Wale könnten der Schlüssel zur Schulung von KI für den Erstkontakt sein

Die ersten Wale erschienen in einer Form, die sich von dem, was wir heute kennen, fast vor 50 Millionen Jahren unterscheidet. Im Gegensatz dazu sind die gewaltigen Entwicklungen, die wir heute im Bereich der Künstliche Intelligenz sehen, vielleicht das modernste Merkmal unserer Zeit. Die Konvergenz dieser beiden Elemente spiegelt den umfangreichen wissenschaftlichen und technologischen Fortschritt wider, den wir im Laufe unserer Zivilisation erzielt haben. Da die Neuigkeiten zunächst unglaublich klingen mögen, müssen wir sie zunächst so umfassend wie möglich entwirren. 

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Wale und Kommunikation nicht‑menschlicher Intelligenz

Ein Team von Wissenschaftlern vom SETI Institute, der University of California Davis und der Alaska Whale Foundation hat die Kommunikation von Buckelwalen untersucht. Sie beabsichtigen, Intelligenz‑Filter zu entwickeln, die bei der Suche nach außerirdischer Intelligenz helfen können. 

Das Team erzielte bedeutenden Erfolg, als ein Wal namens Twain auf den von den Wissenschaftlern über einen Unterwasserlautsprecher in das Meer gespielten „Kontakt‑Call“ reagierte. Der Kontakt‑Call wurde in einem konversationalen Stil modelliert, der dem „Begrüßungssignal“ eines Wals ähnelt. Der Austausch dauerte 20 Minuten, und der Wal reagierte auf jeden abgespielten Aufruf und passte die Intervall‑Variationen zwischen den Signalen an. 

Die Bedeutung der Studie

Laut Brenda McCowan, der Hauptautorin an der UC Davis, wird dies als der „erste kommunikative Austausch zwischen Menschen und Buckelwalen in der Buckelwal‑Sprache“ angesehen. 

Laut Dr. Fred Shape, dem Ko‑Autor der Studie:

„Buckelwale sind äußerst intelligent, besitzen komplexe Sozialsysteme, stellen Werkzeuge her – Netze aus Blasen, um Fische zu fangen – und kommunizieren ausgiebig sowohl mit Liedern als auch mit sozialen Rufen.“ 

Die Bedeutung der Studie liegt darin, dass dies das erste Mal war, dass Kommunikation zwischen einem Menschen und einer nicht‑menschlichen, intelligenten Entität, die Teil eines komplexen Sozialsystems ist, hergestellt werden konnte. 

Der Forschungsartikel zitiert einige Merkmale des Kommunikationsstils von Buckelwalen, die ihn als potenziellen Einstiegspunkt für das Training Künstlicher Intelligenz für den Erstkontakt umso wichtiger machen. 

• Das Gehirn des Buckelwals verfügt über einen großen auditorischen Kortex und Cluster von Spindelneuronen.
• Die Forschung geht davon aus, dass beeindruckende geistige Fähigkeiten wahrscheinlich die „überragende akustische Leistungsfähigkeit“ des Buckelwals untermauern.
• Die akustischen Errungenschaften des Buckelwals beschränken sich nicht auf zufällige Geräusche und Rufe. Sie umfassen lange, rhythmische und ständig weiterentwickelnde Lieder. 
• Wie beim Menschen beinhaltet das Buckelwal‑Lied die Nutzung eines ähnlichen Frequenzbereichs, der aus stimmhaften und stimmlosen Elementen besteht, wobei Stille die Vokalisationen unterschiedlicher Dauer unterbricht. 

Diese Merkmale ließen die Forscher glauben, dass die Vielfalt der Signale, die ein Wal erzeugen kann, ein entscheidender Hinweis auf seine Verhaltensflexibilität war und – daher – eine hervorragende Gelegenheit bieten könnte, Technologien für die Interaktion mit einer potenziellen nicht‑menschlichen Intelligenz zu testen. 

