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Tecnología

NeMO, el videojuego de la NASA para salvar corales marinos desde casa

El proyecto NeMO-Net ha analizado más de 70.000 corales marinos gracias a este videojuego y a la tecnología FluidCam de la NASA para fotografías el fondo del mar.

1 septiembre, 2021 02:13

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Aunque pareza increíble, cualquier usuario en España puede colaborar con la NASA en el estudio de los arrecifes de coral que están amenazados por el aumento de las temperaturas, desde su casa y sin tener que ponerse el bañador. La agencia espacial ha clasificado más de 70.000 muestras del fondo marino a través de proyecto NeMO-Net, un videojuego colaborativo para entrenar a la inteligencia artitifical de la NASA.

La inteligencia artificial y nuevos sistemas de observación han abierto el camino a análisis más precisos de la salud y evolución o deterioro de uno de los ecosistemas más diversos, y amenazados, del planeta Tierra. Atrás quedarían los equipos de submarinistas que recopilan datos de forma manual para reflejar el paso del tiempo del fondo de los océanos.



Actualmente menos del 1% del fondo de los océanos está cubierto por arrecifes de coral. Sin embargo, la cuarta parte de los animales marinos viven en estos hábitats, de ahí su importancia. Con el aumento de las temperaturas, la salud de los corales se está deteriorando, provocando el blanqueamiento de los corales.

El juego

La bióloga marina Sylvia Earle, y autora de numerosos documentales sobre los océanos, es la anfitriona en esta aventura. Ella va guiando al jugador por los distintos bancos de corales, como los de Guam en el océano Pacífico, uno de los más degradados del fondo marino.

NeMO-NET

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Con la ayuda de los dedos el jugador se sumerge a través de la pantalla del móvil en el mar con NeMO-Net (iOS y Android). El juego otorga una pequeña pieza de estudio para que el usuario, ahora convertido en biólogo marino, examine las diferentes especies de coral de esa pieza. 

Cada grupo se pinta de un color diferente por toda la superficie, no hay que olvidarse ningún recoveco. La tarea es ardua, pero sencilla y está acompañada del sonido de las olas del mar y una banda sonora que transporta a este entorno natural. La música, por cierto, está disponible en la web de NeMO-Net.

NeMO-Net Omicrono-EE

Con cada misión, los jugadores enseñan a la inteligencia artificial de la NASA a reconocer cada una de las especies de corales. Al mismo tiempo, ellos reciben información sobre la diversidad de este ecosistema, lo que convierte al videojuego en una herramienta educativa de gran valor.

NeMO-NET

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Además de la satisfacción de haber ayudado en una causa como esta, los jugadores pueden consultar ranking mundial y competir por ser los mejores analizando corales. La precisión y la cantidad de muestras revisadas engrosan la valoración de cada uno.

Los ojos de las máquinas

Una vez terminado el trabajo de "campo", le toca el turno a la inteligencia artificial. Los datos del juego se envían a NASA NeMO-Net, la primera red neuronal de observación y entrenamiento multimodal que evalúan la salud de los arrecifes de coral. 

Esta es una red neuronal convolucional profunda (CNN) de código abierto, es decir, está diseñada para trabajar con imágenes. Las redes neuronales convolucionales son capaces de descifrar los patrones más complejos en enormes bases de datos de imágenes, o dicho de otra forma, esta inteligencia artificial es la responsable de dotar de ojos a las máquinas para que puedan reconocer desde rostros humanos hasta corales marinos. 

Pléyades NASA

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En concreto, la red NeMO trabaja con el superordenador de la NASA, Pléyades para analizar las imágenes que los jugadores han clasificado y estudiar el estado de los corales. La red neuronal combina los datos del videojuego con las imágenes en 3D del programa de detección remota conseguido con las lentes fluidas desarrolladas por la agencia espacial.

El resultado de este proyecto sirve también para entrenar al Sistema de Observación de la NASA que recoge información de sensores remotos aéreos hiperespectrales y de los satélites. Así, las imágenes de la Tierra que llegan con baja resolución desde el espacio se suman a un estudio del ecosistema de los arrecifes de coral a nivel mundial que presenta una escala espacial y temporal sin precedentes.

