Proteger la biodiversidad escuchando a los insectos

Mientras el cambio climático continúa presentando uno de los problemas más importantes que enfrenta la humanidad, existen otros desafíos potencialmente aún más devastadores por delante. Uno de esos peligros es la pérdida de biodiversidad, que amenaza los cimientos mismos de la Tierra y del que casi no se habla.

Según el biólogo estadounidense E.O. Wilson: “Si toda la humanidad desapareciera, el mundo se regeneraría hasta alcanzar el rico estado de equilibrio que existía hace diez mil años. Si los insectos desaparecieran, el medio ambiente colapsaría en el caos”.

Los insectos desempeñan un papel fundamental en prácticamente todos los ecosistemas del mundo. Son polinizadores que aseguran la resistencia de la vida vegetal, alimento para los animales e incluso las plantas, recicladores de desechos muertos, mantenedores de la salud del suelo y mucho más. Por tanto, dada su increíble importancia para nuestro ecosistema, existe una necesidad urgente de determinar el ritmo al que las poblaciones de insectos están disminuyendo como resultado de la actividad humana.

“Hasta este punto, hemos visto mucha menos atención comprometida con la protección de los insectos que con otros esfuerzos de conservación”, explica Elaine van Ommen Kloeke, Naturalis. “Si bien todas estas iniciativas son importantes y valiosas, es fundamental que comprendamos mejor los cambios, ya sean positivos o negativos, que han experimentado varias especies de insectos en los últimos años. Eso comienza con ser capaz de rastrear e identificar de manera efectiva tantos como sea posible”.

Arise es una colaboración entre Naturalis, el Instituto de Biodiversidad y Dinámica de Ecosistemas de la Universidad de Ámsterdam, el Instituto de Biodiversidad Fúngica de Westerdijk y la Universidad de Twente. Esta iniciativa tiene como objetivo permitir el reconocimiento de cualquier especie natural en cualquier lugar basándose en tecnología de ADN, sensores e inteligencia artificial. Además, recopilará información sobre la biodiversidad relacionada con todas las especies de los Países Bajos en un solo lugar para 2030, después de lo cual una gran cantidad de datos estará disponible con solo un clic. Al hacerlo, el proyecto facilitará mucho a los conservacionistas el seguimiento de las poblaciones de insectos.

“No siempre podemos ver u oír los insectos y hay tantas especies por ahí, por lo que es bastante difícil monitorearlos”, dice Dan Stowell de Naturalis. “Y sin saber dónde están esas poblaciones y su número, es increíblemente difícil protegerlas. Por eso, hemos estado utilizando el aprendizaje automático para identificar insectos basándonos en grabaciones de audio. Sin embargo, es un trabajo en progreso. El reconocimiento automático del habla humana tardó décadas en llegar a ser tan bueno como es, y en el caso de los insectos necesitamos que la precisión de la identificación automática alcance lo más posible para que esté listo para su implementación”.

Explorando diferentes opciones de aprendizaje automático

Con su experiencia, datos disponibles y conocimiento de IA, Naturalis era el candidato perfecto para el Global Data Science Challenge (GDSC) 2023, un evento de hackathon colaborativo organizado anualmente por Capgemini e impulsado por los servicios de aprendizaje automático (ML) de AWS, como Amazon Sagemaker, donde cada empleado de la empresa tiene la oportunidad de desarrollar y aprovechar sus datos y experiencia en inteligencia artificial para resolver un problema del mundo real.

“Como líder mundial en datos e inteligencia artificial, Capgemini tiene la responsabilidad de aplicar su experiencia a escenarios del mundo real que pueden ayudar a crear un mundo más sostenible e impulsar beneficios tangibles para nuestra sociedad”, dijo Niraj Parihar, director ejecutivo de Insights & Data. Línea de Negocio Global en Capgemini y Miembro del Comité Ejecutivo del Grupo. “A través de nuestro Global Data Science Challenge, capacitamos a los miembros de nuestro equipo para resolver desafíos del mundo real de vital importancia para todos nosotros. Los insectos desempeñan un papel central en nuestro ecosistema, pero son increíblemente difíciles de monitorear para los humanos. Escuchar e identificar especies de insectos es fundamental para preservarlas”.

A lo largo del evento, más de 1,500 participantes formaron más de 400 equipos, tras lo cual se les proporcionó los recursos para desarrollar y probar sus propias soluciones. Al aprender de cinco horas de grabaciones de 66 especies diferentes de insectos, cada equipo intentó construir una IA que pueda identificar qué especies se podían escuchar.

“Cada GDSC es una oportunidad única y emocionante para ver qué pueden hacer los diferentes equipos y las diferentes formas en que utilizan la tecnología”, afirma Eliza Robinet Duffo, AWS. “¡Este año vimos una variedad tan amplia de soluciones diferentes y exitosas! Cada uno de los mejores equipos utilizó un enfoque diferente y obtuvo un gran éxito. ¡Fue una de nuestras competiciones más reñidas y las perspectivas de futuro son fantásticas!”

Simplificando los esfuerzos de conservación centrados en los insectos

Al final de la competencia, hubo una mejora en el rendimiento* (puntaje F1 promedio macro) del 76% al 92%. Y si bien este fue un paso potente en sí mismo, no representa el límite de lo que se logró. Tras la conclusión del GDSC, se publicaron todos los resultados, lo que permitió a otras organizaciones y equipos continuar donde lo dejó el desafío. Mientras tanto, Naturalis, Arise, Capgemini y AWS seguirán desarrollando la solución ganadora.

“No pretendemos acaparar esta tecnología para nosotros mismos. Preservar la biodiversidad tiene que ser un esfuerzo generalizado, por lo que es importante seguir explorando múltiples vías”, explica Van Ommen Kloeke. “Al dar a conocer el resultado, empoderaremos a otros para que adopten aquellas soluciones increíblemente valiosas que finalmente no triunfaron. Todas nuestras opciones principales tenían un potencial increíble y esperamos ver qué pueden hacer otros con el aprendizaje automático para proteger nuestras poblaciones de insectos”.

Como resultado, el evento ha permitido a Naturalis y otras organizaciones seguir mejorando la eficacia del aprendizaje automático a la hora de identificar registros de insectos. En el futuro, esta tecnología se desarrollará aún más para poder analizar grabaciones naturalistas que incluyan todos los sonidos de la vida cotidiana. Esto permitirá a las organizaciones de biodiversidad ampliar las capacidades de la tecnología digital para apoyar los esfuerzos de conservación.

“Sabes, esta fue la GDSC más grande que jamás hayamos tenido en términos de participación”, describe Parihar. “Esto simplemente demuestra cuánto valor le da la gente a iniciativas como ésta. Este desafío y su éxito es el siguiente paso hacia un futuro mejor en el que los insectos estén protegidos de manera más eficaz. ¡Eso significa ir más allá de los Países Bajos y replicar la solución en todo el mundo!”