В поисках NeMO-Net

Погружаемся на виртуальное дно, чтобы изучать, спасать и защищать коралловые рифы и их обитателей.

Привет, меня зовут Влад Цой. Я работаю в проекте «Люди науки», где рассказываю, как любой человек без специальных навыков и умений может поучаствовать в реальных научных исследованиях. А в свободное время мои мысли заняты путешествиями. Ещё с 2003 года, когда вышел мультфильм «В поисках Немо», я мечтаю добраться до кораллового рифа. Полюбоваться хищными цериантариями, изящными морскими перьями, крепкими склерактиниями и, само собой, вживую понаблюдать за рыбками-клоунами, живущими среди щупалец актиний.

Но пока мне не хватает духу спланировать такую поездку. Да и границы всё ещё закрыты. Поэтому, чтобы хоть как-то удовлетворить свой туристический голод, я ищу проекты гражданской науки, которые виртуально переносят пользователя в далёкие страны. Так, мне недавно попалась игра NASA NeMO-Net.

Илл.: NeMO-Net, NASA

О чём проект?

Из-за изменения температуры, уровня кислотности океанов и загрязнения водной среды жизнь кораллов находится под угрозой. Чтобы следить за их состоянием, учёные NASA используют особые камеры с технологией fluid lensing. Устройства позволяют вести съёмку фото и видео в высоком разрешении сквозь толщу воды. Технология просчитывает искажения, возникающие от волн и бликов на поверхности, а затем самостоятельно устраняет их. Такие камеры устанавливаются на дроны и самолёты, которые летают над коралловыми рифами и фотографируют их.

Игроков NeMO-Net просят анализировать эти изображения. Пользователи получают 2D- и 3D-снимки, а затем отмечают на них кораллы, водоросли и прочих живых существ. Данные из игры служат для обучения нейронной сети, которая, используя мощность суперкомпьютера Pleiades, составляет карту коралловых рифов. Получается, чем больше людей играют в NeMO-NET, тем лучше становятся картографические способности искусственного интеллекта. С помощью этих данных учёные будут лучше понимать, что происходит с кораллами, и быстрее найдут способы их сохранения. Это очень важно, поскольку коралловые рифы одновременно и дают жилище для тысяч организмов, и защищают от эрозии береговых линий и служат источником пропитания для жителей прибрежных государств.

По мнению авторов проекта, у нейросети NeMO-Net есть множество вариантов для дальнейшего применения. К примеру, искусственный интеллект можно будет приспособить для картирования не только рифов, но и разных участков океанического дна или даже суши. Хотя пока об этом говорить рано — потребуется много времени и усилий как учёных, так и волонтёров, чтобы превратить нейронную сеть NEMO-Net в надёжный инструмент для наблюдения за коралловыми рифами.

На дно!

Перейдём же к этим с усилиям. Авторы NeMO-Net написали приложения для Android, iOS и Mac. Есть версия и для Windows, но сейчас она находится на стадии бета-тестирования и может работать с перебоями. Скачиваю игру на смартфон и запускаю.

Первые впечатления от NeMO-Net весьма приятные: простой, но аккуратный интерфейс, «мультяшная» графика, а фоном звучит ненавязчивая электронная музыка. Я же чувствую себя не безликим пользователем, а настоящим капитаном научно-исследовательского судна NASA. Вот полюбуйтесь на палубу моего корабля:

Илл.: NeMO-Net, NASA

У меня есть важная задача от штаба — наблюдать за коралловыми рифами. В моей непростой работе мне помогают учёные — время от времени они высылают обучающие видео и обновляют данные в полевом руководстве (гайде). А чтобы игровой процесс был более увлекательным, NASA встроили в NeMO-NET шкалу прогресса и таблицу с достижениями.

Нажимаю кнопку «Classify» и приступаю к самой игре — иными словами, погружаюсь на океаническое дно. Во время каждого такого «нырка» я получаю фотографии из архивов NASA. Снимки поступают из разных уголков мира — Гуама, Пуэрто-Рико, Самоа и других. Первыми мне встретились эти симпатичные кораллы из семейства Poritidae, напоминающие густые кроны лиственных деревьев.

Илл.: NeMO-Net, NASA

Чтобы их лучше рассмотреть, я двигаю картинку вверх-вниз, влево-вправо, изменяю масштаб и ракурс. Пока кручу изображение, замечаю, что NeMO-Net поддерживает технологию дополненной реальности (AR). Активирую её и сажаю колонию кораллов на свою электронную книгу.

