Como cientistas usam IA para interpretar sons de cachalotes

Quem já assistiu ao filme "Procurando Nemo” (2003), da Pixar, sabe: o tal do “baleiês” realmente existe. No filme, a personagem Dory diz entender os sons emitidos pelas baleias e consegue conversar com elas, mesmo sendo um peixe da espécie cirurgião-patela. Apesar do teor lúdico do filme, pesquisadores tentam entender as baleias na vida real - e, com uma mãozinha da IA, estão mais próximos de decodificar essa linguagem.

Giovanni Petri, professor do Instituto de Ciência de Redes da Northeastern University London, passou meses na ilha de Dominica, no Caribe, para monitorar e ouvir o que as baleias têm a “dizer”. Petri é um dos principais pesquisadores do Projeto CETI (Cetacean Translation Initiative), uma iniciativa científica sem fins lucrativos criada em 2020 para transcrever a comunicação das baleias. O projeto tem uma base em Dominica e visa usar inteligência artificial avançada, aprendizado de máquina (machine learning) e robótica que respeita as baleias para gravar e, por fim, decodificar a comunicação acústica das baleias-cachalote.

O professor revelou, em comunicado, como os sons produzidos pelos animais podem ser traduzidos para linguagem humana, em 5 passos.

Observando de perto

Baleias-cachalote são consideradas o maior predador que existe na Terra hoje. Elas podem pesar até 57 toneladas e medir 18 metros de comprimento, o equivalente a um prédio de 6 andares. A equipe do CETI monitora indivíduos da espécie, que ficam na região de Dominica durante o ano todo.

"Temos três barcos, drones carregando marcadores, microfones subaquáticos e toda uma gama de análises tentando encontrar padrões nos dados", disse Petri. Eles utilizam dessa tecnologia para obter o maior número de dados possível. Dos barcos, pesquisadores pilotam drones que conseguem acoplar pequenos dispositivos na lateral da baleia.

Os dispositivos contêm pequenas ventosas feitas exclusivamente para as cachalotes e não as incomodam. Eles são equipados com rastreadores GPS, sensores de profundidade, rastreadores de movimento, monitores de frequência cardíaca e muito mais.

Foi com esse tipo de tecnologia que os cientistas conseguiram identificar o padrão alimentar das baleias. Elas precisam consumir de 3 a 4% de seu peso em alimentos todos os dias. Para isso, passam quase 24 horas na missão de se alimentar. "Para isso, elas costumam mergulhar até 700 metros, área com pouca luz e grande pressão, e chegam a ficar de 45 minutos a uma hora até voltarem para a superfície e respirar. Elas fazem isso várias vezes por dia e, às vezes, vários indivíduos sincronizam seus mergulhos.

Ouvir (com a ajuda da tecnologia)

O projeto usa hidrofones, uma espécie de microfone que consegue captar ondas sonoras na água, e está desenvolvendo “planadores” marinhos semiautomáticos, que poderão acompanhar as baleias e gravar seus sons sem precisar de um piloto humano.

Com esses equipamentos, foi possível identificar que as baleias emitem uma série rítmica de cliques, que os cientistas chamam de "codas". Eles acreditam que codas são como pequenas palavras.

"A maior parte da socialização que conhecemos acontece na superfície", explicou Petri. Quando uma baleia começa a emitir o som, outras se aproximam e também passam a emitir sons característicos, bem próximos uns dos outros. “Então, eles começam a 'conversar' bastante", diz o pesquisador.

Registro de dados

Depois de captados, esses sons são enviados para um grande banco de dados. Em seguida, vem uma das partes mais difíceis: anotar os dados acústicos para que possam ser analisados ​​por outros cientistas.

Os áudios captados podem ter muitos tipos de interferência, como outros barulhos no mar ou até mesmo a conversa entre as próprias baleias. Os cientistas precisam entender se o clique emitido foi um som comum usado pelas cachalotes para geolocalização na escuridão quando estão em águas profundas, ou se realmente foi para comunicação.

“Você precisa descobrir quais cliques combinam em uma mesma coda", ou seja, quais cliques formam uma “palavra”, diz o cientista. Para facilitar, os pesquisadores identificaram as baleias por nomes e conseguem separar de qual indivíduo veio cada coda.

O objetivo de todo esse processo é traduzir o som em dados utilizáveis. Grande parte desse processo é automatizada usando sistemas de reconhecimento de padrões por IA, e a equipe está trabalhando para torná-lo ainda mais eficaz.

Petri reforça, no entanto, que “ainda contamos com a participação humana, incluindo a equipe de biologia do Projeto CETI, que é treinada para ajudar a selecionar e verificar se a anotação automática realmente faz sentido".

Análises das informações

Essa é a parte fundamental da pesquisa. Petri explica que "agora, depois de obter os dados acústicos registrados, você pode combiná-los com dados comportamentais, por exemplo, acelerômetros, sensores de profundidade".

Com os dados organizados pelos sistemas de IA, é possível comparar em qual circunstância estava aquela baleia quando emitiu aquele som e tentar entender o que ela queria dizer com aquilo.

Com a tecnologia, o Projeto CETI já conseguiu identificar de oito a dez codas (cliques ritmados que viram “palavras”) que podem prever se as baleias estão prestes a realizar mergulhos profundos em busca de alimento.

Esse é apenas o começo do processo para realmente traduzir o baleiês. A hipótese atual do grupo é de que existe um conjunto básico de símbolos, como um alfabeto falado, que foram capturados com redes neurais, máquinas de inteligência artificial que imitam o cérebro humano.

Identificando padrões

Petri afirma que essa etapa está muito conectada com o uso da tecnologia. Em pesquisas anteriores, o pesquisador já usou diversos modelos de inteligência artificial, estatísticas e machine learning, que agora podem ajudar a decodificar as codas.

"A IA é fundamental para nós, desde a coordenação de frotas de drones em voo até a descoberta de padrões na linguagem que eles utilizam", disse Petri. As informações coletadas podem responder às próximas perguntas do pesquisador, que busca entender se há um líder entre os indivíduos.

O pesquisador deixa perguntas que busca responder em breve: "Existe uma liderança clara dentro desta comunidade? Normalmente, são as mulheres mais velhas que começam a mergulhar, ou não? São as mais jovens que impulsionam a comunicação, basicamente conversando com todos?".