攜手保護野生熊群，合力踐行 AI 向善

作者：Arm 高級首席工程師 Ed Miller

人工智能 (AI) 應用正以前所未見(jiàn)的速度持續增長(cháng)。有觀(guān)察家認為 AI 可以解決部分當前人類(lèi)所面臨的嚴峻挑戰。然而，現在卻很少有開(kāi)發(fā)者知道如何將 AI 應用在可持續發(fā)展上。

為了彌合技術(shù)差距并支持可持續發(fā)展目標，Arm 與 FruitPunch AI 共同贊助了“AI for Bears 挑戰”。FruitPunch AI 教導大家如何應用 AI 來(lái)解決聯(lián)合國 17 項可持續發(fā)展目標中的實(shí)際挑戰。由來(lái)自全球各地的學(xué)員與專(zhuān)家組成 15 到 50 名工程師的團隊，在十周內著(zhù)手解決相關(guān)方面臨的數據問(wèn)題。招募完成后，團隊成員將參加一系列專(zhuān)業(yè)培訓課程，包括高級研習課程、研究、實(shí)驗、實(shí)作與成果展示。

為何會(huì )選擇熊？

我除了擔任 Arm 軟件工程師之外，也在由我共同創(chuàng )立的非營(yíng)利組織 BearID 項目中擔任志愿者。我們?yōu)橄鄼C陷阱數據開(kāi)發(fā) AI 應用，以非侵入性的方式監測熊與其它野生動(dòng)物。熊的重要性在于它們被視為“傘護種”，它們分布范圍廣闊，保護它們的同時(shí)，也有助于保護與它們共享棲息地的許多物種。它們面臨著(zhù)從棲息地流失到氣候變遷等諸多保護問(wèn)題，BearID 項目的目標是在多個(gè)保護區解決聯(lián)合國可持續發(fā)展目標中的第 15 項陸地生態(tài)系統問(wèn)題。

對于 BearID 項目的保護科學(xué)家 Melanie Clapham 博士等研究人員來(lái)說(shuō)，其面臨的主要挑戰之一是處理大量的影像與視頻數據。相機陷阱網(wǎng)絡(luò )雖能以有效、不打擾熊類(lèi)活動(dòng)的方式進(jìn)行監測，卻會(huì )致使數千小時(shí)的人工分析。而且因為地點(diǎn)偏遠、數據搜集與分析過(guò)程繁復，往往會(huì )導致數月、甚至數年都難以取得任何有意義的成果。盡管 BearID 項目中的 AI 應用有助于加速分析，但近乎實(shí)時(shí)的解決方案將能夠提供更切實(shí)可行的數據。例如，與我們共同組織挑戰活動(dòng)的非營(yíng)利組織 Hack the Planet 正著(zhù)手研發(fā)一套熊只的嚇阻系統，以減少在羅馬尼亞發(fā)生的人熊沖突。為了實(shí)現此目標，我們需要邊緣側 AI。

AI for Bears 挑戰

這正是 Arm、FruitPunch AI 與 AI for Bears 挑戰活動(dòng)可發(fā)揮作用之處。通過(guò) Hack the Planet 與 BearID 項目搜集到的數據集，此挑戰活動(dòng)主要有兩大目標：

為熊只嚇阻系統打造一個(gè)高效率的分類(lèi)模型

在“智能相機”設備上打造模型以偵測并識別熊只

共計 19 位 AI for Good 工程師分為下列四組，在超過(guò)十周時(shí)間，工作了 1,500 個(gè)小時(shí)以上：

熊只分類(lèi)

熊臉偵測與區隔

熊只識別

邊緣側機器學(xué)習 (ML) 管線(xiàn)

影響

除了 AI for Bears 挑戰活動(dòng)的技術(shù)結果，我更想聚焦在有意義的后續影響上。如果你對挑戰活動(dòng)的成果感興趣，可以閱讀《AI 對熊類(lèi)生態(tài)保護的必要性》這篇文章 [1] ，它總結了四組團隊的最終報告。本文，我將聚焦在學(xué)習心得與影響上。

學(xué)習心得

這次挑戰讓 19 位參與者參與了為期十周的活動(dòng)，深入探索自然保護、人類(lèi)與野生動(dòng)物的沖突、AI 開(kāi)發(fā)流程與團隊合作。熊只分類(lèi)小組的 Davide Coppola 表示： “這次活動(dòng)中一個(gè)重要學(xué)習是團隊合作讓夢(mèng)想成真。每個(gè)人都有不同類(lèi)型的專(zhuān)業(yè)，當眾人為了共同目標合作，就可以在極短時(shí)間內成就非凡成果?！?/p>

挑戰活動(dòng)過(guò)程中，各團隊導入多項新工具。例如，邊緣設備 ML 管線(xiàn)團隊可以訪(fǎng)問(wèn) Arm 虛擬硬件 (Arm Virtual Hardware)。該團隊的 Gaspard Bos 指出， 虛擬的 NXP i.MX93 開(kāi)發(fā)平臺讓我們得以在虛擬的 i.MX93 設備上率先測試熊只檢測與識別流程的部分功能，并更熟悉這個(gè)平臺 。由于團隊利用虛擬方式，雖然僅有一位成員能直接訪(fǎng)問(wèn)實(shí)體設備，Arm 虛擬硬件讓這支團隊在沒(méi)有開(kāi)發(fā)板可用的情況下，也能持續開(kāi)發(fā)應用。

