Wissenschaft

SphereCam: Intelligente Technik zum Schutz bedrohter Meerestiere

Um gefährdete Meerestiere zu beobachten, entwickelten Forscher die intelligente Unterwasserkamera SphereCam, die auf dem Intel-Edison-Modul basiert.

Die marinen Ökosysteme unserer Welt sind in ernsthafter Gefahr. Rund um den Globus bedrohen ansteigende Wassertemperaturen, Übersäuerung und Überfischung das Leben zahlreicher Meereslebewesen. Umweltverschmutzung und illegale Fischerei führen dazu, dass die Habitate zahlreicher Tierarten zerstört werden und seltene Spezies wie der Kalifornische Schweinswal kurz vor dem Aussterben stehen.

Nach wie vor ist das Wissen über die Tierwelt in den Untiefen der Ozeane begrenzt. Oft fehlt es Biologen und Naturschützern an der notwendigen Computertechnik, um diese eingehend zu beobachten. Deshalb hat eine Gruppe von Studenten ein intelligentes Unterwassersystem entwickelt, das das Blatt für die gefährdeten Meeresbewohner wenden könnte.

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kamera mit akustischem auslöser

Die SphereCam ist ein intelligentes Kamerasystem, das auf einem Intel-Edison-Rechenmodul basiert und über ein Hydrophon verfügt. Dieser akustische Auslöser bewirkt, dass erst dann mit der Videoaufzeichnung begonnen wird, wenn von einem bestimmten Meeressäuger erzeugte Töne erkannt werden. Das System verfügt über sechs Kameras, die Videoaufzeichnungen in voller 360-Grad-Ansicht in hochwertigem 1080p-Format erstellen.

Die runde SphereCam ist etwas größer als ein Fußball.
Die runde SphereCam ist etwas größer als ein Fußball.

„Ursprünglich entwickelten wir die SphereCam, um den zuvor noch nie fotografierten Kalifornischen Schweinswal aufnehmen zu können“, erklärt Antonella Wilby, PhD-Informatikstudentin der University of California, San Diego (UCSD). Nach zahlreichen Gesprächen mit Biologen und Naturschützern wurde aber klar, dass die Entwicklung weitere Möglichkeiten bietet, die weit über die Beobachtung der einen Spezies hinausreichen. Wilby zufolge ist die SphereCam deshalb einzigartig, weil sie basierend auf der Signalstärke erkennen kann, wie weit ein Tier von der Kamera entfernt ist. Das Gerät sei eine Verbesserung im Vergleich zu Zeitraffer-basierten Modellen, die einen Großteil der Aufnahmezeit nichts vor der Linse haben.

Suche nach der richtigen Unterwassertechnik

Für Intel Edison entschieden sich die Forscher, weil ihnen das Modul die benötigte Flexibilität, Energieeffizienz und Rechenleistung liefert. Das Modul kommt bis zu eine Woche lang mit einer Akkuladung aus und ist klein genug, um in der wasserdichten Hülle der SphereCam Platz zu finden. Um die speziellen Laute eines Schweinswals auch tatsächlich verarbeiten zu können, musste ein komplexer Algorithmus entwickelt werden. Früher oder später soll mithilfe von maschinellem Lernen sichergestellt werden, dass die SphereCam zwischen den Klicklauten eines Schweinswals und anderen Tönen aus den Tiefen des Ozeans unterscheiden kann, erklärt Dr. Ryan Kastner, Professor für Informatik und Ingenieurswissenschaften an der UCSD.

Sechs Kameras ermöglichen 360-Grad-Aufnahmen in hoher Auflösung.
Sechs Kameras ermöglichen 360-Grad-Aufnahmen in hoher Auflösung.

Die Herausforderung beim SphereCam-Projekt bestand darin, eine Computertechnik zu finden, die den Forschern die benötigten Daten liefert und gleichzeitig robust genug für die raue Umgebung ist, so Kastner. „Das Problem mit Videoaufzeichnungen besteht darin, dass sie viel Rechenleistung brauchen und eine Menge Daten liefern“, verdeutlicht der Betreuer des Projekts. Deshalb musste eine Technik entwickelt werden, die nicht nur sparsam im Energieverbrauch sein würde, sondern sich selbständig ein- und ausschaltet. Nur so kann sichergestellt werden, dass die Forscher nur die Daten und Bilder erhalten, die sie tatsächlich haben wollen.

Die SphereCam soll neue Informationen über bedrohte Meerestiere liefern.
Die SphereCam soll neue Informationen über bedrohte Meerestiere liefern.

Die National Geographic Society hat sich bereits in einer frühen Phase für das Projekt interessiert und dieses mit einem Young Explorers Grant gefördert, um die Forschungsarbeiten im Bereich der Schweinswalbeobachtung im Golf von Kalifornien zu unterstützen. Inzwischen hat das Forscherteam die Anwendungsmöglichkeiten der SphereCam ausgeweitet und verwendet das System heute auch, um verschiedene Zackenbarsch-Spezies auf den Kaimaninseln und in den Kelpwäldern vor San Diego zu erforschen.

spherecam könnte spezies retten

Wilby zufolge könnte solche Technik künftig entscheidend für das Überleben von Meeresbewohnern sein. Viele Arten seien so wenig erforscht, dass Wissenschaftler nicht über genügend Daten verfügen, um zu entscheiden, ob eine Gefährdung besteht. Das Unterwassersystem hat das Potenzial, Daten zu Lebewesen und ihrem besonderen Verhalten zu liefern, die bislang in freier Natur noch nicht erfasst werden konnten, so die leitende Wissenschaftlerin des Projekts.

Durch neue Erkenntnisse könnten Tierarten künftig besser geschützt werden.
Durch neue Erkenntnisse könnten Tierarten künftig besser geschützt werden.

Die SphereCam ging im September im Golf von Kalifornien in Betrieb, musste aber zwei Wochen später infolge illegaler Fischerei-Aktivitäten in der Schutzzone wieder aus dem Wasser geholt werden. Das Team plant, das System im Frühjahr erneut einzusetzen. Aktuell weise das System zwar noch Schwächen auf, aber es sei der erste Versuch, Bilder des Kalifornischen Schweinswals autonom aufzuzeichnen. „Wir haben noch einen weiten Weg vor uns“, sagt Wilby. „Aber wir werden unsere Versuche fortführen, um Biologen in Zukunft ein Werkzeug zur Verfügung stellen, das ihnen hilft, die Ökosysteme unseres Planeten zu verstehen und das Aussterben von Tierarten zu beenden.“

 

Hinweis des Redakteurs:
Weitere Einzelheiten zu diesem Thema finden Sie in den folgenden Forschungsberichten (in Englisch): „Autonomous Acoustic Trigger for Distributed Underwater Visual Monitoring Systems“ und „Design of a Low-Cost and Extensible Acoustically-Triggered Camera System for Marine Population Monitoring“.

Dieser Artikel entstand unter Mitwirkung von Ken Kaplan.

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