭击频发海域的影像资料的基础上。


而这不是个例,现在在监控保护鱼类、保护鱼群迁徙、合理控制和规划远洋捕捞,以及整区域海洋保护等方方面面,都可以发现AI的身影。


数据晨曦中的读海者


大航海时代,乘风破浪的水手用六分仪解读大海;现代科学和远洋探索阶段,科学家用雷达和声纳解读大海。


而到了今天,数据与智能时代的晨曦中,人类解读海洋的工具变成了AI。


在认识海洋这件事上,AI已经成为了学术界的又一只眼睛。通过气象和水文大数据,预测模拟和反向推理海洋气候的变迁,已经成为了海洋学的重要议题。AI带领人类融合了不同的数据模态,重新认识海洋的变化方式,同时也为人类对抗全球气候变暖提供了新的解决方案。



比如,亥姆霍兹海洋研究中心,已经开始尝试用机器学习图像分析介入,寻找藏在太平洋海域下的矿产锰结核。他们利用机器学习算法,来分析水下机器人回传来的图像,分析出藏有锰结核的海床形态,再推算陌生海域藏有矿产的几率。极大的提升了水下勘探的效率。


澳大利亚昆士兰大学的研究团队,正在3851平方公里的珊瑚礁图像数据基础上,用AI探秘珊瑚的新陈代谢与生态循环过程。从中推断出全球变暖过程对海洋生态的真正影响。


而在气象领域,大量多模态融合数据智能技术已经应用于精准气象预报,尤其是海事气象领域。今天很多海港可以实时自动为船只更新进出港气象信息,背后就是AI的功劳。


海纱背后的未知与真理


而在探索海洋阶段,AI也是一把利器。举例来说,海洋生物的药物开发长久以来是个难题,因为大量海洋动植物的数据是陆地环境中不具备的,其药理探寻需要经历缓慢而漫长的过程。


时至今日,有科学家预言人类未发现物种中95%以上,都存活于深海之中。而深海动植物携带的,很有可能就是生命起源的密码。


然而从这些深海生命宝库中,读取人类的过去与未来并非易事。生物模型元素、海洋生态大数据、基因组学、蛋白质组学和代谢组学,这些在进一步探索海洋中必须攻克的计算难题,今天都在等待AI一展威能。



AI的到来,正在让海洋生物开发打开新的大门。甚至由AI加持的海洋微生物、单细胞生物、古生物研究,正在帮助我们逐步揭开“人类从何而来?”这个根本奥秘。


在人类社会发展到今天,海洋开始变得脆弱、易受污染和喜怒无常。同时它的神秘与未知依旧是人类的主要课题,在拥有了AI这把钥匙之后,人类获得了保护海洋的新方案,但是实际执行起来,一切却并没有那么顺利。


跨过数字海沟,

让海洋在计算中呼吸未来


从海洋科研到海洋开发、海洋保护,关于大海,人类已经构筑了一个漫长的学术-产业生态。科学家已经开始尝试把AI技术引入到海洋研究中,比如通过AI来实现海洋气候的模拟和预测,监控海洋生物的状态和变化等,但是当我们把AI纳入其中时,却会发现事情并不那么简单。


最根本的问题,就像是基因和宇宙一样,海洋可以看作是一个无比巨大的数据集,包含了丰富的数据模态,海量的数据需要强大的算力来支撑各项研究。除算力问题之外,海洋生态对AI的渴求,还受制于算法和人才的稀缺、应用产业不完备、网络传输环境不佳等等问题。



但AI算力问题,可以看作是海洋保护+AI的头号难题,因为只有这个问题得到了缓解,其他的延展才有机会执行。


其次,海洋保护和海洋科学,更多是社会性,公益性的行为,需要全社会加大在科研的投入,来推动海洋AI的生态构建,距离实现商业价值还相对较远。所以只有加强产学研的合作,才能跨越数字海沟,让海洋在计算中呼吸未来。


产学研一体行动,赴大海之约


AI与海洋的约会,其实并非易事。这里有个核心问题在于,对海洋的研究和探索,是一门非常尖端的综合类自然科学。需要非常深厚的学术功底与学术经验。


而AI作为一项新生信息技术,其算力、数据与算法开发基础,基本掌握于高科技企业和高校手中。因此,产学研配合与合作,是共赴AI与大海之约的最佳方案。


在欧美国家,类似项目已经有很多探索。值得庆幸的是,我国相关产学研结合行动也在成长当中。


2019年5月6日,中国海洋大学与华为技术有限公司在青岛签署战略合作协议,共建智能高性能计算技术联合实验室。双方将依托华为自主研发的高性能计算设备,发挥中国海大的学科优势,共同围绕全球气候气象精细预测、海洋生物医药资源精准开发、智慧产业经济精细服务等重要领域,携手打造生态体系。


这个结合,恰好结合了产学两端的两点。我们知道,中国海洋大学是我国海洋研究领域的翘楚。依托于青岛的海洋研究优势和身后的学术积累,在海洋学、细胞生物学教学团队、海洋化学等领域都走到了世界前列。


而华为智能计算的优势在于为人工智能应用场景提供高效充沛的算力,以及面向人工智能领域提供全栈全场景的解决方案能力。充沛的AI算力和优秀的科研人才进入海洋保护事业,可说是向海洋研究与AI技术结合的数字海沟发起了冲击。与此同时,华为与海洋大学的产学研合作模式,还可以在海洋大数据分析、人才培养、应用开发和产业链培育等领域汇集双方优势,达成更多更丰富的突破与成就。而海洋大学地处的青岛,既是我国海洋研究进行数字化升级的重镇,同时也是智能化海洋保护技术需求高发区。在这片海域背后开展的产学研合作,更有可能快速看到落地结果。


今天,工业文明造成的海洋生态破坏日益严峻,如果地球上没有了海洋,人类将无法继续呼吸。然而此时,AI在海洋科研领域的使用,注定会成为一剂让人类在未来更好呼吸的良药。


AI写不出普希金的名句,但AI的诗意,是努力让大海永远蔚蓝如诗。




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