ECOSUR desarrolla sistema de redes neuronales artificiales para monitorear el sargazo en costas
El proyecto de los doctores Javier Arellano Verdejo y Hugo Lazcano Hernández se nutre con diferentes fuentes de información sobre la presencia se sargazo en las playas y combina diferentes tipos de programas de cómputo o software
Sargazo a la Riviera Maya
Investigadores de la Unidad Chetumal de El Colegio de la Frontera Sur (ECOSUR) desarrollaron un sistema de redes neuronales artificiales que ayuda a monitorear la presencia de la macroalga sargazo en las costas del Caribe mexicano. Las redes neuronales artificiales son racimos de programas de cómputo que intentan reproducir, de manera básica, el comportamiento que tienen las neuronas biológicas, con procesos equivalentes como: entrada de información, suma, activación de proceso y resultado.
El proyecto de los doctores Javier Arellano Verdejo y Hugo Lazcano Hernández se nutre con diferentes fuentes de información sobre la presencia se sargazo en las playas y combina diferentes tipos de programas de cómputo o software. Su principal insumo son fotografías de sargazo en las costas, enviadas por ciudadanos, las cuales se contrastan con fotografías tomadas por drones en zonas específicas de las costas de Quintana Roo.
Este proyecto es diferente a la Red de Monitoreo de Sargazo de Quintana Roo, que ha adquirido gran presencia en medios de comunicación desde que se convirtió en una preocupación nacional la llegada a las costas mexicanas de grandes volúmenes de las algas marinas llamadas sargazo, procedentes de África.
El proyecto de ECOSUR es un nuevo modelo de alta precisión que se ha probado en un programa piloto para vigilar una extensión de 3 kilómetros, en la zona de Majaual y ha demostrado precisión superior al 90 por ciento al informar sobre la presencia y tipo de sargazo que hay en las costas vigiladas.
Un ejemplo de los resultados del proyecto es esta ortofoto, construida con 422 fotografías, que permiten identificar tipo, cantidad y localización de sargazo en un área de 17 hectáreas.
Los investigadores de ECOSUR trabajan con datos satelitales, analítica de datos, bio-óptica y ciencia ciudadana para el entendimiento y atención de fenómenos naturales emergentes. Para este proyecto han integrado información de biología, química, matemáticas, cómputo y trabajo social con los ciudadanos de comunidades costeras. Actualmente, ambos son investigadores del Departamento de Observación y Estudio de la Tierra, la Atmósfera y el Océano de ECOSUR.
INTELIGENCIA ARTIFICIAL
La inteligencia artificial es un campo del conocimiento que busca desarrollar tecnología capaz de desarrollar procesos similares al pensamiento humano. Algunos de los productos o ejemplos de inteligencia artificial con los que ya conviven actualmente millones de personas son los asistentes virtuales, como los llamados Alexa, Cortana, Bixby o Google Assistant, que pueden reconocer la voz de un usuario, recibir instrucciones y hacer búsquedas, responder preguntas o ejecutar algunas acciones.
La inteligencia artificial se desarrolla en muchos ejes, por ejemplo análisis de grandes bases de datos e interpretación de imágenes.
“La inteligencia artificial no es un solo ente, es la suma de muchas áreas de estudio asociadas con lenguaje natural, visión, robótica y muchas otras disciplinas y especialidades”, explicó Arellano Verdejo, quien es Ingeniero en Sistemas Computacionales y Maestro en Ciencias en Ingeniería Mecatrónica del Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec, así como Doctor en Ciencias de la Computación por el Instituto Politécnico Nacional (IPN).
Una de las disciplinas que integra a la Inteligencia Artificial son las redes neuronales artificiales, que se plantearon por primera vez en los años 60s del siglo pasado, pero que han experimentado un avance acelerado en el último lustro, debido a sus ventajas para trabajar muchos procesos simultáneamente, con muchos ingresos de información.
