Biodiversidad y Ecosistemas | 06/08/2019

Usos de la Inteligencia Artificial en Medio Ambiente

Usos de la Inteligencia Artificial en Medio Ambiente

El aumento en la población mundial, el desarrollo tecnológico y fabricación en serie de nuevos bienes de consumo, son algunos de los factores que han influido en el deterioro del Medio Ambiente. Actualmente la humanidad enfrenta serios problemas ambientales globales como el Cambio Climático, escasez de agua dulce, degradación de suelos, pérdida de biodiversidad y ecosistemas, contaminación de los océanos, etc. Para solucionar parte de estos problemas o adaptarnos a las consecuencias de los mismos, es necesario tomar acciones inmediatas, locales y globales, que contribuyan al uso sustentable de los recursos naturales, a la conservación de la naturaleza y a la protección de los diversos servicios ambientales que nos entrega.

El desarrollo de nuevas tecnologías también nos proporciona herramientas que podemos utilizar en beneficio del Medio Ambiente, de hecho, actualmente nos encontramos en medio de la cuarta revolución industrial, donde las tecnologías digitales están presentes en casi todas las actividades que realizamos diariamente. Por ejemplo; es frecuente que las personas que visitan parques naturales para observar aves, plantas y animales, utilicen sus teléfonos móviles u otros dispositivos electrónicos como cámaras, Ipads, etc. y que tengan instaladas en estos dispositivos diversas Aplicaciones Ambientales que utilizan Inteligencia Artificial (IA), como la App INaturalist”, la que es utilizada para reconocer en tiempo real especies de plantas, animales y hongos.

Es en este marco de la cuarta revolución industrial, que el mismo desarrollo tecnológico que ha contribuido a la generación de externalidades negativas y problemas ambientales, nos entrega oportunidades para comenzar a remediar la contaminación y desarrollar nuevas herramientas que permitan mejorar la comprensión de los procesos ambientales e incrementar la protección de los ecosistemas terrestres y marinos. Entre las diversas tecnologías digitales disponibles, la Inteligencia Artificial nos ofrece diversas y poderosas opciones para fortalecer nuestro conocimiento sobre el Medio Ambiente, incrementar la eficiencia de procesos industriales para disminuir sus emisiones y también nos puede proporcionar herramientas para predecir escenarios futuros de calidad del aire, calidad de aguas, etc.

Figura 1: Aplicación Ambiental INaturalist

IA reconocimiento de Especies

¿Por qué ahora la Inteligencia Artificial puede ayudar al Medio Ambiente?

Si bien la Inteligencia Artificial y desarrollo de técnicas asociadas, han evolucionado y están presentes en la sociedad desde la década del 50 (Figura 2), actualmente han convergido seis factores tecnológicos que facilitan el uso de la IA[1]

  1. Desarrollo de técnicas de Big Data.
  2. Incremento en el Poder de Procesamiento de las computadoras.
  3. Mejoras en Algoritmos.
  4. Software Libre para Medio Ambiente y datos abiertos.
  5. Redes Sociales y mayor conéctividad entre las personas.
  6. Incremento en la Productividad de los sistemas de Inteligencia Artificial.

La convergencia de todos estos factores ha permitido que actualmente la IA esté presente cada vez más en las actividades que desarrollamos diariamente y se espera que en el futuro su uso se incremente considerablemente. Por ejemplo, en 2016 los ingresos asociados a negocios relacionados a innovaciones en IA fueron de 1,4 billones de dólares y se estima que en el 2025 los ingresos serán de 59,8 billones de dólares [2]

Figura 2: Evolución del Desarrollo de la Inteligencia Artificial.

Evolución Inteligencia Artificial

Fuente: https://www.technologystories.org/ai-evolution/

También se debe considerar que el costo asociado al empleo de hardware y software necesario para el uso de IA se reduce todos los años. Actualmente es posible encontrar soluciones de “cloud computing” donde solo se paga por lo que se usa y donde no es necesario efectuar costosas inversiones para la compra de servidores y equipos asociados.

¿Cuáles son las capacidades de la Inteligencia Artificial y su aplicabilidad al Medio Ambiente?