Die Herstellung von Erstkontakten war für Forscher schon immer von großem Interesse National Geographic definiert einen Erstkontakt als die „erste Begegnung zwischen Kulturen, die zuvor voneinander nichts wussten.“ 

Die Welt, wie wir sie heute sehen, besteht aus einer Kultur mit eigener Sprache und sozialen Gepflogenheiten, die an einen neuen Ort migriert und sich mit Menschen vermischt, die dort eine andere Sprache und andere Bräuche haben. Zum Beispiel bezieht sich der Erstkontakt in den Amerikas darauf, als die indigenen Völker des Landes im 16. und 17. Jahrhundert mit den Europäern interagierten. 

Die Etablierung von Erstkontakten war bisher zeitaufwendig und umständlich, da sie das Erlernen neuer Zeichen – verbal, körperlich und schriftlich – erfordert. Das Erlernen dieser Signale oder Kommunikationsmuster beinhaltet zudem deren Dokumentation, das Erkennen von Mustern, das Reproduzieren für das fremde Publikum, damit es sie versteht und interpretiert, und vieles mehr. 

Wissenschaftler waren schon immer daran interessiert, Technologie zu nutzen, um mit dem Unbekannten zu kommunizieren, und KI ist die neueste Ergänzung zu diesem Bestreben.

Der Einsatz von KI, um mit Nicht‑Menschen zu kommunizieren

Laut Karen Bakker, Professorin an der University of British Columbia und Fellow am Radcliffe Institute for Advanced Study:

„Wir müssen die Kommunikation von Nicht‑Menschen zu ihren eigenen Bedingungen verstehen.“

Bestrebungen in Richtung dieses Ziels haben das Feld der ‘digitalen Bioakustik’ hervorgebracht, das untersucht, wie Künstliche Intelligenz und verbesserte Sensoren dabei helfen können, zu beobachten und zu entschlüsseln, wie verschiedene Arten, einschließlich Pflanzen, Informationen auf ihre eigene Weise teilen. 

Ein Interview zwischen Karen Bakker und der Scientific American lieferte Details dazu, wie Technologie helfen könnte, mit Honigbienen zu kommunizieren. 

Kommunikation mit Honigbienen

Die relevante Forschung wurde von Tim Langdraf von der Freien Universität Berlin geleitet. Sie setzte erfolgreich Computer und Deep‑Learning‑Algorithmen ein, um Honigbienen zu folgen, die über ihre Körperbewegungen sowie Geräusche miteinander kommunizieren. 

Die positiven Ergebnisse waren das Resultat einer sorgfältigen Kombination von Computer‑Vision mit Fähigkeiten zur Verarbeitung natürlicher Sprache. Den Forschern zufolge haben sie Algorithmen perfektioniert, um einzelne Bienen zu verfolgen und die Auswirkung der Kommunikation einer einzelnen Biene auf eine andere Biene zu bestimmen. 

Landgraf kodierte diese Informationen anschließend in einen Roboter, den er RoboBee nannte. Er entwarf sieben oder acht Prototypen, um schließlich eine „Biene“ zu entwickeln, die in den Bienenstock eindringen und Befehle ausgeben kann, denen Honigbienen gehorchen. Dies führte zu einer robotischen Integration, die über die bloße Etablierung eines „Erstkontakts“ mit einer Biene, die Befehle erteilt, hinausging, indem sie einer Biene sagt, wann sie stoppen soll, und mehr.

Solche Bemühungen, die darauf abzielen, KI für nicht‑menschliche Kommunikation zu nutzen, werden weltweit ebenfalls umgesetzt. Zum Beispiel ist das Earth Species Project eine gemeinnützige Organisation, die sich der Nutzung von KI zur Entschlüsselung nicht‑menschlicher Kommunikation widmet.

1. Earth Species Project

Die treibende Vision des Earth Species Project war es, modernes Machine Learning zu nutzen, um leistungsstarke semantische Darstellungen von Sprache zu erstellen, die wir zur Entschlüsselung der Kommunikation mit anderen Arten einsetzen können. Das Projekt hat bisher mehrere erfolgreiche Versuche unternommen, zu verstehen, wie Nicht‑Menschen interagieren.

Das Crow Vocal Repertoire‑Projekt beispielsweise brachte erfahrene KI‑Forschungswissenschaftler zusammen, um die vokalen Repertoires zweier Krähenarten zu kartieren. Ziel des Projekts war es, die Rolle der akustischen Kommunikation bei der Gruppenkoordination zu verstehen. Die Forscher glaubten, dass die Kartierung der vokalen Repertoires der Hawaiianischen Krähe und der Aaskrähe kulturelle und Verhaltenskomplexitäten aufdecken könnte, die für die Planung effektiver nicht‑menschlicher Gesprächsstrategien entscheidend sind.

