الطائرات المسيّرة بالذكاء الاصطناعي قد تُبلغ الفرق البشرية بمكان وجود النفايات البحرية
يعمل المراكز الوطنية لدراسة المحيطات الساحلية (NCCOS) التابعة لإدارة المحيطات والغلاف الجوي الوطنية الأمريكية (NOAA)، وجامعة ولاية أوريغون وشركاؤهما على تطوير نظام للتعلم الآلي يعتمد على الطائرات المسيّرة لرصد النفايات البحرية وتحديدها على طول السواحل.
في ديسمبر 2021، استخدم الباحثون الشواطئ القريبة من كوربس كريستي (ولاية تكساس) لتقييم أجهزة النظام وتحسين أساليب الرصد. بدأ مشروع البحث في يونيو 2020 وسيستمر حتى نهاية مايو 2022.
تمثل النفايات البحرية مشكلة عالمية تهدد البيئة وسلامة الملاحة والاقتصاد الساحلي وربما صحة الإنسان. إن الرصد السريع والدقيق للنفايات وتحديدها هو مفتاح إجراءات التنظيف والاستجابة التي يمكن أن تمنع هذه الآثار. وتتيح هذه الإمكانية الأنظمة الجوية غير المأهولة، أي الطائرات المسيّرة.
غالباً ما يختلف الضوء المستقطب (الإشعاع الذي تتذبذب موجاته في مستوى واحد) المنعكس عن الأجسام الاصطناعية عن الضوء المنعكس عن الأجسام الطبيعية، مثل النباتات والتربة والصخور. يمكن أن يؤدي تركيب كاميرا استقطابية على طائرة مسيّرة إلى تحسين رصد النفايات من الجو. واختبر الباحثون مثل هذه الكاميرا على الأرض، وكذلك بمساعدة خفر السواحل الأمريكي من طائرة هليكوبتر.
سمحت رحلة الطائرة المروحية للفريق بمحاكاة الارتفاع الذي ستحلق فيه المنظومة المسيّرة، ونمذجة ما سيحدث في حال استخدام الطائرة المسيّرة كاميرا استقطابية. ثم درّب الفريق برنامجاً حاسوبياً يعتمد على التعلم الآلي على العثور على النفايات وتصنيفها في الصور المجمّعة.
بعد التشغيل الكامل، ستُستخدم البيانات التي يجمعها نظام التعلم الآلي المعتمد على الطائرات المسيّرة لإنشاء خرائط تُظهر أماكن تركّز النفايات البحرية على طول السواحل، لتوجيه جهود الاستجابة السريعة والإزالة.
سيقدم الباحثون لموظفي برنامج NOAA للنفايات البحرية تدريباً على استخدام النظام الجديد، إضافةً إلى دليل إجراءات التشغيل القياسية. وقد نتج هذا المشروع عن تعاون بين NCCOS وبرنامج NOAA للنفايات البحرية وجامعة ولاية أوريغون وشركة ORBTL.AI وشركة Genwest Systems.
أما فيما يتعلق برصد الحطام البحري العائم، فتجدر الإشارة إلى أن باحثين من جامعة برشلونة طوّروا في العام الماضي نظاماً يعتمد على الذكاء الاصطناعي يتيح للطائرات المسيّرة القيام بذلك أيضاً.
ولأن ملايين الأطنان من البلاستيك تُجرف يومياً إلى المحيط، لا يملك العلماء وقتاً لتتبع مواقعه، لكنهم قد يحصلون على أداة جديدة مفيدة. وقد طوّر باحثون من جامعة برشلونة في فبراير 2021 خوارزمية قادرة على رصد النفايات البحرية وتحديد كميتها باستخدام الصور الجوية، ويأملون أن تعمل مع الطائرات المسيّرة لمسح البحار بشكل ذاتي وتقييم الأضرار.
إن الإحاطة بمشكلة التلوث البلاستيكي العالمية مهمة صعبة، إذ تتزايد كميته يومياً في المحيط وتتفتت إلى شظايا أصغر يصعب تتبعها. ويستهدف فريق جامعة برشلونة هذه الأجزاء العائمة على السطح، على أمل تحسين أساليب التتبع الحالية لتوزيعها، والتي تشمل دراسة الأضرار الناتجة عن الطائرات والقوارب.
ومن الأمثلة المثيرة للاهتمام على ذلك العمل المنجز في إطار مشروع «تنظيف المحيط»، حيث أبحرت سفن بحثية إلى بقعة القمامة الكبرى في المحيط الهادئ وحلّقت فوقها بطائرات مزودة بأجهزة استشعار وأنظمة تصوير. وقد أظهروا طريقة لتحقيق ذلك باستخدام الأشعة تحت الحمراء للتمييز بين قطع البلاستيك الدائرة في المحيط وغيرها من نفايات المحيط.
وبدلاً من ذلك، لجأ فريق جامعة برشلونة إلى أساليب التعلم العميق لتحليل أكثر من 3800 صورة جوية للبحر الأبيض المتوسط قبالة سواحل كتالونيا. وبعد تدريب الخوارزمية على هذه الصور، واستخدام الشبكات العصبونية لتحسين دقتها مع مرور الوقت، حصل الفريق على أداة ذكاء اصطناعي تستطيع رصد البلاستيك العائم على السطح وتحديد كميته بموثوقية.
«أتاحت الكمية الكبيرة من صور سطح البحر التي التقطتها الطائرات المسيّرة والطائرات في حملات رصد النفايات البحرية، إضافةً إلى الدراسات التجريبية مع أجسام عائمة معروفة، أن نطور ونختبر خوارزمية جديدة تحقق دقة تبلغ 80% في الرصد عن بُعد للنفايات البحرية العائمة كبيرة الحجم»
يمكن للأداة تحليل الصور كلٌ على حدة، أو تصنيفها حسب مقاطع مختلفة مع حساب عدد النفايات في كل قسم لتقدير الكثافة. والنظام عبارة عن تطبيق ويب مفتوح المصدر متاح للمحترفين في هذا المجال، لكن الفريق يخطط لتطوير نسخة تعمل مع الطائرات المسيّرة لأتمتة العملية بالكامل.
«تُعد أساليب التصوير الجوي الآلي مقترنةً بالخوارزميات التحليلية بروتوكولات أكثر فعالية لمراقبة هذا النوع من الملوثات ودراسته»