La Inteligencia Artificial no es una cosa, básicamente es un proceso que consiste en el empleo de miles de datos para producir un resultado específico. Estos resultados normalmente son respuestas a preguntas como por ejemplo: un chatbox, un sistema de reconocimiento facial, sistema de detección de anomalías médicas, etc. Las capacidades actuales de la IA que se pueden aplicar al Medio Ambiente son:

Inteligencia Automatizada

La IA se puede aplicar en tareas que requieren precisión, pero que son repetitivas y rutinarias. Por ejemplo se podría implementar la IA en robots que reconozcan, seleccionen y separen en forma automática diferentes tipos de residuos reciclables (plásticos, metales, papel, vidrio, residuos electrónicos, etc.), de los que no lo son.

Inteligencia Asistida

La revisión de grandes cantidades de datos históricos, publicaciones y datos no estructurados. Puede ser realizada con mayor velocidad y precisión mediante el uso de IA. Por ejemplo técnicas como el “Deep learning”, “Procesamiento de Lenguaje Natural” y “detección de anomalías”,  podrían ser utilizadas para el análisis de datos meteorológicos y predicción de desastres naturales. Actualmente se utilizan técnicas de “Deep learning” para el procesamiento y reconocimiento automático de imágenes de flora y fauna, donde se puede detectar en tiempo real las diferentes especies presentes en una fotografía. También estos sistemas de IA pueden ayudar al descubrimiento y clasificación de  nuevas especies que habitan Países Megadiversos, y que aún no han sido estudiadas.

Inteligencia Aumentada

En este caso la IA podría ser empleada en la predicción y simulación de impactos ambientales futuros, para apoyar el desarrollo de políticas públicas para la adaptación al cambio climático, sequías, etc.

Inteligencia Autónoma

En este caso la IA puede ser utilizada para procesos de toma de decisiones, donde no sea necesaria la intervención humana. Por ejemplo: sistemas de calefacción inteligentes para edificios y hogares, que adapten la intensidad de la calefacción en forma automática dependiendo de la presencia de personas, para así ahorrar dinero y reducir emisiones indirectas asociadas.

Figura 3: Componentes y capacidades de la Inteligencia Artificial.

Capacidades de la Inteligencia Artificial

Fuente: Deloitte.

En los próximos años se utilizará masivamente la IA en vehículos autónomos, en robots que realizan tareas domésticas (Figura 4), y también en el desarrollo de “robots socio-ambientales”, los que comenzarán a realizar tareas ambientales que no resultan atractivas o que son riesgosas para las personas como:

  • Monitoreo y toma de muestras de agua, suelo y aire, en zonas remotas.
  • Gestión de residuos peligrosos y residuos radiactivos.
  • Limpieza de alcantarillas.

Considerando lo anterior, creo que es conveniente que los gobiernos establezcan mediante políticas nacionales y mediante algún Convenio Ambiental Internacional, que cualquier desarrollo de la Inteligencia Artificial debe ser para beneficio de las personas y también del Medio Ambiente, por lo que estas consideraciones deberían primar en los desarrollos tecnológicos que se emprendan.

Figura 4: Pasado, presente y futuro de la Inteligencia Artificial.

Pasado, presente y futuro de la Inteligencia Artificial.

Fuente: PwC research

 5 ejemplos donde la Inteligencia Artificial puede contribuir a la protección del Medio Ambiente

A continuación se describen algunos ejemplos donde yo creo que la Inteligencia Artificial puede contribuir a la protección del Medio Ambiente, mediante el incremento en la eficiencia y eficacia de diversas operaciones ambientales y procesos de control/fiscalización ambiental.

Inteligencia Artificial para la Prevención de la Caza Furtiva:

En América del Sur existen varias especies que se encuentran en un estado delicado de conservación como la Vicuña, la Chinchilla, el Zorro, el Puma y el Jaguar, debido a la caza a la que se ven expuestas, para el comercio ilegal de sus pieles. La Inteligencia Artificial se puede utilizar para el procesamiento de datos obtenidos de observaciones en terreno, imágenes satelitales y registro de incidentes, para predecir las posibles rutas que utilizarán los cazadores furtivos y para determinar los lugares donde se producirán nuevos ataques. Esta información puede ser utilizada por  las policías u organismos del estado encargados de la protección de la fauna silvestre, para optimizar los recursos destinados a la vigilancia y protección de especies sensibles.

