Самое одинокое дерево в мире благодаря искусственному интеллекту (ИИ) может вскоре найти себе пару.
В дикой природе был обнаружен только один мужской экземпляр дерева под названием Энцефаляртос Вуда (Encephalartos woodii). В 1895 году ботаник Джон Медли Вуд (John Medley Wood) нашёл это одиночное растение в нынешнем заповеднике Нгойе в провинции Квазулу-Натал, Южная Африка.
Энцефаляртосы, примитивный вид семенных растений, появились около 300 миллионов лет назад, ещё до того, как на Земле обитали динозавры. У энцефаляртосов мужские и женские репродуктивные структуры, называемые шишками, производятся разными растениями.
Однако Encephalartos woodii также размножается за счёт побегов, что означает, что родительское растение выпускает побеги, которые превращаются в другие взрослые растения. В XX веке ботаники удалили несколько побегов и пересадили несколько оригинальных стволов от одинокого мужского растения в Южной Африке. Это привело к появлению около 500 отдельных растений, которые сейчас находятся в ботанических садах по всему миру.
Однако для долгосрочной жизнеспособности вида необходимо именно половое размножение. Поэтому, чтобы помочь мужским побегам найти партнёров, учёные запустили над удалёнными и труднодоступными лесами, где произрастают эти интересные растения, дроны.
Затем учёные задействовали алгоритмы ИИ для анализа визуальных изображений, собранных дроном.
«Наш подход к использованию ИИ фокусируется на визуальной идентификации энцефаляртосов, которые при просмотре сверху напоминают пальмы, — сказала Лаура Синти (Laura Cinti), соучредитель C-LAB, художественно-научного коллектива, и научный сотрудник Университета Саутгемптона в Англии. — Изначально мы использовали модели обнаружения, которые регулярно применяются в индустрии пальмового масла для подсчёта пальм, но для оптимизации под наш специфический вид и уникальную форму энцефаляртосов мы обучили наши собственные алгоритмы распознавания изображений», — рассказала Синти Live Science.
В ходе исследований 2022 и 2024 годов были получены тысячи изображений 195 акров (79 га) леса Нгойе площадью 10 тыс. акров (4 тыс га). Камеры дронов захватывали изображения в пяти диапазонах волн, надеясь идентифицировать уникальную спектральную характеристику энцефаляртосов, что позволит легче отличить их от окружающих деревьев.
«Мы анализировали экологические особенности, чтобы стратегически нацеливаться на области, где энцефаляртосы наиболее вероятно могут быть обнаружены, начиная с окраин леса — именно там был обнаружен Encephalartos woodii», — сказала Синти.
Предыдущие исследования, проведённые другими учёными, результатов не принесли.
Исследователи пропустили тысячи изображений через YOLOv8, модель компьютерного зрения, используемую для задач распознавания изображений, рассказала Синти.
«Отдельная система генеративного ИИ создала синтетические карты с энцефаляртосами в различных средах, чтобы улучшить способность модели распознавать энцефаляртосы в разнообразных контекстах», — отметила она.
Они обучили модель, используя различные фотографии разных видов энцефаляртосов и размещая их в цифрово сгенерированных кронах деревьев, чтобы программа могла научиться распознавать свою цель сверху.
Холмистая местность и облачность усложняли анализ изображений, поэтому команда планирует продолжать совершенствовать свою модель.
Перспективных кандидатов можно будет осмотреть при более близких пролётах дронов.
«Мы можем управлять некоторыми из этих дронов от первого лица, что позволяет нам выполнять тонкую навигацию и получать подробные крупные планы, — сказала Синти. — Однако на последнем этапе всегда необходима проверка на местности, чтобы подтвердить результаты.»
Если будет обнаружена самка, её, скорее всего, из дикой природы удалят. В идеале, она будет производить шишки.
«В контролируемых условиях опыление можно проводить как естественным, так и искусственным образом. Как только семена будут получены, их будут тщательно культивировать, чтобы обеспечить здоровый рост», — сказала она.
Конечная цель заключается в том, чтобы вырастить плодородные, здоровые саженцы, которые затем можно будет вновь ввести в их родную среду обитания.