挑戰活動(dòng)進(jìn)行期間，有人曾提出希望 BearID 項目分享更多數據。Clapham 博士與加拿大英屬哥倫比亞的第一民族 (First Nations) 組織密切合作。他們一起收集由該組織代表的七位原住民管理的陸地數據。BearID 項目只會(huì )在嚴格守則的管理下共享這些數據。Gaspard 從 AI 倫理角度總結： “我很欣賞研究人員對這片土地原始守護者的尊重，以及他們在熊只管理方面的參與。他們的參與和權威性，對數據分享的實(shí)踐有深遠影響。一開(kāi)始這可能會(huì )讓開(kāi)發(fā)者感到復雜，但也會(huì )迫使我們重新思考我們正在處理的數據，以及如何以更專(zhuān)業(yè)的態(tài)度對待這些數據?！?/p>

熊只偵測與區隔及熊只識別團隊的 Arthur Caillau，原本的專(zhuān)業(yè)就是 AI 方向，他對熊臉偵測與區隔以及熊只識別做出了貢獻。他表示： “項目期間我為了強化熊臉的辨識，重溫了我的度量學(xué)習知識。利用科技與工程專(zhuān)業(yè)來(lái)應對保護工作的挑戰，讓我獲益良多?！?/p>

對野生動(dòng)物的影響

對保護野生動(dòng)物（特別是熊群）產(chǎn)生正向的影響是此次活動(dòng)的關(guān)鍵目標。之前 FruitPunch AI 也曾在這個(gè)領(lǐng)域做出貢獻。FruitPunch AI 首席技術(shù)官 Sako Arts 表示： “這次合作讓我們得以運用我們的社區以及之前動(dòng)物重新識別挑戰活動(dòng)取得的經(jīng)驗，幫助解決熊群?jiǎn)?wèn)題，并為這些珍貴的動(dòng)物保護工作貢獻心力，讓我們感到相當欣喜?！?/p>

FruitPunch AI 在針對挑戰活動(dòng)成果的文章中提到，部分 AI 模型已經(jīng)能夠良好運作。盡管并非所有的模型都已針對在低功耗邊緣設備上運行進(jìn)行了優(yōu)化，Hack the Planet 已計劃實(shí)地測試其中一個(gè)熊只分類(lèi)器模型。這將是他們在羅馬尼亞進(jìn)行的第二代熊只嚇阻系統的一部分。

對于實(shí)現在設備上提供近乎實(shí)時(shí)的監控解決方案，這次的挑戰活動(dòng)可以說(shuō)跨出了一步。邊緣設備 ML 管線(xiàn)團隊利用 NXP i.MX93 開(kāi)發(fā)平臺，展示了分類(lèi)、偵測與區隔。通過(guò)使用 Arm Ethos-U65 NPU，團隊展現了比基于 CPU 的推理快 5 到 19 倍的執行速度，且大幅降低了每次推理的功耗。下一步則是整合這些模型，讓它們成為軟件定義相機藍圖中智能野生動(dòng)物相機的參考用例，也就是開(kāi)源且云原生的參考棧。

除了技術(shù)上的影響，還有態(tài)度上的改變。例如，當被問(wèn)及這項挑戰活動(dòng)如何改變參與者對野生動(dòng)物的看法時(shí)，Davide 回答： “人類(lèi)與熊只沖突的問(wèn)題比我想像的嚴重，而相對簡(jiǎn)單的解決方案其實(shí)就能為對立的雙方帶來(lái)正面影響?！?nbsp;其它參與者則指出他們現在更能理解熊在我們所處的世界中所扮演的角色，以及我們的決定將會(huì )如何影響到它們。

對個(gè)人的影響

一些參與者不僅學(xué)到了技術(shù)、對野生動(dòng)物的理解和獲得個(gè)人成就感，他們還找到了自己的使命。Davide 表示， 這項挑戰活動(dòng)讓他有機會(huì )在日常工作以外，利用專(zhuān)業(yè)技能為公益事業(yè)貢獻力量。他希望這個(gè)項目，或其它類(lèi)似的項目，最終可以讓他專(zhuān)職投入于 AI for Good。 Arthur 則已經(jīng)朝這個(gè)方向努力，他表示： “這項挑戰活動(dòng)堅定了我投身保護工作的決心?！?nbsp;在挑戰活動(dòng)期間，Gaspard 開(kāi)始擔任多家企業(yè)與銀行的 AI 顧問(wèn)。他補充說(shuō)： “盡管這是我做過(guò)最具商業(yè)色彩的工作，我仍然受其影響力驅動(dòng)，該項目能促使我鼓舞同事與客戶(hù)共同為更大的公益目標做出貢獻?！?/p>

不只參加挑戰活動(dòng)的開(kāi)發(fā)團隊有所收獲。恩智浦半導體 (NXP) 系統創(chuàng )新部門(mén)主管 Brian de Bart 表示： “AI for Bears 項目是我們?yōu)楣媸聵I(yè)貢獻微處理器與 AI 技術(shù)的絕佳機會(huì )。NXP 的工程師得以和一群全心投入的 AI 愛(ài)好者們合作，共同開(kāi)發(fā)野外熊只識別解決方案。團隊通過(guò)在 i.MX93 上部署開(kāi)發(fā)完成的 AI 模型，充分展現了 i.MX93 解決方案在邊緣側設備上實(shí)現熊只實(shí)時(shí)分類(lèi)與識別的有效性?！?/p>

結論

贊助 AI for Bears 挑戰活動(dòng)是 Arm 與其合作伙伴彌合 AI 開(kāi)發(fā)者之間技術(shù)差距，同時(shí)介紹 Arm 技術(shù)，并推動(dòng)可持續發(fā)展目標的絕佳方式。參與者不僅學(xué)習到最新的 AI 技能，并發(fā)展出對自然界更深刻的認識。我們可以攜手為人們與地球推動(dòng)正向改變，實(shí)現可持續發(fā)展，并推動(dòng)聯(lián)合國全球可持續發(fā)展目標的進(jìn)程。