Inteligencia Artificial para Apoyo al Cumplimiento Ambiental:

Actualmente se generan todos los días enormes cantidades de datos asociados a monitoreos continuos de caudales de agua, contaminantes atmosféricos como SO2, Material Particulado, NOx, etc. y parámetros fisicoquímicos de residuos líquidos como pH, temperatura, metales disueltos, sulfatos, etc. Normalmente las organizaciones no disponen de procedimientos y personal especializado, para obtener valor de estos datos y utilizar la información que hay en ellos en beneficio de la empresa y del medio ambiente. No obstante, es posible utilizar técnicas de Inteligencia Artificial y algoritmos de detección de anomalías, para analizar los datos de monitoreo y determinar tendencias probables, potenciales escenarios de superación de límites permisibles, etc. Esto ayudaría a las empresas a anticiparse a potenciales emergencias que afecten a las comunidades cercanas y evitar el incumplimiento de normativas vigentes.

También la Inteligencia Artificial podría ser utilizada para analizar los datos asociados a los diferentes compromisos ambientales de las organizaciones y determinar diversos escenarios de cumplimiento, para asignar de forma más eficiente los recursos.

Inteligencia Artificial para la Optimización de Rutas de Retiro de Residuos en Faenas Mineras:

En la mayor parte de las faenas mineras, la planificación de las rutas de retiro de residuos peligrosos, industriales y municipales se realiza mediante planillas Excel. Esta situación genera ineficiencias en el uso de activos, ya que muchas veces los camiones pasan a recoger residuos en puntos donde no se ha completado la capacidad de almacenamiento de los contenedores de residuos y no se atiende adecuadamente los lugares donde si se están produciendo mayores cantidades de residuos. La Inteligencia Artificial puede utilizarse para predecir los puntos más probables de generación de residuos en función de variables como cantidad de mineral procesado, mantenciones programadas, etc. Lo que permitiría mantener la faena limpia con menos camiones y menor cantidad de operadores.

Inteligencia Artificial para la Predicción de Generación de Residuos Marinos:

Los residuos marinos o “marine debris” generan impactos en la fauna marina y también en actividades económicas como la pesca y el turismo, ya que pueden ensuciar las playas y afectar actividades deportivas como el submarinismo. La Inteligencia Artificial puede emplearse para predecir las variaciones en la generación de residuos marinos y determinar las playas o sectores que se verán más afectados. Esto permitiría planificar mejor las labores de limpieza y programar de mejor forma el uso de la maquinaria destinada a la limpieza o las acciones de voluntariado de limpieza de playas.

Inteligencia Artificial para Control de La Pesca Ilegal, No Declarada y No Reglamentada:

Este tipo de pesca es un riesgo y una de las mayores amenazas para los ecosistemas marinos y genera enormes pérdidas para las economías de países como Chile, Perú, Brasil, Colombia, etc. La FAO estima que este tipo de pesca representa 26 millones de toneladas del pescado capturado anualmente, cuyo valor oscila entre 10.000 y 23.000 millones de dólares[3]. La Inteligencia Artificial y algoritmos específicos pueden emplearse para analizar en tiempo real las embarcaciones y determinar movimientos sospechosos, para informar a las autoridades correspondientes la ubicación de estas embarcaciones, para que realicen en forma más eficiente su control y fiscalización en el mar.

Descripción de herramientas online disponibles para utilizar Inteligencia Artificial

Existen diversas herramientas online disponibles, donde es posible utilizar la Inteligencia Artificial para resolver diversos desafíos ambientales. A continuación se describen algunas.

Artificial Intelligence for Earth

Es una iniciativa de Microsoft que mediante el empleo de su sistema en la nube Azure, pone a disposición de la sociedad civil, gobiernos y ONGs Ambientales, diversas APIs que contribuyen a gestionar problemas ambientales relacionados con el Clima, Agricultura, Biodiversidad y el Agua. Esta iniciativa también ofrece la posibilidad de postular proyectos de investigación y de conservación ambiental, para obtener créditos para el uso gratuito de las herramientas de Azure[4].

