AI聽生病珊瑚的聲音、機器人、液態氮各出保育奇招

海底世界常看到一丛一丛、长得像树的珊瑚，他们是主要生长在热带水域，由许多珊瑚虫（Polyps）组成的动物，珊瑚虫会透过海水吸取碳酸钙来形成坚硬的外壳，日积月累下形成了今日的珊瑚礁。虽然珊瑚礁只占海底面积约0.2%，却为超过1/4的海洋物种提供了栖息地。

虽然珊瑚礁只占海底面积约0.2%，却为超过1/4的海洋物种提供了栖息地。 图／Hiroko Yoshii／Unsplash

珊瑚对海洋温度与酸碱度变化非常敏感，海洋温度上升、酸性增强，都可能导致珊瑚生病或死亡。根据全球珊瑚礁监测网络（Global Coral Reef Monitoring Network，GCRMN）的报告，海水温度上升1.5°C，就可能造成全世界70％到90％的珊瑚消失。此外，更有科学家估计，在暖化威胁下，珊瑚将可能在2070年完全绝迹。

珊瑚的成长速度非常缓慢，一般复育珊瑚的方式通常会将小片珊瑚在陆地苗圃中培养后，再移植到受伤的珊瑚礁上。然而，这项作法不仅成本高昂且速度缓慢，仅能优先协助岌岌可危的珊瑚礁。为拯救暖化对珊瑚的影响，各地研究者研发出许多新科技，辅助珊瑚复育和保育行动。

机器人化身珊瑚复育好手

距离西澳海岸约60公里，在素有西澳大堡礁之称的阿布罗霍斯群岛（Abrolhos Islands）的浅水区域，科学家福斯特（Taryn Foster）与他的团队正在训练人工智慧（AI）投入珊瑚复育工作。

福斯特团队设计用来培育珊瑚礁的底座，是具有凹槽、带有手柄、由混凝土制成的扁平圆盘。科学家会训练机器人制作符合珊瑚碎片大小的塞子（plugs），以节省人工复育的例行工作，再将这些底盘分批放入海中。

测试至今的成果令人振奋，福斯特表示，「我们已部署了几个不同珊瑚礁结构的模型，也在四种不同的珊瑚物种上测试，牠们都长得很好。」

科学家福斯特（Taryn Foster）将用来培育珊瑚礁的底盘分批放入海中。 图／AUTODESK新闻稿

由福斯特成立的新创公司Coral Maker更进一步与软体大厂欧特克（Autodesk）合作，训练人工智慧及协作机器人（cobots），让机器人与人类一起合作复育珊瑚，以加速复育进程。

机器人主要负责珊瑚复育过程中，一些重复拿取和放置的动作，机器手臂负责制作符合珊瑚碎片大小的塞子，并将其黏接到培育底座上，研究员则用影像决定如何抓取。即使是同种珊瑚的碎片，形状也大不相同，因此需要多加训练机器人辨认珊瑚的形状，以制作出符合碎片形状的基座。

Coral Maker的下一步是在一年半内将测试方案（PoC）移出实验室。然而，将珊瑚放回海底也要耗费不少功夫，如何在不损害珊瑚或仪器的情况下达成这件事，仍是一大挑战。

训练AI听音 为珊瑚健检

除了透过机器人协助复育，AI也能帮助追踪珊瑚礁的健康状况。近年各界致力于珊瑚礁的声景研究，然而珊瑚的声景相当复杂，专家在分析录音时往往十分吃力才能得知珊瑚的健康状况。

2022年，一项发表在《生态指标》（Ecological Indicators）期刊上的研究取得了新进展，来自英国艾希特大学的科学家正在印尼海域进行名为Mars Coral Reef Restoration Project的珊瑚复育计划，他们分别收集、记录了数个健康与衰退珊瑚发出的声音，并训练AI学习辨识两者差异，准确率高达92％，可望用来追踪珊瑚复育计划的进展。

英国伦敦大学学院生物多样性与环境研究中心的博士候选人威廉（Ben Williams）表示，传统调查中珊瑚的视觉与听觉分析，须仰赖大量密集的劳力。此外，在水里部署水声仪，特别是在偏远地区，也比实际请潜水专家实际下潜执行大规模调查，来得容易也经济许多。

生活在珊瑚礁中的生物或鱼类，可能会发出各种意义不明的声响。使用机器学习演算法，研究团队利用电脑筛选出人类耳朵无法监测到的声音特征（patterns），透过人工智慧，可以帮助分辨珊瑚整体是否健康，不仅辨识速度更快且更准确。

漂白与冷冻创新技术 帮助保育珊瑚

另一项保护珊瑚礁的新科技，是由德州农工大学研究团队推出的「等体玻璃化（isochoric vitrification）」，挑选珊瑚碎片并冷冻保存，利用策略性的漂白技术加上液态氮，将珊瑚保存在负196°C的超低温中，而不会被冻伤。

科学家正在测试透过「等体玻璃化（isochoric vitrification）」技术协助珊瑚保育工作。 图／Cryopreservation and revival of Hawaiian stony corals using isochoric vitrification论文／Nature Communications

一年当中，珊瑚的繁殖期只有短短几日。过往也有科学家利用冷冻保存的方式，在珊瑚繁殖期间收集生殖细胞，不过除了要配合繁殖时间，难以接近珊瑚的生长位置也是挑战之一。德州农工大学研发出的创新技术，可以不受时间、地域限制，也不用在海中艰难地维护精密装置，让珊瑚复育工作迎来新的进展。

科学家首先需要将珊瑚样本「漂白」，把珊瑚身上与之共生的光合藻类移除。接着透过技术，将珊瑚以玻璃状态放在特殊的铝制容器内保存，并以液态氮快速冷冻，之后再缓慢加热、并于20分钟内注入海水，让珊瑚恢复生机，并让解冻后的珊瑚成功存活到24小时，这项研究目前还在初步研究阶段，下一阶段的挑战是提高珊瑚长期的存活率。

参考资料

本文授权转载自《低碳生活部落格》，内容由台达电子文教基金会及台湾环境资讯协会共同企划。（原文标题：AI听生病珊瑚的声音、机器人、液态氮各出保育奇招）

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