Mirando a través de las olas

No termina aquí la tecnología implicada en este proyecto. Los mapas en 3D que se pueden realizar actualmente de la superficie terrestre han costado varias décadas de innovación tecnológica, pero el mar sigue siendo un reto para los investigadores. El principal obstáculo, aunque parezca sorprendente, es el agua.

Misión Blue de la NASA

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Imagina que estás mirando algo sentado en el fondo de una piscina. "Si no hay nadadores alrededor y el agua está quieta, se puede ver fácilmente. Pero si alguien se sumerge en el agua y hace olas, ese objeto se distorsiona. No se puede distinguir fácilmente su tamaño o forma " explica Ved Chirayath, investigador de la NASA.

Al interactuar la luz con las ondas del agua se crean distorsiones ópticas que deforman los objetos submarinos e impiden recoger imágenes precisas del fondo, por ejemplo, de los arrecifes marinos poco profundos. Este fenómeno se conoce como lentes de fluido y supone un desafío para el conocimiento y estudio en profundidad de los ecosistemas amenazados.

Ante este problema, Chirayath ha presentado en su tesis doctoral una solución de la que nace el algoritmo general de lentes fluidas, capaz de calcular y reducir esas distorsiones en una escala inferior de milímetros. Este sistema no solo permite obtener imágenes más precisas de los objetos submarinos a través de las distorsiones refractivas de las ondas, sino que también las aprovecha como elementos de lentes ópticos de aumento para mejorar la resolución espacial con los instrumentos de teledetección.

Imagen Lente Fluido NASA

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Quizás con una imagen sea más sencillo de entender. Estas dos fotos han sido tomadas en una piscina recreativa estándar, en ambos casos se ha utilizado un objetivo de 22''x15 '', colocado a una profundidad de casi 4 metros de la superficie de la piscina. Sin embargo, en la imagen de la derecha se ha usado el sistema Fluid Lensing para procesar la fotografía.

Además de esta solución por software, la NASA ha desarrollado una cámara fotográfica que vuela sobre los mares gracias a un dron para recopilar las mejores imágenes en 3D que se han hecho hasta ahora de esos arrecifes. "Esto es lo que nos permitirá observar y trazar un mapa de todos los sistemas oceánicos costeros del mundo", asegura Chirayath.

Cámara Fluid Lens NASA Marta Sanz Romero

Además de los drones, las cámaras de lente fluido equiparán satélites con los que observar la evolución de los mares con el paso del tiempo. Todo un despliegue de tecnología para implicar a todo el mundo en el cuidado de los corales y sus habitantes.

Este ecosistema, además de ser el hogar de más de 800 especies, sirve de barrera natural contra las catástrofes climáticas. Sin embargo, la sobrepesca, la pesca de arrastre, la subida de la temperatura del agua y la construcción en zonas inmediatas a la costa están deteriorando la salud de este valioso ecosistema. 

Los magníficos colores brillantes de los arrecifes los producen las algas que contienen. Cuando los corales viven bajo estrés, expulsan las algas y se vuelven pálidos, no están muertos pero sí desnutridos. En 2020, una cuarta parte de la Gran Barrera de Coral se blanqueó mostrando signos preocupantes de muerte

Una foto de archivo de un coral blanqueado en la Gran Barrera de Arrecifes entre Townsville y Cairns.

Una foto de archivo de un coral blanqueado en la Gran Barrera de Arrecifes entre Townsville y Cairns. Bette Willis/Flickr

Aunque con un videojuego no sea posible detener este deterioro, su estudio puede revelar nuevas formas de protegerlos y valorar sus efectos positivos y negativos: "Esto podría ser extremadamente útil para los conservacionistas de los arrecifes de coral que quieran ver el impacto de su trabajo. Apenas estamos comenzando a ver los impactos del aprendizaje automático en la conservación" dice Jarrett Van den Bergh desarrollador de NeMO-Net.

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