Илл.: NeMO-Net, NASA

Как по мне, классифицировать изображения в режиме AR не очень удобно: фон меняется от любого неловкого движения рук, из-за чего рассеивается внимание. Сама функция хоть и любопытна, но абсолютно бесполезна  — поэтому я почти сразу возвращаюсь в обычный режим.  

Теперь кораллы снова видны отчётливо и можно приступать к разметке. Я закрашиваю пальцем колонию полипов Poritidae — чувствую себя довольным, как в детстве, когда получилось аккуратно заштриховать картинку цветным карандашом. Результат мне кажется достаточным хорошим, чтобы отдать его нейронной сети:

Илл.: NeMO-Net, NASA

Вообще, кораллов в игре довольно много — в первые 10-15 минут игрока знакомят с целой дюжиной семейств. Из них лично мне показалось самым необычным — Fungiidae, представители которого похожи на перевёрнутую шляпку пластинчатого гриба.

Илл.: NeMO-Net, NASA

Поначалу у игрока могут возникнуть сложности с классификацией. Кораллов много и некоторые очень похожи друг на друга — например, Pocilloporidae и уже упомянутые Poritidae. Различить их можно по текстуре (Poritidae более гладкие) и по форме отростков (у Pocilloporidae они мельче и острее). Увы, разглядеть это на фотографии порой бывает весьма сложно.

Илл.: NeMO-Net, NASA

Так, мне показалось, что на этом изображении сверху и снизу видны кораллы семейства Pocilloporidae, а слева — Poritidae. Но даже при увеличении изображения разглядеть текстуру кораллов невозможно, поэтому моя оценка вполне может быть ошибочной. Синим помечаю Pocilloporidae, жёлтым — Poritidae, а красным — дно океана.

Илл.: NeMO-Net, NASA

При этом один мой промах и даже несколько, судя по всему, не повредят нейронной сети NeMO-Net: плохие работы не дойдут до её датасета. Любой пользователь может оценить качество классификации другого волонтёра. И если несколько игроков признают мою работу неудачной (незавершённой или неаккуратно выполненной) — скорее всего, нейросеть не станет её обрабатывать.

Сам я тоже люблю вживаться в роль подводного ревизора и оценивать чужие классификации. Вот эту, к примеру, признаю удачной — видно, как внимательно игрок закрашивал каждый пиксель кораллов Acroporidae (бледно-зелёный) и Alcyiniidae (серо-голубой):

Илл.: NeMO-Net, NASA

А вот эту работу можно поругать за неаккуратность. Её автор отметил на 3D-снимке только кораллы Acroporidae (бледно-зелёный), а холмик Poritidae (должен быть отмечен жёлтым) в правом верхнем углу почему-то не заметил.

Илл.: NeMO-Net, NASA

За то, что я делаю классификации и оцениваю работы других пользователей, меня награждают игровым опытом и достижениями. Так растёт мой уровень в NeMO-Net — после часа игры я из планктона превратился в рыбу-клоуна, затем в рыбу фугу, а потом в рыбу-мандаринку. О следующих «рыбных» рангах рассказывать не буду, чтобы сохранить интригу.

Илл.: NeMO-Net, NASA

Итоги

Всё-таки полноценно отдохнуть в NeMO-Net не получится: это не самая простая игра. Порой я проводил 15-20 минут, внимательно разглядывая отростки кораллов и сверяя их с фотографиями в полевых гайдах. Да и аккуратно закрасить пальцами ветвистую 3D-модельку — та ещё задача в трясущемся автобусе.

Но всё-таки это проект гражданской науки, а не просто способ убить время. NeMO-Net — одна из самых увлекательных игр в этой сфере. Её скачали почти 43 000 раз — при этом средняя оценка приложения в AppStore держится на достойном уровне в 4,9 баллов.

Всего за 10 месяцев игроки-волонтёры сделали в NeMO-Net более 70 000 классификаций. Конечно, это не так много по сравнению с каким-нибудь Galaxy Zoo (свыше 2 000 000 классификаций) или Penguin Watch (около 460 000). Однако NeMO-Net — молодой проект, который только набирает свою аудиторию.

Что подкупает больше всего — это уважение и доброжелательность, с которыми к игроку относятся авторы проекта. Они неторопливо разжёвывают большой объём научной информации — словно готовят пользователя к настоящей экспедиции. Постепенно, раскрашивая объекты на цифровом дне океана, игрок начинает лучше разбираться в устройстве кораллов и коралловых рифов. А чтобы ему не стало скучно, NeMO-Net притворяется обычной мобильной игрой, не забывая про качественное визуальное, звуковое оформление и геймификацию процесса.