Прогресс не стоит на месте. Технологии развиваются и применяются сегодня практически во всех профессиональных отраслях. В наши дни мы постоянно слышим термины «искусственный интеллект». Помимо проблемы захвата мира злыми роботами, ИИ помогает учёным делать удивительные вещи. Орнитологам также нужно идти в ногу со временем, чтобы использовать существующие технологические фичи в полной мере. Искусство распознавания птиц по их пению/крику/щебетанью/чириканью на слух всегда выделяет по-настоящему одарённого орнитолога от остальных. Но для этих остальных помощь уже разработана.

Если Shazam может идентифицировать песню по отрывку в несколько секунд даже плохой записи, рано или поздно, кто-то сделал бы аналогичный инструмент для распознавания птицы, отчётливо поющей на соседнем дереве. Научно-исследовательский проект Haikubox, направленный на идентификацию птиц по их звукам, будет чрезвычайно полезным для орнитологов и любителей наблюдения за птицами всех мастей.

У Эша Кэтчума был специальный прибор, который идентифицировал и подробно описывал покемонов по одной лишь фотографии. Haikubox работает по такому же принципу, только определяет птиц с помощью их издаваемых звуков, а приложение и веб-сайт предоставляют записи, аудиоспектрограммы и множество другой информации, чтобы пользователи могли больше узнать о поведении птиц и характере миграции.



Программное обеспечение для наблюдения за птицами переживало дни своего расцвета в конце 2000-х, когда смартфон ещё не был изобретён. В прошлом орнитологи могли найти это неудобным, поскольку они не могли сразу задокументировать свои находки, находясь в полевых условиях. После распространения смартфонов разработаны много разных примеров приложений для бёрдвотчинга но погуглив, можно понять, что многие разработчики прекратили поддержку своих приложений.

Долгое время эти приложения мало чем помогали, кроме самых очевидных птичьих песен — тех самых, которые легко узнаваемы на слух. Но технологии развиваются, и приложения для смартфонов довольно хорошо справляются с задачей записи и мгновенного определения источника звуков. Лидером в области идентификации птиц по звукам является бесплатное приложение BirdNET, дополняющую популярную версию для Android, у которой более миллиона пользователей. Достойным соперником является европейское приложение ChirpOMatic.

Сегодня существует около полудюжины достойных приложений, включая версии от Cornell Lab, Princeton University Press, технологической компании Wildlife Acoustics, пары европейских фирм и нескольких отдельных разработчиков из США, которые делают ставку на то, что на этих продуктах можно заработать. Почти все они доступны для скачивания как для Android, так и для IOS. Другие более сложные биоакустические устройства, которые можно использовать на птичьих дворах, также находятся в стадии разработки.

Компания по производству электроники Loggerhead Instruments разработала подслушивающий девайс, которое в сочетании с базой данных на основе искусственного интеллекта Корнеллского университета, может помочь превратить любителей птиц на заднем дворе в учёных.

почти не виден
в ветвях цветущей вишни
соловей — но трель!..

Haikubox это квадратная пластиковая коробочка со скругленными углами размером 10x14 см и толщиной 5 см, со шнуром питания и небольшим микрофоном. Хотя устройство устойчиво к атмосферным воздействиям, компания рекомендует держать его подальше от прямых солнечных лучей и не погружать в воду. Устройство подключается к сети Wi-Fi через приложение Haikubox Connect и ведёт запись звука 24/7. Затем отправляет записанные звуки на серверы Лаборатории орнитологии Корнелла. В зависимости от погоды и уровня шума, он улавливает звуки на расстоянии до нескольких сотен метров.

Спустя несколько часов записи, Haikubox может показывать виды птиц, звуки которых уловил. Пользователь может изменить продолжительность на последние 6 часов, 12 часов или 24 часа. Более длительные промежутки времени хороши для выяснения того, что происходит ночью вокруг установленного Haikubox.


Каждая идентификация получает цветное изображение и пару ссылок на веб-сайты All About Birds и приложение eBird для получения дополнительной информации об этом виде. Можно воспроизвести сделанную запись и подтвердить результат. Если же вид птицы определён неправильно или был записан звук другого животного, то можно сообщить об этом разработчикам.


Принцип работы

Для общих данных доступны три режима работы. В режиме реального времени, который прибор показывает, что снаружи прямо сейчас. Есть режим работы, когда показывается 10 наиболее часто записываемых птица и, режим работы, когда на экран выводятся все птицы, записанные в течении года.

Например, «хайкубокс» может выдавать записи звуков птицы, которая не обитает в месте проживания пользователя. Возможно это ошибка, а может и нет. Многие птицы часто маскируются или слишком пугливы. Если результат повторится, то пользователь будет внимательно наблюдать за окружающей средой в поисках данной птицы. Также прибор будет отправлять оповещения если обнаружит звуки новых видов, ранее не записанных в данной местности. Всякий раз, когда Haikubox услышит что-то, чего раньше не слышал, пользователь получит сообщение на свой телефон. Ещё можно включить оповещения для определенных видов птиц.