Figura 5: Ejemplo de uso de Microsoft Azure.

Aplicación de IA al Medio Ambiente

Artificial Intelligence for Ecosystem Services

Corresponde a un Proyecto de colaboración científica internacional de código abierto y de acceso gratuito para gobiernos, ONGs Ambientales e investigadores, que necesiten utilizar sin fines de lucro herramientas de Inteligencia Artificial, para cuantificar y evaluar servicios ecosistémicos [5] para:

  • Elaborar políticas públicas para Medio Ambiente.
  • Desarrollar planes de conservación ambiental.
  • Determinar compensaciones por daño ambiental.

Google TensorFlow

Dispone de herramientas de “machine learning” que pueden ser utilizadas en la conservación ambiental y protección de fauna silvestre. Investigadores de Google DeepMind desarrollaron estas herramientas en el marco de proyectos de colaboración con ecologistas e investigadores que trabajan en el Parque Serenguetí de Tanzania. Los algoritmos desarrollados sirven para detectar, identificar y contar diferentes especies de animales en tiempo real[6].

¿Cuáles son los Riesgos del uso de la Inteligencia Artificial?

Como toda actividad que realizamos o tecnología que utilizamos, la IA también tiene riesgos asociados y desafíos que deben ser resueltos. El “World Economic Forum” identifica seis riesgos del uso de la IA[7].

 Figura 6: Riesgos asociados al uso de la Inteligencia Artificial.

Riesgos asociados al uso de la Inteligencia Artificial

Fuente: World Economic Forum and PwC

Un riesgo adicional que debe ser considerado, tiene que ver con el “aumento en los niveles de contaminación debido al uso de IA”, ya que el desarrollo y fabricación de dispositivos electrónicos que utilizarán IA como: sensores, robots, juguetes, drones, autos eléctricos, etc, se incrementará en los próximos años, aumentando el uso de plásticos, níquel, cobre, cobalto y litio. Por tanto, podría ocurrir que el incremento en la producción de estas materias primas, genere impactos en el Medio Ambiente en los países donde se extraen estas materias primas.

Comentarios Finales

Los avances en Inteligencia Artificial nos permiten disponer de poderosas herramientas informáticas, las que pueden ser utilizadas para fortalecer la protección y el cuidado del Medio Ambiente. Técnicas de “machine learning” pueden ser empleadas para predecir sitios donde se producirán ataques de cazadores furtivos o para determinar las mejores rutas de recolección de residuos en una faena minera.

El gran beneficio del uso de la Inteligencia Artificial en Medio Ambiente, es que permite reducir exponencialmente el tiempo destinado a procesar grandes volúmenes de datos ambientales para obtener información valiosa de los mismos. Además, permite realizar con precisión tareas en tiempo real, las que no pueden ser ejecutadas por personas. Naturalmente estos beneficios que nos entrega la IA, contribuyen a incrementar la productividad y eficiencia de los recursos que los gobiernos, ONGs y empresas destinan al cumplimiento y protección del Medio Ambiente.

Autor

Este articulo fue elaborado por Cristian Brito Martínez y entregado para su publicación a Ambientaldata. Correo de contacto trabajocebrito@gmail.com

Referencias

  1. PwC 2018, “Fourth Industrial Revolution for the Earth”.
  2. Tractica [media release], “Artificial Intelligence Implementations Have Expanded to Encompass 215 Discrete Use Cases Across Virtually All Industries”, 28 August 2017, available at: https://www.tractica.com/newsroom/press-releases/artificial-intelligence-implementations-have-expanded-to-encompass-215-discrete-use-cases-across-virtually-all-industries/.
  3. http://www.fao.org/iuu-fishing/es/
  4. https://www.microsoft.com/en-us/ai/ai-for-earth?activetab=pivot1%3aprimaryr6
  5. http://aries.integratedmodelling.org
  6. https://www.deepmind.com/blog/article/using-machine-learning-to-accelerate-ecological-research
  7. WEF 2018, “Harnessing Artificial Intelligence for the Earth”.
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