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“Las redes neuronales artificiales sirven para muchas cosas. Nosotros las hemos usado para monitorear el sargazo porque una de sus funciones es la clasificación. En este caso nos ayudan para discernir imágenes. Para ello necesitamos tecnologías de visión que nos ayuden a interpretar lo que contienen las fotografías que le presentamos; pero después también hay que usar otro tipo de programas para determinar dónde se encuentran exactamente esas imágenes, clasificar qué tipo de objetos se encuentran dentro de esa imagen y clasificar a un nivel muy detallado los distintos objetos. A esos procesos los llamamos clasificación, localización, detección y segmentación semántica”, explicó ayer, desde Chetumal, el Doctor Javier Arellano como parte de la plática Siguiéndole la Pista al Sargazo.
CIENCIA CIUDADANA
Debido a que las playas del Caribe mexicano son muy extensas y miden varios centenares de kilómetros, no es posible que los científicos tengan tiempo y recursos económicos para realizar visitas de monitoreo a cada una de ellas. Es por esta razón que los investigadores de ECOSUR echaron mano de una disciplina de trabajo emergente y rica llamada Ciencia ciudadana, que es trabajo en el cual los investigadores y las instituciones se nutren de datos aportados por ciudadanos que están interesados en un tema. La participación de las personas que no trabajan dentro de la academia puede ser a través de actividades físicas o intelectuales que generen datos de información que posteriormente son usados en proyectos de investigación.
En el caso del nuevo modelo de monitoreo de sargazo planteado por ECOSUR, las personas que fueron contactadas y se interesaron en ayudar recorrieron playas para tomar fotografías y construyeron juntos un acervo grande de imágenes.
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Algo muy valioso para el modelo enfocado en monitorear sargazo es que se contó con participación de estudiantes de bachillerato y de licenciatura, así como de algunas organizaciones comunitarias, como explicó Hugo Lazcano Hernández, quien es Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica, por la Universidad Autónoma Metropolitana-Unidad Iztapapala (UAM-I), además de contar con Maestría y Doctorado en Ingeniería Eléctrica por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)
“La captura de los datos que se utilizaron fue gracias a la ciencia ciudadana y el análisis de esa información, que son miles de imágenes, se logró gracias al uso de las redes neuronales en diferentes arquitecturas y configuraciones para poder hacer el análisis automatizado de esa información.”, detalló Lazcano Hernández.
Adicionalmente, se realizaron vuelos de dron para tomar fotografías aéreas en la zona piloto donde se desarrolló este estudio, a lo largo de 3 kilómetros aproximadamente a 60 metros de altura.
“Se puede hacer un mosaico u ortofoto, que es una foto general de la zona, pero que tiene la ventaja de que permite hacer acercamientos. La ortofoto sirvió para tener más evidencia. Una imagen de la ortofoto, hecha a lo largo de 3 kilómetros, nos permitió elaborar un mapa detallado, de pixeles con longitud de cada lado de 30 metros. Después, de acuerdo con el porcentaje de presencia de sargazo, se diseñó un semáforo cuantitativo de cinco colores y se pudo constatar y confrontar las fotografías a nivel del suelo, con las fotografías de Dron”, agregó el Doctor Hugo Lazcano, quien dijo que, como uno de los posibles usos de este proyecto, quieren construir un visualizador que pueda consultar la gente.
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“Parte importante de la ciencia ciudadana es devolver a las personas resultados comprensibles del proyecto en el que ellos contribuyeron”, subrayó Lazcano, quien integra el Grupo Académico de la Estación para Recepción de Información Satelital (ERIS), de ECOSUR.
El estudio se realiza en un modelo de multi nodos
El Colegio de la Frontera Sur (ECOSUR) es uno de los 27 Centros Públicos de Investigación del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt). Desde su origen ha enfocado su atención en áreas como la salud, agricultura sustentable, protección de ecosistemas e interacciones entre cultura y medio ambiente. Una de sus singularidades es su sistema de trabajo en unidades presentes en diferentes estados, contando con sedes en San Cristobal de las Casas y Tapachula, Chiapas; así como en Campeche, Campeche; Villahermosa, Tabasco y Chetumal, Quintana Roo.