Разработчики Haikubox — Дэвид Манн и Эми Доннер

Дэвид Манн основал компанию Loggerhead Instruments, Inc. в 2004 году, чтобы производить свой подводный рекордер (гидрофон) для изучения дельфинов и ламантинов. Манн выбрал это название «хайкубокс» из-за образов природы, часто присутствующих в стихах хайку. Он отметил, что хайку часто демонстрируют внимательное наблюдение за природой и передают мимолётное течение времени.

Хайкубокс можно приобрести на веб-сайте за 399 долларов с предоплаченным членством; или оборудование можно купить отдельно за 190 долларов и подписку на сервис за 59 долларов в год. Бесплатную демонстрационную учетную запись можно загрузить и активировать по адресу.

осенний ветер
мелкие камни бросает
в колокол храма

Команда использует итеративный подход к разработке продукта. На изображениях ниже показаны некоторые этапы разработки Haikubox, включая тестирование конструкций корпусов, сравнение нейронных сетей и оценку производительности в полевых условиях, а также процесс сборки небольшими партиями.









Помимо разработки Haikubox, компания Loggerhead Instruments занимается научными открытиями, разрабатывая, производя и поставляя океанографам всего мира оборудование для подводной акустики.

неразделимо
вплелись птичьи голоса
в музыку людей

В Лаборатории Корнелла есть библиотека «птичьих песен», и лаборатория работает над алгоритмом искусственного интеллекта, который сопоставляет записанные звуки с имеющимися в каталоге. Алгоритм может идентифицировать 6000 видов птиц, включая наиболее распространённые в США и Европе. В мире насчитывается около 10 000 видов птиц.

Корнеллский университет основал свой Центр природоохранной биоакустики, чтобы применить изучение звука к исследованиям птиц. Поскольку птицы очень громкие, учёные обнаружили, что они могут отслеживать миграцию, размножение и общую популяцию, записывая крики и песни птиц. Эта область получила широкое распространение, когда технологические компании начали делиться своим программным обеспечением для расшифровки фотографий, звуков и текста.

За последние несколько лет Корнеллский университет и ряд академических и коммерческих партнёров усовершенствовали технологию записи, звуковое оборудование и приложения ИИ, используемые для анализа записей птиц. Прелесть биоакустики в том, что она позволяет учёным удалённо изучать исчезающие виды в труднодоступных местах, например, в тропических лесах и на островах.


Первый прототип хайкубокса в виде скворечника

Haikubox дополняет длинную линейку систем распознавания пения птиц, большинство из которых представляют собой приложения, работающие, как правило, только с небольшой выборкой песен — если вообще работают. Если вы хотите испытать это, не приобретая Haikubox, можно скачать приложение Merlin Bird ID от Корнелла, использующее некоторое количество данных и нейросеть, аналогичную Haikubox.

Одно из популярных приложений для идентификации птиц называется Song Sleuth, которое использует библиотеку из 200 видов и даёт выборку из вероятных претендентов.

Собственное приложение Корнелла под названием BirdNET установило новый стандарт точности, поскольку оно использует огромную библиотеку звуков лаборатории. Версия BirdNET для Android была загружена миллион раз. Исследования сосредоточены на обнаружении и классификации птичьих звуков с помощью машинного обучения, различного оборудования и ОС, таких как микроконтроллеры Arduino, Raspberry Pi, смартфоны, веб-браузеры, рабочие станции и облачные сервисы. Демо можно прослушать тут.

Подобно приложениям eBird, которые орнитологи используют для регистрации птиц, которых они видят, эти данные подпитывают проект гражданской науки и помогают любителям отслеживать популяции птиц во всем мире. Идентификаторы пения птиц пополнят этот запас знаний благодаря точности этих устройств.


Даже если вы не заядлый орнитолог, Haikubox — это хороший способ заинтересовать в исследовании окружающего мира. Это особенно верно для детей. Они могут узнать больше о характере миграции птиц и об их сезонном поведении. Каждый владелец Haikubox будет своего рода учёным и частью обширной сети, собирающей самый большой набор данных о поведении птиц, который когда-либо собирался. Это пробудит любопытство и приведёт к более глубокому пониманию того, что происходит в окружающей среде.

Все собранные данные помогут лаборатории Корнелла разработать более совершенную машину, а также отслеживать миграцию птиц — когда они обнаруживаются в определённых регионах и как они меняются из года в год. Чем больше любителей-орнитологов будет использовать устройства подобные «хайкубокс», тем больше данных у учёных будет для их исследований.

Haikubox могут быть полезны в школах. Тогда дети могли приходить утром в школу и посмотреть, какие птицы были обнаружены за минувший день. Есть много интересных способов использования технологий для повышения осведомлённости о проблемах, с которыми сталкиваются птицы.