À medida que as mudanças climáticas continuam a ser um dos problemas mais proeminentes enfrentados pela humanidade, há outros desafios à frente, potencialmente ainda mais devastadores. Um desses perigos é a perda de biodiversidade, que ameaça as próprias fundações da Terra e é quase criminalmente subnotificada.

De acordo com o biólogo americano E.O. Wilson: “Se toda a humanidade desaparecesse, o mundo se regeneraria de volta ao rico estado de equilíbrio que existia há dez mil anos. Se os insetos desaparecessem, o ambiente colapsaria em caos.”

Insetos desempenham um papel crítico em praticamente todos os ecossistemas ao redor do mundo. Eles são polinizadores que garantem a sobrevivência da vida vegetal, alimento para animais e até plantas, recicladores de resíduos mortos, mantenedores da saúde do solo e muito mais. Portanto, dada a sua incrível importância para o nosso ecossistema, há uma necessidade urgente de determinar a taxa na qual as populações de insetos estão diminuindo como resultado da atividade humana.

“Até este ponto, vimos muito menos foco dedicado à proteção de insetos do que a outros esforços de conservação”, explica Elaine van Ommen Kloeke, da Naturalis. “Embora todas essas iniciativas sejam importantes e dignas, é fundamental que entendamos melhor as mudanças, sejam elas positivas ou negativas, que várias espécies de insetos experimentaram nos últimos anos. Isso começa com a capacidade de rastrear e identificar o maior número possível.”

Entre Arise, uma colaboração entre a Naturalis, o Instituto de Biodiversidade e Dinâmica de Ecossistemas da Universidade de Amsterdã, o Instituto de Biodiversidade Fúngica Westerdijk e a Universidade de Twente. Esta iniciativa tem como objetivo possibilitar o reconhecimento de qualquer espécie que ocorra naturalmente em qualquer local com base em tecnologia de DNA, sensores e IA. Além disso, irá coletar informações sobre biodiversidade relacionadas a todas as espécies de todo o território dos Países Baixos em um só lugar até 2030, após o que uma vasta quantidade de dados estará prontamente disponível com apenas um clique. Ao fazer isso, o projeto tornará muito mais fácil para os conservacionistas monitorarem as populações de insetos.

“Não conseguimos sempre ver ou ouvir os insetos e há tantas espécies por aí, então é bastante difícil monitorá-los”, diz Dan Stowell, do Naturalis. “E sem saber onde estão essas populações e seus números, é incrivelmente difícil protegê-los. Portanto, temos usado aprendizado de máquina para identificar insetos com base em gravações de áudio. No entanto, é um trabalho em andamento. O reconhecimento automático da fala humana levou décadas para se tornar tão bom quanto é, e para os insetos precisamos que a precisão da identificação automática avance o máximo possível para que esteja pronta para implementação.”

Explorando diferentes opções de aprendizado de máquina

Com sua expertise, dados disponíveis e conhecimento em IA, a Naturalis foi a candidata perfeita para o Desafio Global de Ciência de Dados de 2023 (GDSC), um evento colaborativo de hackathon realizado anualmente pela Capgemini e impulsionado pelos serviços de aprendizado de máquina (ML) da AWS, como o Amazon Sagemaker, onde cada funcionário da empresa tem a oportunidade de desenvolver e aproveitar sua expertise em dados e IA para resolver um problema do mundo real.

“Como líder global em dados e IA, a Capgemini tem a responsabilidade de aplicar sua expertise em cenários do mundo real que podem ajudar a criar um mundo mais sustentável e gerar benefícios tangíveis para nossa sociedade”, disse Niraj Parihar, CEO da Insights & Data Global Business Line da Capgemini e Membro do Comitê Executivo do Grupo.. “Por meio do nosso Desafio Global de Ciência de Dados, capacitamos nossos membros da equipe a resolver desafios do mundo real de vital importância para todos nós. Os insetos desempenham um papel central em nosso ecossistema, mas são incrivelmente difíceis de monitorar para os humanos. Ouvir e identificar espécies de insetos é fundamental para preservá-las.”

Durante o evento, mais de 1500 participantes formaram mais de 400 equipes, após o que receberam os recursos para desenvolver e testar suas próprias soluções. Aprendendo com cinco horas de gravações de 66 espécies diferentes de insetos, cada equipe tentou construir uma IA que pudesse identificar quais espécies podiam ser ouvidas.

“Cada GDSC é uma oportunidade única e empolgante para ver o que diferentes equipes podem fazer e as diferentes maneiras como utilizam a tecnologia”, diz Eliza Robinet Duffo, da AWS. “Este ano, vimos uma variedade tão ampla de soluções diferentes e bem-sucedidas! Cada uma das equipes de destaque usou uma abordagem diferente e obteve um grande sucesso. Foi uma das nossas competições mais acirradas e as perspectivas para o futuro são fantásticas!”

Simplificando esforços de conservação focados em insetos

Até o final da competição, houve uma melhoria no desempenho*(F1-Score médio macro) de 76% para 92%. E embora esse tenha sido um passo significativo por si só, não representa o limite do que foi alcançado. Após a conclusão do GDSC, a totalidade dos resultados foi publicada, permitindo que outras organizações e equipes continuem de onde o desafio parou. Enquanto isso, Naturalis, Arise, Capgemini e AWS continuarão a desenvolver a solução vencedora.

“Não estamos buscando guardar essa tecnologia apenas para nós. Preservar a biodiversidade precisa ser um esforço amplo, então é importante continuar explorando múltiplas avenidas,” explica Van Ommen Kloeke. “Ao divulgar o resultado, vamos capacitar outros a adotarem aquelas soluções incrivelmente valiosas que não venceram. Todas as nossas melhores opções tinham um potencial incrível e estamos ansiosos para ver o que outros podem fazer com machine learning para proteger nossas populações de insetos.”

Como resultado, o evento permitiu que a Naturalis e outras organizações continuassem aprimorando a eficácia do machine learning na identificação de gravações de insetos. No futuro, essa tecnologia será ainda mais desenvolvida para que possa ser usada na análise de gravações naturalistas que incluam todos os sons da vida cotidiana. Isso capacitará as organizações de biodiversidade a expandir as capacidades da tecnologia digital para apoiar os esforços de conservação.

“Você sabe, este foi o maior GDSC que já tivemos em termos de participação,” descreve Parihar. “Isso apenas demonstra o quanto as pessoas valorizam iniciativas como esta. Este desafio e seu sucesso são o próximo passo em direção a um futuro melhor, onde os insetos sejam protegidos de forma mais eficaz. Isso significa ir além da Holanda e replicar a solução em todo o mundo!”