Eine weitere Gruppe erfahrener KI‑Forschungswissenschaftler, die am Projekt zur selbstüberwachten Ethnografie‑Entdeckung beteiligt ist, arbeitet an selbstüberwachten Methoden zur Interpretation von Daten, die von tiergetragenen Tags, sogenannten Bio‑Loggern, gesammelt werden. Die Bio‑Logger würden Wissenschaftlern helfen, die Bewegungen eines Tieres aufzuzeichnen und Audio‑Visuelles aus der Perspektive des Tieres zu erhalten.

Bioakustik ist ein Bereich, an dem auch viele groß angelegte Organisationen arbeiten. Microsoft (MSFT ) ist ein solches Beispiel.

2. Microsoft Research arbeitet an Bioakustik

Die Bioakustik‑Initiativen von Microsoft Research zielen darauf ab, KI zu nutzen, um Audioaufnahmen verschiedener Arten zu verarbeiten. Sie untersuchen und erforschen unterschiedliche Aspekte der Schallerzeugung, -verbreitung und -wahrnehmung bei Tieren.

In einem seiner Projekte untersucht das Microsoft Research‑Labor Rufcluster für mehrere Tierarten. Es entwickelt selbstüberwachte Lernmodelle, die dabei helfen, Cluster von Tierrufen zu erforschen, die entweder von verschiedenen Arten stammen oder unterschiedliche Stereotypen von Rufen derselben Art enthalten.

Ein weiteres Projekt von Microsoft Research entwickelt eine automatisierte bioakustische Analyseplattform namens Akoustos. Die Analyseplattform soll Naturschutzorganisationen und Forschern mit automatischer akustischer Annotation und Analyse mittels maschineller Lerntechniken helfen. Sie ermöglicht es Nutzern, Audiodateien und zugehörige Labels auf die Plattform hochzuladen. Die Plattform wird zudem in der Lage sein, Audiodaten automatisch zu verarbeiten und komplexe Machine‑Learning‑Modelle zu erstellen.

In einem weiteren Projekt von Microsoft Research mit dem Titel „Using bioacoustics for multi-species classification“ bewertet das Team tiefe konvolutionale neuronale Netze zur Klassifizierung der Rufe von 24 Vogel‑ und Amphibienarten.

Im Geschäftsjahr 2022 meldete Microsoft einen Umsatz von 198 Mrd. US‑$ und ein Betriebsergebnis von 83 Mrd. US‑$. Es war das erste Mal, dass Microsoft Cloud einen annualisierten Umsatz von über 100 Mrd. US‑$ erreichte.

Im Jahr 2022 stellte Microsoft 3,2 Mrd. US‑$ an gespendeter und vergünstigter Technologie für 302.000 gemeinnützige Organisationen bereit, die weltweit über 1,2 Milliarden Menschen unterstützen.

3. Google KI für das Gemeinwohl

Es sind nun fast vier Jahre vergangen, seit das Bioakustik‑Team von Google AI for Social Good ein ML‑Modell entwickelt hat, das der Wissenschaftsgemeinschaft hilft, Buckelwalgeräusche anhand akustischer Aufnahmen zu erkennen. Google entwickelte dieses Werkzeug in Zusammenarbeit mit der National Oceanic and Atmospheric Association, um Biologen bei der Untersuchung von Walverhalten, Mustern, Populationen und potenziellen menschlichen Interaktionen zu unterstützen.

Das Projekt wurde gemäß den KI‑Prinzipien von Google entwickelt, die „anerkennen, dass fortschrittliche Technologien wichtige Herausforderungen mit sich bringen, die klar, durchdacht und bejahend angegangen werden müssen.“

Das Google‑Projekt ermöglicht es Nutzern, KI zu nutzen, um Tausende Stunden von Buckelwal‑Songs zu erforschen und eigene Entdeckungen mit Pattern Radio zu machen.

Alphabet (GOOG ), die Muttergesellschaft von Google, verzeichnete für das am 30. September 2023 endende Quartal einen Umsatz von 76,69 Mrd. US‑$. Der Nettogewinn für das Quartal lag bei fast 20 Mrd. US‑$, bei einem verwässerten EPS von 1,55 US‑$.

4. Arbimon von Rainforest Connection

Die gemeinnützige Organisation Rainforest Connection, die sich mit Naturschutztechnologie beschäftigt, hat eine Online‑Audioanalyseplattform namens Arbimon entwickelt. Ziel ist es, die Analyse von Bioakustik‑Daten zu vereinfachen und zugänglicher zu machen.

Arbimon ist eine kostenlose Online‑Plattform. Wissenschaftler und Ökologen können sie nutzen, um ihre Audiodaten hochzuladen und sie auf bestmögliche Weise zu analysieren. Die Plattform stellt den Nutzern Werkzeuge zur Verfügung, um Geräusche aus Audiodaten zu erkennen und sie anhand von Reichweite, Frequenz und ähnlichen Faktoren zu gruppieren.

Mit Arbimon wird es möglich sein, 10.000 Dateien in wenigen Sekunden zu verarbeiten. Und laut Burhan Yassin, CEO von Rainforest Connection:

„Die Plattform wurde speziell entwickelt, um die Lücke zwischen Forschung und Naturschutz zu schließen, sodass wir an einen Punkt gelangen, an dem wir Naturschutzmaßnahmen vor Ort vorantreiben können.“ 

Während es weiterhin Daten sammelt, plant Arbimon, die Biodiversität auf ganzheitlicher Ebene zu kartieren. Alle paar Tage fügt Arbimon zwischen 2 und 3 Millionen Aufnahmen hinzu. Forschungsinstitute benötigen Jahre, um so viele Daten zu sammeln.

Die Plattform verfügt inzwischen über mehr als 114 Millionen hochgeladene Aufnahmen, wobei rund 3.000 Wissenschaftler sie bereits genutzt haben oder nutzen.

Der Hauptsitz befindet sich in Katy, Texas, USA; Rainforest Corporation ist eine gemeinnützige Organisation. Am 20. Dezember 2023 erhielt sie Fördermittel in Höhe von 500.000 US‑$ von der Patrick J. McGovern Foundation.

5. Bioacoustic KI Konsortium

Dieses forschungsorientierte Konsortium erstreckt sich über acht Länder und zehn Doktoratsprojekte. Es umfasst 23 erfahrene Forscher, neun Universitäten/Forschungsinstitute, zwei Museen, 5 KMU, 3 NGOs und eine Regierungsorganisation.

Die Vision bzw. der Zweck des Konsortiums ist es, „Tiergeräusche mithilfe von KI zu verstehen“. Auf funktionaler Ebene entwickelt das Forschungsprogramm des Konsortiums neue KI‑Methoden für Klang direkt im angewandten Kontext der akustischen Wildtierüberwachung. Das Projekt ist der Ansicht, dass ein besseres Verständnis von Tieren zum Schutz der Biodiversität beiträgt und KI dabei helfen kann, eine Vielzahl von Arten zu überwachen.

Das Konsortium arbeitet daran, erstklassige KI‑Aufgabenformulierungen zu entwickeln, die den besonderen Anforderungen der Wildtierüberwachung gerecht werden, einschließlich der Überwachung schwer zu entdeckender Vögel und Säugetiere in europäischen und tropischen Klanglandschaften. Die KI‑Techniken werden dabei helfen, Tiergeräusche mit der sozialen und verhaltensbezogenen Struktur des Tierlebens zu verknüpfen.

KI‑basierter Erstkontakt zum Wohle aller

Die Suche nach dem Unbekannten war über die Zeit hinweg stets die treibende Kraft beim Aufbau des umfangreichen Wissensschatzes der menschlichen Zivilisation. KI beschleunigt das Tempo, mit dem wir dabei voranschreiten, zuvor unbekannte Signale und Sprachen zu entschlüsseln. Beziehungen zu nicht‑menschlichen Entitäten aufzubauen, wird unser Verständnis von ihnen vertiefen und zu einem effektiveren Schutz führen. Da Biodiversität und Nachhaltigkeit zu universellen Prioritäten werden, ist es fast an der Zeit, das enorme Wissen, das im nicht‑menschlichen Bereich verfügbar ist, zu nutzen.